调频发射机要点.docx

簿M林/孑科被丈茅飞工多 GUILIN UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY（高频电路设计与制作）实训论文说明书题目：调频发射机院（系）：信息与通信学院专业：电子信息工程学生姓名：学 号：指导教师：2013年1月9日桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸第2页共2页摘要本设计主要是设计一个调频发射机。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。 课题重点在于设计能给发射就电路提供稳定频率的振荡调制电路。首先通过放大器适当放大语音信号，以配合调制级工作；然后用电容三点式构成振荡电路为发射机提供基准 频率载波，接着通过改变语音信号完成语音信号对载波信号的频率调制，最终利用丙类功率放大器，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。关键字：调频发射机；调频；功率放大；LC振荡电路AbstractThis course is designed to design a FM transmitter. The transmitter is the main task of the complete useful low frequency signal of the high frequency modulation of the carrier, and turn it into a center frequency in the bandwidth for through the antenna has certain the launch of the electromagnetic waves. Subject to design can focus is to launch on the electric circuit provides stable frequency osc川ation modulation circuit. First through the amplifier amplification appropriate speech signal to match a level; Then use capacitance SanDianShi constitute oscillating circuit for transmitter provide benchmark frequency carrier, and then through the change of speech signal to finish speech signal carrier signal frequency modulation, finally using c class power amplifier, make already modulation signal power greatly improved, after series filtering network higher harmonic filter, the last through the bars antenna launch out. Through subsequent circuit debugging, can prove this topic circuit basic mature, basic can finish speech signal voltage amplifier, frequency modulation and power amplifier, to launch the distance of the requirements.Key word: FM transmitter; FM; Power amplifier; LC oscillating circuit桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸第6页共15页目 录引言 21项目设计要求 31.1 设计任务 31.2 设计要求 32设计方案 32.1 设计方案框图 32.2 调制方案设计 42.3 单元方案设计 43电路设计 43.1 电路原理图设计 43.2 音频信号输入与放大 53.3 立体声合成与调频 53.4 高频振荡 73.5 高频功放 84 系统调试 85实训总结 9致 1 10参考文献 11附录1 12附录2 13附录3 14引言高频电子技术的研究对象是产生、发射、接收和处理高频信号的有关电路，主要解 决无线广播、电视和通信中发射和接收高频信号的有关技术问题。在无线电通信中，声音、图像等基带信号不可能直接通过天线发送到天空中去的。根据天线理论，只有当天线的几何长度能与欲发射的电磁波长近似相等时，天线才能有效的辐射电磁波。如声音的频率是4003000Hz相应的电磁波长微750300km大制作如此大的天线是很难实现 的。因此，要进行无线电通信必须利用高频振荡，使其波长与实际天线尺寸相近，同时 还要设法使此高频振荡“携带”着要传送的基带信号从天线辐射出去。通信系统中的发 送设备就是完成上述任务的，因此设计一个发射极具有很大的现实意义。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。目前它广泛应用与生产、保安、野外工程等领域的 小范围移动通信工程中。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，主振荡器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。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。1项目设计要求1.1 设计任务1）独立组装和调试一台调频发射机并完成要求的技术指标后由指导教师验收；2）按毕业设计论文要求撰写5000字以上的实训论文；1.2 设计要求设计要求：1）发射频率为88MHz-108MHz这是调频收音机工作频率范围；2）发射距离大于5M;3） 发射功率1W4）电源电压9V,用实验室电源箱供电；5）信噪比58dB;7）输出阻抗：50欧；2设计方案无线通讯技术来实现调频发射机的功能。调频发射机首先将声音信号转换成低频电 信号，再经过调制，再对所产生的调制信号进行放大、 激励、功放和一系列的阻抗匹配 使信号输出到天线发送出去。无线发射机包括以下部分：拾音头、前置放大器、高频振 荡器、频率调制器、倍频器射频功率放大器及辐射天线系统等。最终能实现用无线电的形式将有用的声音信息有效地传送指定位置。3.1 设计方案框图图2.1调频波发射机原理框图3.2 调制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。因此本课题设计采用调频发射的设计原理来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，我们选择直接载波调频的方案来设计调频发射机。3.3 单元方案设计1）音频信号放大音频放大器的核心器件是NPN型晶体三极管，采用共发射极电路连接方式，通过 使三极管的发射结正向偏置、集电结反偏让晶体三极管处于放大工作区，让需要放大的 信号通过晶体三极管的基极进入，控制集电极电流的变化，实现放大功能。2）振荡与调制振荡与调制部分采用BA1404调频立体声发射芯片。此电路将立体声调制、FM调制和RF放大器等功能集成在一个芯片上。仅仅需要很少的外围元器件就能够获得良好 的立体声调频信号。3）高频功放高频功放电路采用谐振功率放大电路并采用集电极馈电方式，为了滤除丙类工作时产生的众多高次谐波分量，采用 LC谐振回路作为选频回路。3电路设计3.4 电路原理图设计发射机包括三个部分：电源部分，低频部分和高频部分。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，主振荡器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。本次设计中的设计发射机的电路原理图如图3.1所示。tM L* t-UDl-oIM HMHK ,LlrodE*&> ss U8 二二w7工，二X5 二楼 .-LZY1<XSKvi.w图3.1电路原理图3.5 音频信号输入与放大由于要接入麦克风，所以要给麦克风提供驱动电压， 驱动电压要适当，防止直流电 流过大将晶体三极管烧坏，但又不能太大，通过22k的电阻R1实现，C1的作用是滤波减小干扰，C2为耦合电容有隔直通交的作用，准许音频信号加载到后一级。原理如 图3.1.2所示。图3.2音频信号放大电路原理图3.6 立体声合成与调频采用BA1404调频发射芯片做立体声调率发射电路方案,BA1404调频发射芯片内部电路如图3.3所示，BA1404主要由前置放大器（AMP,立体声调制器（MPX, FM调制器及射频放大器组成。立体声前置级分别为两个声道的音频放大器。输入为 0.5mV时, 增益高达37dB,频带宽度为19KHz，如输入信号存在频率高于19 KHz成分，则必须在输 入端加一个低通滤波器，否则两个声道的分离度会下降。BA1404对于一般的调频发射已 经够了，但它却有一个致命的缺点：没有锁相环电路，即PLL,容易跑频。直麻平衡L匚腰 商电 路变容 管输 出左声道人弱 入 载频 输出直流平衡平衡 调制输出VCC1. 2-3V100 MHz振荡器大 放荔i辰.展身寸频地射频输出"K振子33K旁路音频地音频旁路右声道人38K，频大 射射器图3.3 BA1404调频发射芯片内部电路图表3.3 BA1404引脚功能说明:引脚说明说明引脚1石声道输入左声道输入182音频放大器偏置声道平衡173刊放F地GND声道平衡16438K晶振偏置VCC15538K晶振(1)双声道复合信号输出端14638K晶振（2）导频信号输出端137射频放大器输出调制信号输入端128射频放大器地GND基准参考电压（用于改变变容管电容量）119射频振荡器网络射频振荡器网络10桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸第7页共15页3.7 高频振荡发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。 对于调频 发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。发射频率范围（88MHz- 108MHZ、调制信 号（400HZ3000Hz音频信号，幅度 Vp-p二1伏）。LC振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器， 电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差， 适用于低频，而三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。选择 电容反馈三点式振荡器，而电容反馈三点式振荡器又分为考电容三点式振荡器，克拉泼振荡器，西勒振荡器。电容三点式改进型振荡电路，也叫克拉泼振荡器，不需要外来激励信号，自身将直 流电能转换为交流电能的电路。由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成， 振荡频率 主要取决于谐振回路的电感和电容。当反馈量足够大时，放大器便会产生自激振荡。同时，依靠选频网络的选频特性， 使得电路只在我们需要的频率上产生自激振荡，而且，选频网络还可以滤除由于器件工作进入非线性区所产生的谐波，使得振荡电路的输出波形更接近于正弦形。这样，此反馈型振荡电路就可以产生我们需要的正弦信号。输出信号的频率主要有选频网络来确 定。这样，此电路就符合了题目正弦波振荡器的要求。西勒振荡电路是另一种改进型电容三点式振荡器如图3.3.2所示。电容C1、C2、C3的取值原则同克拉泼振荡电路。它与克拉泼振荡电路的不同点仅在于回路电感L两端并联一个可变电容C4这种电路同样具有频率稳定度高的显著特点。故本电路采用了西勒电路作为高频振荡电路，为FM调制提供高频信号源。西勒电路如下图3.4所示：图3.4西勒振荡电路桂林电子科技大学课程设计(论文)报告用纸第9页共15页3.8 局频功放丙类功率放大器的基极偏置电压是利用发射极电流的直流分量在射极电阻上产生 压降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时， 集电极的输出 电流为余弦脉冲波，利用谐振回路的选频作用可输出基波谐振电压、电流。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， 如果求 整机效率较高，则应采取丙类功率放大器，若整机效率要求不高，如小于 50%波形失 真较小时，则可以采用甲类功率放大器。功率放大器是依据激励信号放大电路对电流的控制， 起到把集电极电源直流功率变 换成负载回路的交流功率的作用。 在同样的直流功率作用条件下，转换的功率越高，输 出的交流功率越大。为了获得较大的功率增益和较高的集电极效率，该级可采用共发射极电路，如下图3.9 为谐振功率放大器的原理电路图。图3.5为谐振功率放大器的原理电路图。4系统调试(1) 先检查印刷电路板的焊接情况，看有无短路和虚、假焊现象。然后可以接通电源。(2) 接通电源后用万用表检测个部分电路和芯片供电是否正常，供电正常后用示波器测量各测量点的频率和输出波形是否正常。(3)打开收音机，拉出收音机天线，波段开关置于 FM波段，(频率范围为88兆赫至 108兆赫)。(4)慢慢转动收音机调谐旋钮，从最低频率 88兆赫调至108兆赫。调到收音机收到信 号声为止。若收音机在调谐范围内收不到信号，可用起子调整线圈L3的铁芯，改变其电感量，再仔细调谐收音机直至收音机收到清晰的信号。尽量把发射频率调到 不与广播电台的频率重合，避免信号相互干扰造成接受效果不好或者用台。然后逐渐拉开无线话筒和收音机间的距离，直到距离在 810m时，仍能收到清晰信号为 止。如果距离远后收不到信号，可以小心调动振荡线圈L2的铁芯，尽量调到时振荡器谐振，这时发射功率最大，从而发射距离越远。注意在调试中无线话筒发射频 率应避开调频波段内的广播电台的频率，以免产生干扰。(5)发射频率：106.0MH乙由于106.0MHz频率附近没有其他电台频率，所以我选用 106.0MHz作为发射机的发射频率。(6)使用距离： 小于20米。经过测试，距离小于20米的范围接收效果最好。(7)使用条件：9V电源，使用环境空间开阔，干扰少的地方。在调试过程中，先用示波器检测各测试点的频率是正常的，由于示波器的测试频率 最大只能是20MH加以未能测出发射频率。所以只能用收音机微调接收信号。5实训总结经过2周的高频实训I,我感觉收获很多，不但增加了我的动手能力还把课本上的知 识应用到实践，整个过程受益匪浅。通过这次实训I,使得我更深刻了解了高频电路的每一个部分的作用。本次实训主要用到的理论知识有低频小信号放大器、频率调制原理、正弦波振动器和高频功率放大器 等理论知识。经过动手制作和上网查资料我把原来模糊的知识点重新的认识和学习。这改变了我对原本一些知识的错误认识。 对我以后的学校和工作有很重要的意义， 避免我 在以后的学习和工作中犯错误。经过这次实训I,对电路的分析能力也有了很大的提高。通过这次设计我收获颇多， 不仅是所作课题涉及到的知识还有更为重要的是实际经验和过程中所发现的问题桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸第10页共15页致谢首先，感谢学院为我们电子信息工程学生提供了一次实训学习的平台。 在硬件方面, 学院提供了很好的实训平台，并且为学生免费提供大量需使用的电子元件， 为能够成功 完成这次实训创造了很好的条件。还要感谢老师，各个方面给予我们的帮助。桂林电子科技大学课程设计(论文)报告用纸第11页共15页参考文献1孙蓿、忠义，电子工艺实训基础，北京：化学工业出版社，2007.2李棠之，通信电子线路，北京：电子工业出版社，2001.3王季平,调频同步广播技术的最新发展及应用J.广播与电视技术，2005(9).4何连成.调频同步广播网的理论、工程实现与策划J.广播与电视技术,2007(1).5曹才开，高频电子线路原理与实践，湖南：中南大学出版社， 2010.6沈伟慈，通信电路，西安：西安电子科技大学出版社，2011.桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸第15页共15页附录1T3测试点的波形图附录2T2测试点波形图附录3元器件清单表在舁 厅PPart TypeDesignatorFootprintDescription120kR1VR-K可调电阻210kR2AXIAL0.3电阻310KR3AXIAL0.34100kR4AXIAL0.35100kR5AXIAL0.36510R6AXIAL0.37150R7AXIAL0.382.2kR8AXIAL0.39100R9AXIAL0.310220R10AXIAL0.31147PFC1RAD0.1瓷片电容1220PFC2RAD0.113103C7RAD0.114103C9RAD0.115103C8RAD0.116104C23RAD0.117104C18RAD0.118104C22RAD0.119104C16RAD0.12018PFC11RAD0.12122PFC12RAD0.12250C19RAD0.123474C20RAD0.1241PFC13RAD0.12510UFC5RB.1/.2电角单电容2610UFC6RB.1/.22710UFC4RB.1/.22810UFC17RB.1/.22910UFC3RB.1/.23010UFC21RB.1/.23110UFC24RB.1/.2324.7UFC14RB.1/.2334.7UFC15RB.1/.2343-30PFC10VC1可调电容353-30PFC25VC1364.5TL1L-1可调电感374.5T-TL2L-13810.7MHzY210.7MHZ陶瓷滤波器3910.7MHzY1RAD0.2陶瓷谐振器409018T1TO-92C三极管41ANTE1SIP1-TEST天线接口42CXA1691BPIIC1SOP-28集成块43IN4007D1DIODE0.4二极管44LEDD2LED发光二极管45+5VJ1SIP4电源接线端子46音频输出J2SPEAK耳机插座