小功率调频发射机

前 言
调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。本课题重点在于设计能给发射机电路提供稳定频率的振荡调制电路。课题首先用两级电压并联负反馈放大电路，适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用石英晶体构成振荡电路为发射机提供稳定的基准频率载波，接着通过变容二极管完成语音信号对载波信号的频率调制，并通过LC并联谐振网络选出三倍频信号；最终利用两级功率放大，使已调制信号功率大大提高，经过串联滤波网络滤除高次谐波，最后通过拉杆天线发射出去。通过后续的电路仿真和部分电路的调试，可以证明本课题的电路基本成熟，基本能完成语音信号的电压放大、频率调制和功率放大，达到发射距离的要求。发射机的主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制,将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。通常，发射机包括三个部分：高频部分，低频部分，和电源部分。高频部分一般包括主振荡器、缓冲放大、倍频器、中间放大、功放推动级与末级功放。主振器的作用是产生频率稳定的载波。为了提高频率稳定性，主振级往往采用石英晶体振荡器，并在它后面加上缓冲级，以削弱后级对主振器的影响。低频部分包括话筒、低频电压放大级、低频功率放大级与末级低频功率放大级。低频信号通过逐渐放大，在末级功放处获得所需的功率电平，以便对高频末级功率放大器进行调制。因此，末级低频功率放大级也叫调制器。调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频)信号上去的过程。所以末级高频功率放大级则成为受调放大器。






第一章 内容和要求
1.1 内容
在本次课程设计中我们主要要完成一下的内容：
1：串、并联谐振回路及耦合回路，串、并联谐振回路的串、并联阻抗，谐振回线，品质因素，反射阻抗，耦合回路的设计、制作。
2：高频小信号调谐放大器，调谐放大器的调试及放大倍数、谐振频率，通频带的设计、制作。
3：正弦波高频振荡器，通过实验深入了解振荡器工作状态，反馈系数、品质因素等对振荡器的影响，掌握振荡器的设计、制作。
4：高频谐振功率放大器，实验线路分析，谐振功放电路的组成，馈电形式，谐振功放的调谐特性，负载特性，激励电压及电源电压对工作状态的影响及功率增益的设计、制作。
5：混频器、输出频谱的设计、制作。
6：调频发射实验电

路的构成调频波的产生、发射及天线与中介回路的设计、制作。
1.2要求
本此课程设计的要求大致如下所述：
1：培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。
2：通过实际电路方案的分析比较，设计计算、元件选取、安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
3：掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。
4：了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。
5：学会在电路板上焊接电子元件，掌握一些焊接电子元件的基本方法，了解和掌握一些调试电路板的基本方法。

第二章 设计方案
2.1 方案设计
利用通信原理和高频电子线路的相的任务是确保高效率输出足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。
方案一：通过音频信号改变载波的幅值实现载波调幅发射，调幅发射机实现调制简便，调制所占的频带窄，并且与之对应的调幅接收设备简单，所以调幅发射机广泛地应用于广播发射，但是调幅发射机，的号容易失真且发射距离不远。


方案二：通过音频信号改变载波的频率已实现调频发射，调频发射机发射的频率带宽较宽，但其在高频段因而所占的相对频带较调幅波发射更窄，发射距离远，信号失真小。并且在要求传输距离不是很远的情况下，我们用直接载波调频很容易实现载波调频发射机的设计，在能满足我的课程设计的技术指标要求的情况下，我门选择直接载波调频的方案来设接调频发射机。
2.2 设计方案框图

图2.1 调频波发射机原理框图
2.3设计原理
上面是原理框图，下面对各部分的具体作用做一定的解释：
主振级：是正弦波自激振荡器，用来产生频率为75MHz~80MHZ的高频振荡信号，由于整个发射机的频率稳定度由它决定，因此要求主振级有较高的频率稳定度，同时也有一定的振荡功率(或电压)，其输出波形失真要小。
调频电路：本部分和主振在同一个电路单元中，本电路主要的作用是用音频信号去改变主振级产生的高频小信号的频率，使得载波信号的频率随着音频信号的幅值变化而变化。这样就将音频信号所携带的信息加载到了载波中。缓冲级：其作用主要是将主振级与激励级进行隔离，以减轻后面各级工作状态变化(如负载变化)对振荡频率稳定度的影响以及减小振荡波形的失真。
激励级和输出网络：若输出功率

要求较高时，插入激励级来放大信号功率。由于功放级往往工作于效率高的丙类工作状态，其输出波形不可避免产生了失真，为滤除谐波，输出网络应有滤波性能因此主要由谐振电路来完成。另外，输出网络还应在负载(天线)与功放级之间实现阻抗匹配。
音频信号输入：这一部分主要是将声音信号加到电路中去，通过LPF后在通过电感和电容的隔离和耦合后加到主振电路中。用它改变载波频率。








第三章 原理图设计
3.1 发射机原理
3.1.1 原理电路图
本次设计的中设计发射机的电路原理图如图3.1所示：

图3.1 直接调频原理图
3.1.2 调频发射机的主要技术指标
1：工作频率范围
调频一般适用于米波广播、电视、雷达，其工作频率范围为30MHz~300MHz。
2：发射功率PAV
发射功率一般指发射机输送到天线上的功率。由麦克斯韦电磁波理论可知，只有当天线的长度与发射电磁波的波长λ相比拟时，天线才能有效地将已调波发射出去。波长λ与频率?之间的关系为

式中，c为电磁波传播速度，c=3*108m/s。
如：接收机的灵敏度VA=2uV，则通信距离s与发射功率Po间的关系为

当发射功率为大于50mW时通信距离为50m以上。
3：频率计算
本调频发射机的振荡电路是电容三点式振荡电路，其频率计算公式为：

根据这个公式可以计算得到振荡电路的震荡频率。如要产生75MHz～80MHz的信号可选C4和C5的容值为10P，电感L在 10uH～12uH。
3.1.3 主要电路模块说明
1：振荡部分
如图3.2所示，这部分主要是有三极管（Q1）、两个10P的电容（C4、C5）和电感L2组成的电容三点式高频小信号振荡器。接在三极管基集和电源之间的电阻R6主要是为三极管提静态工作电压使三极管能正常工作。电感L2、电容C4和C5、三极管Q1，组成了电容三点式使信号的相位改变360度，再通过三极管提供振荡消耗的能量和滤波产生了高频信号。接在地与三极管发射极之间的电阻是为了稳定三极管的静态工作电压，电容C6是滤波电容，滤除产生的高频信号，稳定静态工作点防止零点漂移。电容C7是将信号耦合到下一级电路中去，有隔直通交的作用。接在三极管Q1基集和地之间的电容C3也是去耦的作用。其中的C15主要是其滤波出低频谐波的作用。



计算电路的中心频率可由下面的公式得到。

其中C是图3.2中的C4和C5的串联的等效电容。

图3.2 主振电路
2：隔离和推动电路部分
这部分组要是由三极管Q2和电阻R8、R9组成，这部分电路的作用组要是将前级振荡电路和后一级放大发射电路隔离使振荡电路的前级振荡电路的振荡频率不受

后一级电路的影响，使得频率更加稳定。C8也是耦合的作用。
3：放大和发射电路部分
如图3.2所示，这一部分电路组要是有三极管Q3、空心电感L3、电容C9、C10和电阻R11组成，其中电感L3、电容C9和三极管Q3组成了谐振电路具有放大高频小信号和滤波的作用，被调制后的信号通过三极管Q3的基集输入，通过电感L3、电容C9和三极管Q3组成了谐振电路的滤波和放大最后通过接在三极管Q3集电极的电容C11耦合后接到发射天线上去。最后通过一个较大的电感L4吸收，阻止其进入电路中。

图3.2 调谐放大电路
4：音频信号输入部分
如图3.3所示，这部分电路组要由1000P的电容C1和100K欧姆的电阻R4组成低通滤波电路，L1是起到阻止后面的高频信号通过，电阻R3和R1起到电平转换的作用，把较高的电压通过这两个电阻的分压后，变成较低的电压，这样防止较高的音频信号将后面的振荡电路中的三极管烧毁。电感L1起到隔离高频信号的作用，防止振荡电路中产生的高频信号通过。电容C2有隔直通交的作用，准许音频信号加载到后一级，而防止直流电通过。

图3.3 音频信号输入电路
3.2 接收机原理
3.2.1 原理电路图
本次设计的中设计接收机的电路原理图如图3.2.1所示：

图3.2.1 接收机原理图
3.2.2 模块设计
1.变频电路 是以VT l为中心，它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号(高频信号)变换成固定的465KHz的中频信号。VT l、T2、CB等元件组成本机振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高465 KHz的等幅高频振荡信号。由于C l对高频信号相当短路，T l的次级Lcd的电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本机振荡电路是共基极电路，振荡频率由T2、cB控制，CB是双连电容器的另一连，调节它以改变本机振荡频率。T2是振荡线圈，其初次绕在同一磁芯上，它们把VT 1的等电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，本机振荡的电压由T2的初级的抽头引出，通过C2耦合到VT 1的发射极上。
2.混频电路 由VT l、T3的初级线圈等组成，是共发射极电路。其工作过程是： (磁性天线接收的电台信号)通过输入调谐电路接收到的电台信号，通过Tl的次级线圈Lcd送到VT l的基极，本机振荡信号又通过C2送到VT l和发射极，两种频率的信号在T 1中进行混频，由于晶体三极管的非线性作用，混合的结果产生各种频率的信号，其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于465KHz的信号，这就是中频信号。混频电路的负载是中频变压器，T3的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路

，它的谐振频率是465KHz，可以把465KHz的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过T3的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。

3.调谐电路 输入调谐电路由双连可变电容器的CA和T 1的初级线圈Lab组成，是一并联谐振电路，T l是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，电台信号频率是f=l／2πLabCA，当改变CA时，就能收到不同频率的电台信号。
4.放大电路 它主要由VT2、VT3组成的两级中频放大器。第一中放电路中的VT2负载是中频变压器T4和内部电容组成，它们构成并联谐振电路，谐振频率是465KHz，与前面介绍的直放式收音机相比，超外差式收音机灵敏度和选择性都提高了许多，主要原因是有了中频放大电路，它比高频信号更容易调谐和放大。
5.检波和自动增益控制电路 中频信号经一级中频放大器充分放大后由T4耦合到检波管VT3，VT3既起放大作用，又是检波管，VT3构成的三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制(AGC)作用。AGC控制电压通过R3加到VT2的基极，其控制过程是：外信号电压↑→Vb3↑—Ib3↑→Ic3↑→Vc3↓通过R3 Vb2↓→Ib2↓→Ic2↓→外信号电压↓；检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号，C4、C5起滤去残余的中频成分的作用。
6. 功率放大电路 功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压，而且能够输出较大的电流。本电路采用无输出变压器功率放大器，可以消除输出变压器引起的失真和损耗，频率特性好，还可以减小放大器的体积和重量。
VT5、VT6组成同类型晶体管的推挽电路，R7、R8和R9、R10分别是VT5、VT6的偏量电阻。变压器T5做倒相耦合，C9是隔直电容，也是耦合电容。为了减少低频失真，电容C9选得越大越好。无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低，可以直接推动扬声器工作。
第四章 硬件设计
4.1元件的选取
实验元件
电阻 二极管 插座 发光二极管 瓷片电容 空心线圈 色码电感 电解电容 插线 开关 三极管 塑胶件 五金件 螺丝
1） 元件选取规格
表3-1 实验元件示意图
序号 材料名称 规格 用量 装配位置 序号 材料名称 规格 用量 装配位置
1 电阻 100 1 R11 19 瓷片电容 104 2 C13,C2
2 电阻 330 2 R7,R9 20 瓷片电容 39P 1 C9
3 电阻 510 1 R12 21 瓷片电容 102 1 C1
4 电阻 2.2k 1 R3 22 空心线圈 0.5*3*12.5 2 L2,L3
5 电阻 33k 1 R6 23 色码电感 4.7uF 1 L4
6 电阻 68k 2 R1,R2 24 色码电感 10uF 1 L1
7 电阻 100k 1 R4 25 电解电容 100uF 1 C16
8 电阻 220k 1 R8 26 电解电容 220uF 1 C12
9 电阻 10K 1 R5 27 插线 立体声 1 P
10 电阻 22K 1 R10 28 开关 12D00VG2 1 SWI
11 二极管 GL4001 1

D1 29 三极管 C9018 3 Q1,Q2,Q3
12 插座 DS-213 1 J 30 塑胶件 上盖 1
13 发光二极管 LED 1 D1 31 塑胶件 下盖 1
14 瓷片电容 100P 1 C8 32 塑胶件 电池盖 1
15 瓷片电容 15P 1 C7 33 五金件 电池极片 1
16 瓷片电容 10P 2 C4,C5 34 螺丝 PA2*5 3
17 瓷片电容 75P 2 C3,C6 35 螺丝 PA2*8 1
18 瓷片电容 103 4 C15,14,10.11

4.2元件的作用
瓷片电容：电容器的作用都是隔直通交，蓝色瓷片的应该是高压电容，并有几KV的标示。主要用在频率高，电压高的场合； 棕色瓷片的是普通的电容，用在频率高，电压低的场合。耐压值不同，棕色瓷片电容是63v耐压的，蓝色的都是上KV了，适用场合不同。
色码电感器: 将万用表置于R×1挡，红、黑表笔各接色码电感器的任一引出端，此时指针应向右摆动。根据测出的电阻值大小，可具体分下述三种情况进行鉴别：被测色码电感器电阻值为零，其内部有短路性故障。被测色码电感器直流电阻值的大小与绕制电感器线圈所用的漆包线径、绕制圈数有直接关系，只要能测出电阻值，则可认为被测色码电感器是正常的。


在调试过程中应该注意以下几点：
（1） 用电压表测量一下三极管的管脚电压是否满足该设计的要求。
（2）用频率计测出发射极所发射的频率是否为12M HZ，如果不是，试着调解L1，L2.
(3)如果在天线处观察波形的峰峰值不在2-3 V的话，则应在发射极的电阻个并联一个电容，以使其提高。
表5-1电路的测试结果
理论值 实际值
电感(H) 调试前 调试后
L1 4u 3.2u 0.9
L2 2.5u 2.6u 1.5
频率 0（MHz） 85 74.5
最大频偏△ m（ +20KHz 25KHZ
幅度V 2.5
5.2 调频器的三部分调测
1）音频放大器
给电路通上12V电源后，用万用表测量三极管的静态工作点，数据如下：
Ube ( V ) Uce ( V ) Uc ( V ) Ic=Uc/R3 (mA)
0.7 4.38 3.52 0.628



可见：Ic与要求的0.8mA比较，相对偏小，因此需要适当的改变相应的电阻值。 因为（R3+R4’+R4”）Ic+Uce=12V，由于集电极偏置电阻R3较大，故使得Ic偏小，所以要减小R3，使Ic满足要求，故可取R3=5.1K。更换R3后，通上电源，重新测量其静态工作点，数据如下：
Ube ( V ) Uce ( V ) Uc ( V ) Ic=Uc/R3 (mA)
0.70 4.60 3.80 0.745



可见：更换电阻后的电路静态工作点满足要求。
2） 调频级
给电路通上12V电源后，用万用表测量三极管的静态工作点，数据如下：
Ube ( V ) Uce ( V ) Uc ( V ) Ic=Uc/R10 (mA)
0.72 3.87 3.82 2.547


可见：Ic与要求的3mA比较，相对偏小，因此需要适当的改变相应的电阻值。 因为基极上偏置电阻为R8和W3串联，故可以调节电位器W3，使Uce=4V，再测量其静态工作点，数据如下：
Ube ( V ) Uce ( V ) Uc (

V ) Ic=Uc/R10 (mA)
0.72 4.00 4.30 2.867



可见：调节电位器后，该电路的静态工作点满足要求。
3） 缓冲级
给电路通上12V电源后，用万用表测量三极管的静态工作点，数据如下：
Ube ( V ) Uce ( V ) Uc ( V ) Ic=Uc/R15 (mA)
0.73 5.00 3.40 3.091



可见：Uce较大，因此需要适当的改变相应的电阻值。
因为（R15+R16）Ic+Uce=12V，故可以适当的增大R15、减小R16的值，以减小Uce，故可取R15=1.5K＆，R16=820＆。
更换R15、R16后，通上电源，重新测量其静态工作点，数据如下：
Ube ( V ) Uce ( V ) Uc ( V ) Ic=Uc/R15 (mA)
0.74 4.50 4.50 3.000



可见：更换电阻后的电路静态工作点满足要求。

第六章 心得体会
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈测绘为我们的社会付出。我想说，焊接电路确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今理论课很多的情况下，课程设计是我们的实践课，不但能在这个课程上学到很理论知识还能学到很多工程技术上的知识，而且课程设计还是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十多天的感情，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，课程设计很难实很累，但当我们设计成功，得到了设计成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我不断的反问自己。也许有人不喜欢野外的工作，也许有人认为测绘的工作环境不好，但我认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我决定沿着自己的测绘路，执着的走下去。



社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我决定沿着自己的测绘路，执着的走下去。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们课程设计成功的一项非常重要的保证。而这次课程设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
对我而言，在这次课程设计当中，我在知识上的收获很是重要，在实践能力上的收获

也不少，学到了很多关于电子焊接技术和电路板调试的技术知识。虽然在知识上收获了不少，但是在精神上的丰收更加可喜的。挫折是一份财富，经历是一份拥有。我想这次这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！






参考文献
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