课程设计课程名称高频电子线路课程设计课题名称小功率调频发射机设计专业电子科学与技术班级 0802班学号************姓名刘石海指导教师刘正青老师2011年6月11日湖南工程学院课程设计任务书课程名称通信电子线路课程设计题目小功率调频发射机设计专业班级电子科学与技术学生姓名刘石海学号************指导老师刘正青审批任务书下达日期：2011 年5月23日星期一设计完成日期：2011 年6月11日星期五设计内容与设计要求一、设计内容：设计一小功率调频发射机主要技术指标要求:发射功率P A≥80mW，负载电阻（天线）R L=75Ω，工作中心频率f0=10MHz，最大频偏，20khz总效率。

二、设计要求：1、拟定发射机的组成方框图；2、完成增益分配与单元电路设计，通过具体计算，选择器件给出设计电路；3、完成发射机的系统调试（调频震荡器、中间推动级、功率放大器各级的测量）4、给出最终实现电路5、写出设计报告；目录一、资料整理 (6)1、发射机的主要技术指标 (6)2、变容二极管主要特性 (7)3、宽带功率放大器 (8)4、丙类功率放大器 (9)二、总体方案设计 (10)1. 系统框图： (10)2、单元电路设计 (10)1) 功放级电路设计和分析 (10)2)功放电路参数计算 (12)3) 甲类功率放大器 (14)4) 缓冲隔离级 (16)5) 调频振荡级 (18)三、整机电路 (22)四、电路装配测试和总结 (23)五、总结与体会 (26)附录 (27)参考文献 (28)课程设计评分表 (29)一、资料整理1、发射机的主要技术指标● 发射功率 一般是指发射机输送到天线上的功率。

● 工作频率或波段 发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或有关 部门所规定的范围内选取。

● 总效率 发射机发射的总功率 与其消耗的总功率P’C 之比，称为发射机的总效率 。

● 非线性失真 要求调频发射机的非线性失真系数γ 应小于1 %。

● 杂音电平 杂音电平应小于 – 65 dB 。

● 输出功率 高频功放的输出功率是指放大器的负载RL 上得到的最大不失真功率。

也就是集电极的输出功率，即● 效率 常将集电极的效率视为高频功放的效率，用η表示，当集电极回 路谐振时，η的值由下式计算：● 功率增益 功放的输出功率P o 与输入功率P i 之比称为功率增益，用 AP (单位：dB)表示AP=P o/P iAηAP 02C1m02Clm Clm Clm o 212121R V R I I V P ⋅===CCC0L2L D C V I R V P P ==η2、变容二极管主要特性● 主振频率 LC 振荡器的输出频率fo 称为主振频率或载波频率。

用数字频率计测量回路的谐振频率f o ，高频电压表测量谐振电压V o ，示波器监测振荡波形。

● 频率稳定度 主振频率f o 的相对稳定性用频率稳定度表示。

● 最大频偏 指在一定的调制电压作用下所能达到的最大频率偏移值。

将 称为相对频偏。

● 变容二极管特性曲线 特性曲线C j-v 如图1-1示。

性能参数V Q 、C j0、及Q 点处的斜率k c 等可以通过C j-v 特性曲线估算。

图1-1 变容二极管的C j-v 特性曲线变容二极管的Cj-v 特性曲线如图1-1所示。

设电路工作在线小时/ominmax o o f f f f f -=∆o m f f∆性调制状态，在静态工作点Q 处，曲线的斜率为图1-1是变容二极管2CC1C 的Cj-v 曲线。

由图可得VQ =–4V 时 CQ = 75pF ，● 调制灵敏度 单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以 表示单位为 kHz/V ，即为调制信号的幅度； 为变容管的结电容变化时引起的最大频偏。

∵回路总电容的变化量为在频偏较小时， 与 的关系可采用下面近似公式，即∴ p ↑- △f ↑ ， ↑- △f ↑。

调制灵敏度式中 为回路总电容的变化量；调制灵敏度可以由变容二极管C j-v 特性曲线上V Q 处的斜率k c 及上式计算。

越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。

3、宽带功率放大器● 宽带功放要为下一级丙类功放提供一定的激励功率，将前mΩmV f S f ∆=j2C p C ∆=∆∑mf ∆∑∆C ∑∑∆⋅-≈∆Q o m 21C C f f j C ∆mΩQ o 2V C C f S f ∑∑∆⋅=∑∆C f S fS Ωm V mf ∆fSj C ∆VC k ΔΔC =级输入的信号进行功率放大，它不需要调谐回路，可在很宽的频率范围内获得线性放大。

为获得最大不失真输出功率，静态工作点Q 应选在交流负载线AB 的中点。

（如图1-2）图1-2甲类功放的负载特性4、丙类功率放大器为达到效率大于50%的要求，本级需要使用丙类功放。

图1-3（左）输入电压BE V 与集电极电流脉冲C i 的波形关系。

（右）丙类功放负载特性二、总体方案设计1. 系统框图：根据任务要求，本发射机功率P A 不大，工作中心频率f 0也不高，为了调试和设计方便，可将系统设计得简单一些。

这样的系统在实验室环境下还是非常稳定的。

以下给出系统框图（2-1）：2、单元电路设计1) 功放级电路设计和分析：根据高频小功率发射机的特点，和参数要求，整机设计应该从末级开始往前设计，所以首先设计的是功放级: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，应采用丙类功率放图（2-1）发射机系统框图大器，若整机效率要求不高如%50<A η，而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。

但是设计要求总效率%50>A η，故选用丙类功率放大器较好。

丙类功放的电流导通角θ< 90︒，效率可达到80%。

它通常作为发射机的末级，以获得较大的输出功率和较高的效率。

丙类功率放大器的基极偏置电压-VBE 是利用发射极电流的直流分量IE0(IE0≈IC0)在射极电阻RE2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L2C2的选频作用可输出基波谐振电压VC1、电流Ic1 。

因此选用如图2-2所示：图（2-2）功率激励级甲类功放和功放级丙类功放2) 功放电路参数计算： ●晶体管参数：晶体管3DG12的主要参数为P CM =700mW ，I CM =300mA ，V CE ≤0.6V ，h fe ≥30，f T ≥150MHz晶体管3DA1的主要参数为P CM =1W ，I CM =750mA ，V CE ≥1.5V ，h fe ≥10，f T =70MHz ，A P ≥13dB ● 确定放大器的工作状态为获得较高的效率η及最大输出功率P0。

放大器的工作状态选为临界状态，取φ=80º，得谐振回路的最佳负载电阻Re 为Ω=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=7562)(2)(o sat CE cc e P V V R 得集电极基波电流振幅为mA R P I q c m C 5.14/21== 得集电极电流脉冲的最大值Icm 及其直流分量Ic0，即 Icm= Icm1 /α1（80º）=30.8188mA Ic0= Icm *α0（80º）=9.6296mA 得电源供给的直流功率PD 为PD=VCCIc0=115.5551mW 得集电极的耗散功率PC'为PC'=PD-P0=35.5551mW 得放大器的转换效率η为η=P0/PD=69%若设本级功率增益AP=13dB （20倍），输入功率Pi 为Pi=P0/AP=4mW得基极余弦脉冲电流的最大值为Ibm （设晶体管3DA1的直流β=10）Ibm=Icm/β=3mA 得基极基波电流的振幅Ibm1为Ibm1=Ibm·α1(80º)= 1.4160mA 得输入电压的振幅Vbm 为V I P V bm i Bm 7.5/21==●计算谐振回路及耦合回路的参数丙类功放的输入输出耦合回路均为高频变压器耦合方式，其输入阻抗|Zi|可计算， 得： Ω=Ω⨯-=-=3.6447.0)80cos 1(25)()cos 1(||1'。

θαθb b i r Z输出变压器线圈匝数比为33.02113==mC Lc V R P N N 取N3=1,N1=3。

若取集电极并联谐振回路的电容C=100pF ，得回路电感为L=14*π*π*f0*f0*C≈2.5uHN2的确定需要根据磁环参数来确定。

公式：H N l A L cmcm m H μμπ3222/210}{}{}{4-⨯=变压器的匝数N1、N2、N3的计算值只能作为参考值，由于电路高频工作时分布参数的影响，与设计值可能相差较大。

为调整方便，通常采用磁心位置可调节的高频变压器。

●基极偏置电路参数计算基极直流偏置电压V B为V B =VBE(on)－Vbmcosφ= -0.2861V射极电阻R E2为RE2=|V B|/I CO=30Ω取高频旁路电容C E2=0.01μF3)甲类功率放大器由于功放级电路需要较大的功率推动，而震荡电路一般输出的功率不大，所以要在中间加入一个功率激励级电路。

根据该级的特点知道，其功率要求不大，所以可以使用甲类放大，以减少调试难度和增加电路的稳定度。

由晶体管3DG12组成的宽带功率放大器工作在甲类状态。

其中R1、R2为基极偏置电阻，RE1为直流反馈电阻，以稳定电路的静态工作点。

Rf为交流负反馈电阻，可以提高放大器的输入阻抗，稳定增益。

●计算电流性能参数由丙类功率放大器的计算结果可得甲类功率放大器的输出功率P O'应等于丙类功放的输入功率P i，输出负载R e'应等于丙类功放的输入阻抗|Z i|，即PO'=P i=4mW, R e'=|Z i|=64.3Ω。

设甲类功率放大器的电路如图（2-2）左端所示的激励级电路，取变压器效率ηT=0.8，得集电极的输出功率P O 为若P O =P O '/ηT=5mW若取放大器的静态电流I CQ =I cm =5mA ，得集电极电压的振幅V cm 及最佳负载电阻R e 分别为V cm =2P O /I cm =2V Ω==40022o cm e P VR因射极直流负反馈电阻R E1为 K I V V V R CQsat CE cm cc E 7.1)(1=--= ， 取标称值1.5K Ω得输出变压器匝数比为223.2'21≈==ee T R R N N η 若取二次侧匝数N 2=2，则一次侧匝数N 1=4本级功放采用3DG12晶体管，设β=30，若取功率增益A P =13dB （20倍），则输入功率P i 为P i =P 0/A P =0.25mW 得放大器的输入阻抗R i 为R i ≈r b '+βR 3=25Ω+30×R 3 若取交流负反馈电阻R 3=16Ω， 则R i =500Ω 得本级输入电压的振幅V im 为 V P R V i i im 5.02== ●计算静态工作点由上述计算结果得到静态时(V i =0)晶体管的射极电位V EQ 为V EQ =I CQ R E1=2.5V 则V BQ =V EQ +0.7V=3.2V ，I BQ =I CQ /β=0.17mA若取基极偏置电路的电流I 1=5I BQ ，则R 2=V BQ /5I BQ =3.8kΩΩ=-=K R V V V R B BQBQcc 25.821取高频旁路电容C E1=0.022μF，输入耦合电容C 1=0.02μF。