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FM解调器的设计

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铜陵学院



课程设计

设计题目FM解调器的设计课程名称高频电子线路课程设计
姓名/班级王鑫07通信工程工程学号0709131055指导教师游青松完成时间2009，12，15



目录

一、报告内容二、设计的目的三、设计的原理四、设计步骤
五、结论
六、心得体会
七、参考文献

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小型条幅发射机的设计
一、目的要求
通过本课题设计巩固已学的理论知识，能够使学生建立无线电发射机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算发射机的各个单元电路：主振级、激励级、输出级、调制级、输出匹配网络及音频放大器。初步掌握小型调幅波发射机的调整及测试方法。二、设计指标
载波频率：f=2.6MHz，f=10.7MHz(方案二；峰包功率：P≥0．25W调制系数：Ma=50％±5％；包络失真系数：γ≤1％；负载电阻：R=50Ω
0
0
Omax
A
—4
频率稳定度：≤5×10；电源电压：Ec=12V。三、设计原理
调幅发射机是由主振器，缓冲级，高频电压放大器，振幅调制器，高频功率放大器等电路组成。1.主振器
主振器就是高频振荡器，根据载波频率的高低，频率稳定度来确定电路型式。高频电子线路所讨论的工作频率是几百千赫到几百兆赫，而课程设计所设计的最高频率受到实验条件的限制，一般选在30兆赫以下。
电容三点式振荡器的输出波形比电感三点式振荡器的输出波形好。这是因为电容三点式振荡器中，反馈是由电容产生的，高次谐波在电容上产生的反馈压降较小，输出中高频谐波小；而在电感三点式振荡器中，反馈是由电感产生的，高次谐波在电感上产生的反馈压降较大。另外，电容三点式振荡器最高工作频率一般比电感三点式振荡器的高。
这是因为在电感三点式振荡器中，晶体管的极间电容与回路电感相并联，在频率高时可能改变电抗的性质；在电容三点式振荡器中，极间电容与电容并联，频率变化不改变电抗的性质。因此振荡器的电路型式一般采用电容三点式。在频率稳定度要求不高的情况下，可以采用克拉泼，西勒电路。频率稳定度要求高的情况下，可以采用晶体振荡器，也可以采用单片集成振荡电路。
频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，表示一定时间范围内或一定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡频率稳定度越高。
改善频率稳定度，从根本上来说就是力求减少振荡频率受温度等外界因素影响的程度，振荡回路是决定振荡频率的主要部件。因此，改善振荡频率稳定度的最重要措施是提高振荡回路在外界因素变化时保持谐振频率不变的能力。这就是通常所谓的提高振荡回路标准性。
提高振荡回路标准性，除了采用高Q值和高稳定的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的负温度系数电容，实现温度补偿的作用，或采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率的影响（详见参考资料）。2.高频电压放大器

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高频电压放大器的任务是将振荡电压放大以后送到振幅调制器，可以选用高频调谐放大器。需要使用几级放大器要看振幅调制器选择什么样的电路型式。如果选用集成模拟乘法器作振幅调制器，输入信号是小信号。当振荡器输出电压能够满足要求时，可以不加高频电压放大器。如果采用集电极调幅电路，就要使用一至二级高频电压放大器，以满足集电极调幅的大信号输入。谐振放大器的调试方法与阻容耦合放大器相同，首先应调整每一级所需的直流工作点，但要注意一点：在多级谐振放大器中，由于增益高，容易引起自激振荡。因此，在测试其直流工作点时，应先用示波器观察一下放大器的输出端是否有自激振荡波形。如果已经有自激振荡，应先设法排除它，然后再测试其直流工作点。否则，所测数据是不准确的。对于调谐放大器的频率特性、增益及动态范围的调整及测试，一般有两种方法，一种是逐点法；一种是扫频法。后者比较简单、直观。但由于其频标较粗，对于窄带调谐放大器难以精确测试。3.振幅调制器
振幅调制器的任务是将所需传送的信息“加载”到高频振荡中，以调幅波的调制形式传送出去。通常采用低电平调制和高电平调制两种方式。采用模拟乘法器实现调制的方法是属于低电平调制，输出功率小，必须使用高频功率放大器才能达到发射功率的要求。采用集电极调幅电路实现调制的方式属于高电平调制。如果集电极调幅电路的输出功率能够满足发射功率的要求，就可以在调制级将信号直接发射出去。4．高频功率放大器
高频功率放大器是调幅发射机的末级，它的任务是要给出发射机所需要的输出功率。本设计研究的是小功率调幅发射系统，通常采用丙类功率放大器，如果一级不能满足指标要求，可以选用两级。一般末级功率放大器工作在临界状态，中间级可以工作在弱过压状态。
调幅发射机的各单元电路可以用分立元件组成的电路完成，也可以用集成电路来完成
四、设计步骤
1、设计选择的原因
根据课程设计要求，其工作频率为10.7MHz,输出载波频率为0.5W。由于输出功率小，所以它具有结构简单，体积小和质量轻等特点。基于以上要去，可选用最基本的发射机结构。该结构由主振、放大和被调级构成。
由于晶体稳定性好，Q值很高，故频率稳定度也很高。因此，主振级采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。
末级采用串联馈电的方式。由于电源靠近的一端，杂散电容小，从而对回路的影响也小，使电路稳定工作。为了有较高的效率，本级采用基极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放管的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。
由于本机输出载波功率为0.5W,所以，只需一级功率放大器就能达到要求；而其工作在较低的10.7MHz频率,一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而且频率稳定度高，无须进行倍频。为了提高工作效率，采用丙类集电极调幅方式。因而，本机由最基本的发射机所应有的三级构成。

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2、功率分配及电源电压的确定
本机输出的最大功率Pomax=(1+ma2×Po=3×Po＝3×0.5W=1.5W。设输出变压器的效率η=0.8，则末级功率放大器管最大输出功率为Pomax=1.5W/0.8=1.875W,取功率放大器管功率增益为Ap＝13dB(20倍，则末级的最大激励功率应为125mW,而振荡器输出功率较小，一般为几十毫瓦即可。
对于小型发射机，电源电压一般为9～15V，所以取标准电源12V。四放大级管子的选择：
集电极瞬时电压为Vc＝Vcmcosct＋Vcc，其最大值为Vc,max=Vcm+Vc。集电极输出的功率为156.25mW（末级激励功率125mW/），若取Ap＝10dB（10倍），则末级激励功率为156.25mW/10=15.6mW,可选用3DG12B，其参数为Icm＝300mA,fT≥200MHz,BVceo≥45V,Pcm=0.7W,
振荡管选用3DG12B。3、调幅发射机方框图



4、高频振荡器电路：

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图一
电路如上图所示，振荡器是无线电发射的心脏部分高频振荡器的主要作用是产生频率稳定的载波,它的频率叫做载频。
由于晶体稳定性好，Q值高，故频率稳定度也高。因此，主振级(高频振荡器采用晶体振荡器，满足所需的频率稳定度。此电路中其工作在较低的7MHZ频率，一般晶体振荡器都能实现，且具有一定的输出电压，而其频率稳定度高，无须进行倍频。
频率输出需要通过C4微调。C1、C2为回路电容，改变C8可以改变耦合程度，R1、R2为偏置电阻，R3为集电极负载电阻，R4为发射极电阻，C3为旁路电阻，Z1为高频扼流圈，C6、C7为电容退耦电容。高频振荡器所输出的波形如下图所示：

高频振荡器输出波形
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4、隔离放大电路

图二

电路如上图所示。该电路采用自给负偏压方式，通过R4可改变电位器改变负偏压大小。回路谐振在工作频率，通过改变变压器B1耦合输出。Z2、Z3为高频扼流圈，C10为旁路电容，C11、C12为回路电容，C16、C17为耦合电容，C14、C15为电源退耦电容。隔离放大级的输出波形如下图所示：

隔离放大器输出波形
此图与图一的区别是输出波形幅度变大，而频率不变。

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5、受调放大级电路

图三
电路如上图所示。末级采用串联馈电的方式。为了有较高的效率，本级利用集电极电流的直流分量在基极偏置电阻上产生所需要的负偏压，使其工作在丙类状态。输出回路采用变压器耦合式谐振回路，利用电感抽头实现阻抗匹配，调整末级功放的工作状态，从而达到有效的集电极调幅，有最佳的功率输出。为加强耦合度，可在变压器初次级之间接一个小耦合电容C22,C20和C21为回路电容。
受调放大电路的输出波形如下所示：

受调放大级的输出波形
6、各级电路的计算①被调级参数的计算已知条件：
Vcc=12V，f0=10.7mHZ，Ql=5,P0=0.5W,RL＝50，hfe=10Q0=150,系数P1=0.15,P2=0.2。三级管型号3DA1B。通过计算,可得：
Ic1m=0.104A,Icm=0.238A,Ico=0.06A

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PD=Ico×Vcc=0.72WPc=PD-Po’=0.098Wc=Po’/PD=86.8%
Ap=10㏒10（Po’/PD）=13dB(20倍所以，激励功率Pi＝Po’/20=31.25mWIbm=Icm/hfe=0.0238AIb1m=0.01A
Vbm=2×Pi/Ib1m=6.24VIbo=6mA
R5=|Vbb|/Ibo=310标称值可取R5＝390可变电压。
取耦合电容C22=8pf,旁路电容C18=C19＝0.033F,高频扼流圈Z4=Z5=100H,从而得到各项功率的计算。
②放大级的计算
已知条件：Vcc=12V,f0=10.7mHZ,末级激励功P1=31.25mW系数P1=0.2,P2=0.4,管子选3DG12B,其Ap=10,Cb’c=15pF。
同理，取C12＝85.5pF,则L2＝6H，用Q表测得其圈数n=12匝，n1=P1×n=2匝，n2=P2×n=5匝.C0＝2×Cb’c=30pF，折合到回路上从而算出回路所需电容为80.8pF.若取C12=68pF,C11=0.25pF,R=1KC14=0.047F,C15=100F,Z3=Z2=100H，C10＝0.033F.③振荡级的计算
已知条件：Vcc=12V，f0=10.7mHZ，选晶体型号为3DG12B，其放大倍数IcQ＝3mA,VceQ=6V,VeQ=0.2Vcc.从而通过计算可得：R3=1.2kR4=800，取标称值R4＝810，BQ=0.06mA,R2=5.1K，R1=15k取C4=0.25pF,C5=20pF,则F＝0.5mA,C4//C5<令C1=470pF，则C2＝940pF,取标称值C2＝1000pF。
五、结论
1、本振级调试
按设计电路安装后，将后级断开，调整晶体管的工作点，使振荡管静态电流为3mA左右；适当调整C4，输出频率为7MHz，幅度为3V的正弦波。2、放大级调整
将前级的振荡输出通过耦合电容接入放大器的输入端，断开末端，接入约80的假负载；在B1的次级，改变回路电容CL1，使电表读数指示最小，即回路对工作频率发生谐振；然后改变变压器抽头，使放大器工作在临界状态，在假负载上输出约200MW的功率。3、末级调试
前两级调试通过后，通过耦合电容接入末级输入，并按天线的等效电阻接入B2的次级，调整回路电容C20，使回路谐振，集电极电流指示最小，将调制信号短路，改变抽头，使载波最大点工作于临界状态，输出功率大于0.5W，且有较好的正弦波输出。

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4、统调
由于将最后一级接上后，其输入阻抗不可能就等于假负载的阻值，因而接入电路后，会改变前级的反射阻抗，使其回路失谐，影响工作波形和输出，所以必须进行统调。重新改变抽头位置，逐次对Cl1、Cl2进行调整，且改变级间耦合电容，反复调试，达到要求为止。
最后将末级电源断开，接入另一级电源进行模拟调制，调试时要注意观察调制特性，即逐级改变末级直流电压后，观察末级集电极回路电表指示的变化。若在均匀改变电源电压的过程中，电流表指示均匀变化没有突变的现象，则在允许调幅度的情况下，有较好的调制特性，如果调制特性不好，则说明末级工作状态不对，应改变B2的抽头，重新使载波的最大点工作在临界状态。调好后，接入1KHz的调制信号，观察调幅波形，改变音频信号发生器输出电压，使音频电压幅值变化，观察包络的变化，则调试完毕。在调试过程中，会出现输出功率不够，输出波形不纯，有谐波分量等问题，需细心调试。

六、心得体会
在这次的高频电子线路设计的过程中，自己感到虽然课本上的理论知识掌握的可以，但是一到实际应用上、具体的课程设计的时候，自己不能够很好的应用自己所学的知识去解决一系列的问题。在其他同学的帮助下，以及自己不断的翻阅有关资料，才能够顺利的解决这次的课程设计，
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。七、参考文献
李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版社2005.6谢自美电子线路设计实验测试华中科技大学出版社2003.10张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11
沈伟慈通信电路西安科电子科技大学出版社2007.5
高吉祥电子技术基础实验与课程设计电子工业出版社2005.2
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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2b98a50c76c66137ee06196b.html

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