100MHz调频发射机的设计和制作-高频课程设计报告.doc

1、 课程设计报告题 目：100MHz 调频发射机的设计与制作 专 业：12 通信工程 年 级：2012 级 学 号：xxxxxx 学生姓名：xxx 联系电话： 指导老师：xxx 完成日期： 2015 年 3 月 30 日I摘 要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。利用高频放大 9018NPN 三极管、线圈、二极管 1N4148、瓷片电容、电解电容、开关、电阻元件，制作发射机，实现一定距离内发射信

2、号的功能。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。关键词：调频发射机；调频；高频放大；9018NPN 三极管；线圈；二极管 1N4148。IIABSTRACTFM transmitter as a simple communication tools, because it does not require station and ground switch station, can effectively support the mobile communications, so deeply the welcom

3、e of people. It currently extensive production, security, field engineering and other areas of small range of mobile communication engineering. This subject focuses transmitter circuit design can provide stability to the oscillation frequency modulation circuit. By using high frequency amplifier, co

4、il, diode 1 n4148, 9018 NPN ceramics capacitors, electrolytic capacitors, switches, resistance element, transmitter, can realize the function of transmitting within a certain distance. Transmitter is the main task of the complete useful modulation of low frequency signal of high frequency carrier, i

5、t becomes in a center frequency has a certain bandwidth, is suitable for the transmission of electromagnetic waves by the antenna.Key Words: FM transmitter; FM; High frequency amplifier;9018 NPN transistor; Coil; 1 N4148 diode. II目录摘 要 .IABSTRACT.I目录 .II1 设计要求及方案选择 .11.1 设计要求 .11.2 方案选择 .12 理论分析与设计

6、.52.1 设计方框图电路的分析及设计 .52.2 总电路的分析及设计 .53 电路设计 .63.1 硬件电路的设计 .63.2 单元电路设计 .83.3 语音信号调频到发射机 .103.4 高频发射信号发射 .104 系统测试 .114.1 调试所用的基本仪器清单 .114.2 调试过程 .124.3 调试结果 .124.3 测试结果分析 .135 总结 .14参考文献 .15附件 .1611 设计要求及方案选择1.1 设计要求设计一个发射频率在 100MHZ 的调频发射机，这样能刚好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整电感和电容的数值，可以方便地改变发射频率，避开调频电台。调频发射机主要由基

7、本放大电路，载波产生电路，调频波产生电路，电容三点式的振荡器，谐振器，采集外界的声音信号的话筒 MIC 等构成。通过话筒或者外部信号输入插座将声音信号采集引入到调频发射机，再送到三极管的基极进行频率调制，并利用电容将发射信号耦合到天线上发射出去。调试一个频率为 100MHz 的高性能调频发射机，要求信号失真小，发射距离大于 10 米，能用普通收音机接收发射的信号。1.2 方案选择方案一：采用 MAX2606 调频发射芯片做调率发射电路方案，MAX2606 采用SOT230-6 微型封装，应用电路如图 1-1 所示，它的平均频率由 L1 设置，390H 的电感可将中心频率设定在 100MHz。调

8、节电位器 RP1 则可以在 88 至108MHz 的 FM 波段选择一个频道作为发射输出功率。输出功率对 50 的天线约为-21dB。图中的两个 INPUT 端接在功放机左右线路（LINE）输出端，左右声道音频信号均通过 22k 相加，并被电位器 RP1 衰减后，由脚送入 MAX2606 的内部振荡电路，经过调制后的射频信号从脚输出到发射天线，由于输入信号幅度高于 60时将产生失真，因此使用电位器 RP2 将信号衰减到该电平以下。发射天线可以用一段 75cm 的电线充当。此时发射距离约为 50 米。为保证最佳接收效果，它最好与接收天线平行安装。MAX2606 可工作于 3 至 5的单电源，但最

9、好采用稳定的电压，尤其是 0.01F 的退耦电容不能省略，以减少频率漂移和噪声，所以 MAX2606 的缺点就是有频率漂移和噪声。2图 1-1 基于 MAX2606 调频发射芯片发射电路方案二：通过音频信号改变载波的频率实现调频发射，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。方案三：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

10、行发射。使用 S9018 构成基本放大电路，载波产生电路，调频波产生电路，电容三点式的振荡器，谐振器，采集外界的声音信号的话筒等构成。通过外部信号输入插座将声音信号采集引入到调频发射机，再送到三极管的基极进行频率调制并利用电容将发射信号耦合到天线上发射出去。图 1-2 s9018 结构图使用 S9018 等元件组成的电路，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，幅度调制的系统结构3简单，价格低廉，并且与之对应的调幅接收设备简单，对阻碍物的穿透能力强，调幅发射机广泛地应用于广播发射，但是传输距离短，容易失真。综合对比，基于所学的相关知识与高频有关，方

11、案三比其它制作简单方便而且价格低廉容易调试，适合锻炼我们的动手能力，所以选择方案一进行发射机的制作。话筒（MIC） ，电容 C1，电阻 R2、R4、 R5 三极管 V1 组成基本放大电路。话筒可以将话音转换成音频信号，音频信号经过耦合电容 C1 传到三极管 V1 的基极，实现音频信号的放大，从而获得所需要的功率，以便对高频载波进行调制。设计中是所用到的信号放大电子器件，9018NPN 三极管有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。此电子器件有两大优点。图 1-3 9018NPN 三极管结构图1、电流放大下面的分析仅对于 NPN 型硅三极管。如图 1-3 所示，我们把从基极 B 流至

12、发射极 E 的电流叫做基极电流 Ib；把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话） ，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的 倍，即电流变化被放大了 倍，所以我们把 叫做三极管的放大倍数（ 一般远大于 1，例如几十，几百） 。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化，4Ib 的变化被放

13、大后，导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。2、偏置电路三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管 BE 结的非线性，基极电流必须在输入电压 大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取 0.7V） 。当基极与发射极之间的电压小于0.7V 时，基极电流就可以认为是 0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于 0.7V

14、时，基极电流都是 0） 。如果我们事先在三极管的基极上加上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻） ，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小 信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的 信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为 0，不能再减小了） 。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以

15、被放大了。所以选择 9018NPN 三极管作为本次设计的最佳器件。图 1-4 LC 并联谐振电路原理结构图2 理论分析与设计2.1 设计方框图电路的分析及设计高频时，三极管的结电容 Cbe 的作用不可忽略。高频三极管 V1 和结电容5Cbe，电容 C3、C5、C6 组成一个电容三点式的振荡器 ，产生高频振荡信号，即载波。载波的频率主要由电容 C4、电感 L 组成一个谐振器和结电容决定。 用放大了的音频信号去控制结电容 Cbe，便可控制载波的频率，使得载波的频率随着音频信号的改变而改变，从而实现调频。调频信号通过电容 C4 传送到发射天线，向外发射 88108MHZ 之间的调频电波。本设计图采用

16、 FM 调制。通常小功率发射机采用直接调频方式，并组成框图如下图 2-1 所示：图 2-1 系统框图其中高频振荡级只要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加音频信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，以避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡极的频率稳定度。功放级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。2.2 总电路的分析及设计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

17、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。直接调频可用改变振荡回路的参数来实现，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，所以根据调频的特点，用调制信号去控制电感、电容、电阻的数值就能实现调频，也可用控制振荡器的工作状态来实现。其中高频振荡级主要是产生频率稳定、中心频率符合指标要求的正弦波信号，且其频率受到外加调制信号电压调变；缓冲级主要是对调频振荡信号进行放大，以提供末级所需的激励功率，同时还对前后级起有一定的隔离作用，为避免级功放的工作状态变化而直接影响振荡级的频率稳定度；功放级的任务是6确保高效率输出

18、足够大的高频功率，并馈送到天线进行发射。基本原理是：载波振荡为 ，调制信号为 ，数学表达式为costAvt（2-1）UFMt（ ） fCOS(Wmin)瞬时频率为 ，瞬时相位为0fKv ftKtd03 电路设计3.1 硬件电路的设计总原理图如图 3-1 所示：1122C420PB2 C3E1Q19018R5100C56.2PC747PC6101PMK1MICD1LEDE1TIANXIANC8103 C9100UFC21UFC14.7UFR427KR110KC3102PR227KR368K12J1CON2R6680GND122334455J3CON6D21N4848 D31N4848L1INDUCTOR12J2CON21 2 3B1KUAIGUANG1vcc。图 3-1 总原理图基本原理：设载波信号 ，调制信号 ；通过 FM 调制，coscmutUwtut使得 频率变化量与调制信号 的大小成正比。即已调信号的瞬时角频cut 率（3-1）*cfwtkut已调信号的瞬时相位为（3-2） 0 0*t tcftdtwtkudt 实现调频的方法有直接调频和间接调频两大类。本次设计主要采用直接调频，其原理为：利用调制信号直接控制振荡器的