东北石油大学课程设计2013年3月1日东北石油大学课程设计任务书课程高频电子线路题目小功率调频发射机的设计专业电子信息工程姓名XX 学号XXXXXXXXX主要内容、基本要求、主要参考资料等1、主要内容利用所学的高频电路知识，设计一个小功率调频发射机。

通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，加深对高频电子线路课程理论知识的理解，提高电路设计及电子实践能力。

2、基本要求设计一个小功率调频发射机，主要技术指标为：(1) 载波中心频率06.5MHzf=；(2) 发射功率100mWAP>；(3) 负载电阻75LR=Ω；(4) 调制灵敏度25kHz/VfS≥；3、主要参考资料[1] 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006.[2] 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993.[3] 谢自美. 电子线路设计·实验·测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000.[4] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.完成期限2月25日-3月1 日指导教师专业负责人2013 年 2 月22 日一、电路基本原理1. 总设计方框图与调幅电路相比,调频系统由于高频振荡输出振幅不变, 因而具有较强的抗干扰能力与效率.所以在无线通信、广播电视、遥控测量等方面有广泛的应用。

如图1所示：图1 变容二极管直接调频电路组成方框图2.电路基本框图图2 电路的基本框图实际功率激励输入功率为1.56mW 拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。

单元电路级数尽可能少，以减少级间的相互感应、干扰和自激。

由于本题要求的发射功率Po 不大，工作中心频率f0也不高，因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，设组成框图如图2所示，各组成部分的作用是：(1)LC 调频振荡器：产生频率f0=6MHz 的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏，整个发射机的频率稳定度由该级决定。

(2)缓冲隔离级：将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。

因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时（如谐振阻抗变化），会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。

整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。

缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。

(3)功率激励级：为末级功放提供激励功率。

如果发射功率不大，且振荡级的输出能够满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。

(4)末级功放：将前级送来的信号进行功率放大，使负载（天线）上获得满足要求的发射功率。

如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如≤50%而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。

但是本题要求，故选用丙类功率放大器较好。

考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调频电路。

电路的工作原理是：利用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡器振荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化，即实现调频。

调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。

3.基本要求设计一个小功率调频发射机，主要技术指标为：(1) 载波中心频率06.5MHzf=；(2) 发射功率100mWAP>；(3) 负载电阻75LR=Ω；(4) 调制灵敏度25kHz/VfS≥；二、设计方案1.电路原理图(1)总体设计电路图图3 总体设计原理电路图(2)功率激励与末级功放电路发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。

因此要根据发射机的各组成部分的作用，适当地合理地分配功率增益。

如果调频振荡器的输出比较稳定，又具有一定的功率，则功率激励级和末级功放的功率增益可适当小些。

功率激励级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。

缓冲级可以不分配功率。

仅从输出功率Po≥100mW一项指标来看，可以采用丙类功放。

其电路形式如图4所示。

5ES2图4 功率激励与末级功放电路2.元件参数(1)丙类功率放大器(末级功放)设计基本关系式：如图3所示，丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE是利用发射机电流的分量Ie0在射极电阻R14上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。

当放大器的输入信号Vi为正弦波时，集电极的输出电流iC为余弦脉冲波。

利用谐振回路LC的选频作用可输出基波谐振电压uc、电流iC1。

(1)集电极基波电压的振幅Ucm= Icm1RP式中，Icm1为集电极基波电流的振幅；RP为集电极负载阻抗。

(2)输出功率PoPo= Ucm.Icm1= Ucm2/(2 RP)(3)直流功率PvPv= Vcc.Ic0(4)集电极耗散功率PTPT= Pv- Po(5)集电极的效率ηη= Po/ Pv(6)集电极电流分解系数α(θ)αn (θ)= I cmn/icmmax(7)导通角θbmBBom U V U -=θcos , （θ一般取o o 8060-）确定丙类放大器的工作状态：为了获得较高的效率η和最大的输出功率Po ，选丙类放大器的工作状态为临界状态，θ=700，功放管为3DA1。

3DA1的参数如表1所示。

表1 3DA1参数表(1)最佳匹配负载 Ω=25.110R p(2)由Po=0.1Ucm.Icm1= Ucm2/(2 RP)可得：集电极最大输出电压Ucm=10.5V (3)集电极基波电流振幅：Icm1=95.24mA(4)集电极电流最大值Icm= Icm1/α1(700)=95.24/0.44=216.45mA (5)集电极电流直流分量Ic0= Icm*α0(700)=216.45*0.25=54.11mA (6)电源供给的直流功率Pv= Vcc* Ic0=649.35mW(7)集电极的耗散功率PT=Pv-Po=649.35-500=149.35mW(小于PCM =1W) (8)总效率η=Po/Pv=500/649.35=77.00%(9)输入功率 若设本级功率增益Ap=13dB(20倍)，则输入功率Pi=Po/Ap=5mW (10)基极余弦脉冲电流的最大值Ibm(设晶体管3DA1的β=10) Ibm= Icm /β=21.45mA(11)基极基波电流的振幅Ibm1= Ibm α1(700)=21.45*0.44=9.44mA (12)基极电流直流分量Ib0= Ibm α0(700)=21.45*0.25=5.36mA (13)基极输入电压的振幅Ubm=2Pi/ Ibm1=5.30V (14)丙类功放的输入阻抗Ω=-=-=8644.0*)70cos 1(25)()cos 1(01'θαθbb i r Z(2)宽带功率放大器(功率激励级)设计功率激励级功放管为3DG130。

3DG130的参数如表2所示。

表2 3DG130参数表Ω=⨯==110.250.52 1.5)-(122P )V -(V Rp 2O 2CES CC计算电路参数：(1)有效输出功率PH 与输出电阻RH宽带功率放大器的输出功率PH 应等于下级丙类功放的输入功率Pi=25mW ，其输出负载RH 等于丙类功放的输入的输入阻抗|Zi|=86Ω。

即PH=25mW RH=86Ω(2)实际输出功率PO设高频变压器的效率η=80%，则 Po= PH/η=31.25mW(3)集电极电压振幅Ucm 与等效负载电阻H R ' 若取功放的静态电流ICQ=ICm=7mA ，则 Ucm= 2Po /ICQ=2Po /ICm=8.93VΩ≈Ω==K 3.15.12752Po Ucm R'2H 约为1.3K Ω(4)高频变压器匝数比N1/N23'21==HH R R N N η取变压器次极线圈匝数N2=2，则初级线圈匝数N1=6。

(5)发射极直流负反馈电阻R13Ω=--=--=86.35276.093.81213mA V I V Ucm Vcc R CQ CES 取标称值360Ω (6)功放输入功率Pi本级功放采用3DG130晶体管，若取功率增益AP=13dB(20倍)，则输入功率mW A Po P P i 56.1/==(7)功放输入阻抗Ri交交负R R r R bb i *3025'+=+≈β(取Ω=25'bb r 30=β) 若取交流负反馈电阻为10Ω，则Ω=325i R(8)本级输入电压振幅UimV P R U i i im 0.110*56.1*325*223≈==-计算电路静态工作点 (1)BQ V 、BQ IV R I V CQ EQ 47.286.352*10*7313==⋅=-V V V EQ BQ 17.37.0=+=m I I CQ BQ 23.030/7/===β(2)R11、R12 (I1=5~10倍IBQ )若取基极偏置电路的电流I1=5BQ I =5*0.23mA=1.15mA ，则Ω≈==k mA V I V R BQ BQ 75.215.117.3512取标称值R12=3k Ω。

Ω≈-=-=k mA V I V Vcc R BQ 65.715.117.312111为了调节电路的静态工作点，R11可由标称值为5.1 k Ω的电阻与10 k Ω的电位器组成。

(3)高频旁路电容C10=0.02uF 。

(4)输入耦合电容C9=0.02uF 。

此外,还可以在直流电源VCC 支路上加高频电源去耦滤波网络,通常采用LC 的Π型低通滤波器。

电容可取0.01uF,电感可取47uH 的色码电感或环形磁芯绕制。

还可在输出变压器次级与负载之间插入LC 滤波器，以改善负载输出波形。

(3)缓冲隔离级电路(射极输出器)设计从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。

一般尽可能从低阻抗点取出信号，并加入隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。

射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。

电路形式：由于待传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入抗高，传输系数大且工作稳定。

选择电路的固定分压偏置与自给偏压相结合，具有稳定工作点特点的偏置电路。

如图5所示。

射极加RW2可改变输入阻抗。

图5 射极输出器电路估算偏置电路元件：(1)已知条件：Vcc=+12V ，负载电阻RL=325Ω(宽带放大器输入电阻)，输出电压振幅等于高频宽带放大器输入电压振幅，即Uom=1.0V ，晶体管为3DG100（3DG6）。

3DG100的参数如表3所示。

表3 3DG100参数表β0=60。

晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取UCEQ=0.5Vcc ，ICQ=(3~10)mA 。