基于9018的调频发射机设计

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题 目： 基于9018的调频发射机设计 专 业： 通信工程 年 级： 08级 学 号： 学生姓名： 联系电话： 指导老师：

完成日期： 2011年 5 月 27日

基于9018的调频发射机设计

摘 要

利用三极管9018元件，制作调频发射机，实现发射频率在87.7Mhz-107.9MHZ , 发射距离大于30米的功能。经测试，系统达到发射距离大于30米，发射频率在87.7Mhz-107.9MHZ 之间的要求，具有发射距离远，失真度少的优点，能满足我们课程设计的要求。

关键词：调频发射机；音频输入；音频放大

ABSTRACT

Make use of transistor 9018 making frequency modulated transmiter,aim to realize

the performances that the transmission frequency amang 87.7Mhz and 107.9MHZ and transmission distance more than 30 metres .Through detection,the system can satisfy the requirements that the transmission distance more than 30 metres and transimission frequency amang 87.7Mhz and 107.9MHZ and so on.It has many advantages such as far transimission distance and low impairment rate .It has already satisfy our requirments of the course design.

Key W ords : frequency modulated transmitter(FM transimittor); audio input;audio frequency amplify.

目 录

摘 要 ............................................................................................................................. 1 ABSTRACT ..................................................................................................................... 1

1、设计目的、要求及方案 ................................................................................. 3

1.1设计目的 ............................................................................................................. 3 1．2设计要求........................................................................................................... 3 1．3设计方案........................................................................................................... 3 2 理论分析与设计............................................................................................................ 4

2.1 总体电路的分析及设计 ....................................................................................... 4

2.1.1. 系统框图.................................................................................................... 4 2.1.1 频率调制原理 . ........................................................................................... 4 2.1.2直接调频和间接调频 .................................................................................. 5 2.1.3二极管调频和三级管调频 ........................................................................... 6 2.2 单元电路的分析与设计 ....................................................................................... 6

2.2.1麦克风的接入............................................................................................. 6

2.2.2 LC调频振荡器 . .......................................................................................... 7 2.2.3 音频放大电路设计 . .................................................................................... 7 2.2.4 高频功率放大电路设计 . ............................................................................. 9

3 系统测试 .................................................................................................................... 10

3.1调试所用的基本仪器清单 . .................................................................................. 10 3.2调试结果 ........................................................................................................... 10 3.3 测试结果分析 . ................................................................................................ 10 5 总结 ............................................................................................................................11 参考文献.........................................................................................................................11 附 录 ............................................................................................................................11

1、设计目的、要求及方案

1.1设计目的

无线电发射与接收设备是高频电子线路的综合应用，是现代化通信系统、广播与电视系统、无线安全防范系统、无线遥控和遥测系统、雷达系统、电子对抗

系统、无线电制导系统等，必不可少的设备。本次设计要达到以下目的： （1）进一步认识射频发射与接收系统；

（2）掌握调频（或调幅）无线电发射机的设计； （3）学习无线电通信系统的设计与调试。 1．2设计要求

（1） 发射频率：87.7Mhz-107.9Mhz ； （2） 工作电压：DC 3V-9V； （3） 工作电流：＜100mA ； （4） 发射距离：大于30米； （5） 失真度：0.1%； （6） 调制度：15%；

（7） 调制方式：调频（FM ）用收； （8） 最大频偏：土75KHz ； （9） 输出阻抗：50欧。 1．3设计方案 1.3.1调频方案的选择

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：以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路。虽然是以晶体振荡器做成的高精度高稳定度的调频电路，很能达到我们的要求。但考虑到元件使用问题，我们继而找寻更符合实际的方案。

方案三：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。

由于在课程设计中对传输距离的要求不是很远，所以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，我门选择第三个方案直接载波调频的方案来设接调频发射机。

2 理论分析与设计

2.1 总体电路的分析及设计 2.1.1. 系统框图

采用FM 调制的调频发射机其原理框图如下图所示，它由LC 振荡与调频、缓冲隔离、功率激励、末级功放和直流稳压电源等部分组成。

2.1.1 频率调制原理

u c (t ) =U cm cos (w c t )

载波

，调制信号u Ω(t )；通过FM 调制，使得

u c (t )

频

率变化量与调制信号u Ω(t )的大小成正比。即已调信号的瞬时角频率

w (t )=w c +k

f

⋅u Ω(t )

t

t

已调信号的瞬时相位为

ϕ(t )=

⎰w (t ')d t '=w

c

t +k f

⎰

u Ω(t ') d t '

原理图见附录1. 2.1.2直接调频和间接调频

实现调频的方法分为直接调频和间接调频两大类。 （1） 直接调频

直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其反映调制信号变化规律。要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，就是用调制信号去控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，就能够实现直接调频。直接调频可用如下方法实现：

a. 改变振荡回路的元件参数实现调频

在LC 振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC 振荡回路的电感L 和电容C 。在RC 振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容或电阻的数值就能实现调频。

调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。

b. 控制振荡器的工作状态实现调频

在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压。因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。

若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。 (2)间接调频

不直接针对载波，而是通过后一级的可控的移相网络。 将u Ω先进行积分

⎛k t u (t )dt ⎫，而后以此积分值进行调相，即得间接调频。 1⎰Ω⎪0⎝⎭

u FM (t )=V cm cos ⎛ w c t +k

⎝

f

⎫

⎰u (t ')d t '⎪⎭

Ω

t

2.1.3二极管调频和三级管调频

直接调频最常见有变容二极管调频，使用VCO 实现变容二极管直接调频。许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC 振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。

另外一种更为简单的直接调频方法是用三极管直接调频。原理是三极管组成共基极超高频振荡器，基极与发射极的电压随基极输入的音频信号变化而变化，从而改变高频振荡的频率，最终实现频率的调制。

从方便，简单和使用元件少的角度出发，使用三级管更能较好的满足我们的需求，因此，我们选择9018三极管作为设计的核心元件。 2.2 单元电路的分析与设计 2.2.1麦克风的接入

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，防止直流电通过防止过大的电流将晶体三极管烧坏，但又不能太大，通过2.2k 的电阻R1实现， C2为耦合电容有隔直通交的作用，如图2。

图2

2.2.2 LC调频振荡器

LC 调频振荡器——主振级：是正弦波自激振荡器，用来产生频率为

57MHz~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。

FM 调制电路设计： FM调频电路原理是三极管组共基极高频振荡器，基极与发射极结电容随着输入电压的变化而变化，从而改高频振荡的频率。本模块由三极管等元件构成电容点式振荡器，不仅能够产生稳定的载波，而且还能够实现调制功

能，如图3。

图3 2.2.3 音频放大电路设计

音频放大电路由共射放大电路构成。由调制级转换过来的音频信号非常弱，因此必须再加上一级共射放大的电路。然而要使共射放大电路工作在放大区，必须有合适的静态工作点Q 。

a 、静态工作点的测量

测量放大器的静态工作点，应在输入信号Ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流Ic 以及各电极对地的电位UB 、Uc 、UE 。一般实验中，为了避免断

开集电极，所以采用测量电压UE 或Uc ，然后算出Ic 的方法，例如，只要测出

I E ≈I C =

U E

R E 算出Ic(也可根据

I C ==

U CC -U C

R C

UE ，即可用：，由Uc 确定Ic)

同时也能算出UBE= UB-UE，UcE= Uc-UE，如曲线图4。

图4

b 、静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic （或UcE ）的调整与测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱合失真，此时Uo 的负半周将被削底，如上图2所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即Uo 的正半周被削顶（一般截止失真不如饱合失真明显），如图5所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压Ui ，检查输出电压Uo 的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。

图5 静态工作点对U0波形失真的影响

2.2.4 高频功率放大电路设计

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IEO （≈ICO ）在射极电阻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

v i

'

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vc1, 电流ic1。图6画出了丙类功率放大器的基极与集电极间的电流、电压波形关系。分析可得下列基本关系式：V c 1m =I c 1m R 0 式中，幅；

V c 1m

为集电极输出的谐振电压及基波电压的振

R 0

I c 1m

为集电极基波电流振幅；为集电极回路的谐

振阻抗。

P C =

12

V c 1m I c 1m =

12I

2c 1m

R 0=

1V c 1m 2R 0

2

式中，

P D =V CC I CO

PC 为集电极输出功率

式中，PD 为电源VCC 供给的直流功率；ICO 为集电极电流 脉冲iC 的直流分量。放大器的效率η为

η=

1V c 1m I c 1m

⋅⋅2V CC I CO

通过C6将调制信号耦合到天线上去。

图7

3 系统测试

3.1调试所用的基本仪器清单

(1)数字式或指针万用表； (2)3V—9V 稳压电源； (3)示波器；

(4)具有FM 收音机功能的收音机

(5)立体声音源（计算机声卡、MP3 ，音源纯正，无杂音）。 3.2调试结果

发射频率：87.7Mhz-107.9Mhz ； 工作电压：DC 3V-9V； 工作电流：＜100mA ； 发射距离：大于30米； 调制方式：调频（FM ）用收； 最大频偏：土75KHz ； 3.3 测试结果分析

（1）电源输入显示的发光二极管处一定要加入保护电阻，否则会因为输入的电流过大而烧坏二极管。

（2）天线匹配，天线的频段和机器频段不一致，天线阻抗不匹配，都会严重影响发射距离。

（3）电感线圈的圈数一定要与所设计的电路匹配，否则会影响发射距离和接收质量。

（4）在换用天线时要注意将天线拧紧，另外不能随便使用非厂家提供的天线，也不能使用不符合机器频点的天线。

5 总结

本设计的调频发射机以9018三极管为核心，较好的实现了各项基本指标。另外又增加了麦克风音频输入。该系统电路设计简单实用，使用的电路板体积小，电路元件少，功率相对较高，设计合理，方便，实用。

无线电设计相对于数电等其它课程设计简单，但一点点的偏差都会影响发射质量，甚至导致收听不到发射的音源，所以多次做板也是有可能的，这不仅需要我们在做完实物后的耐心调试，还要有不要因为第一次不成功而灰心的准备。 调频发射机的调试更需要小心、细心、耐心和技巧。

总之，调频发射机的制作不仅锻炼了我们的动手能力，激发了我们的创新思维，培养了我们不懂就要多问的精神，还培养了我们平时做事要耐心，细心的习惯，更培养了我们面对挫折勇于克服的意志品质和吃苦耐劳的精神。我也深深的体会到理论结合实际的重要性。

参考文献

[1]王磊，杨红，等编著，冼进(审). 射频电路设计技术[M].电子工业出版社,2007.

[2]夏路易，石宗义. 电路原理图与电路板设计教程Protel 99SE.北京希望电子出版社,2002.

[4] 徐正惠. 高频电子技术[M].北京：科技出版社，2008.

[5] 张肃文. 高频电子线路北京[M].北京：高等教育出版社，2010. [6] 谢自美. 电子线路设计、实验与测试[M].2003.

[7] 江思敏、姚鹏翼.PADS 电路原理图和PCB 设计[M].机械工业出版社，2007.

附 录

附录1 总原理图

附录2 电路板图

附录3 元件清单