原创 直接载波调频课程设计

多多指教，自己的课程设计论文。写的不好，不过是我自己写的。传上来，有要的可下来看看。

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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。

6：培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的生产观点，经济观点和全局观点。

第二章     设计方案

2.1  方案选择

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

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图2.1  调频波发射机原理框图

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原理电路图

本次设计的中设计出的电路原理图如图3.1所示：

                          图3.1  直接调频原理图

3.2  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*<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />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。

3.3  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

第四章  电路元件说明

4.1  色码电感、色码电阻

色码电感的识别和色码电阻的识别方法一样，下面介绍色码电阻的识别方法：

第一步：当我们拿到一个四色环电阻时，首先看它的第四道色环，第四道色环一般离其它三道色环的距离较远一些，容易找到，并且第四色环的颜色也只有金和银两种色，或者是没有第四道色环即无色。之所以要先看第四道色环不仅仅是因为它位置特殊和颜色简单容易识别而已，而是因为它将决定第一道和第二道色环的颜色，这个重要的特征由标称值系列来决定的。

第二步：看完第四道色环后接着是先看第三道色环，第三道色环是快速读出阻值的关键一环，大家都知道第三环是倍乘，如果只是读出倍乘的话那将影响整个阻值读取过程，我们应该将倍乘直接读成阻值的单位，再加上第一二道色环的数值就是正确的结果以上是第三道色环比较常用的颜色，而灰和白这两种色因为倍乘太大一般不会用，银这种色太小也不会常用，而无这种色因为没有相对应倍乘，所以这第三道色环不可能是无色。

第三步：然后再看第一二道色环，第一二道色环代表的是有效值，第一道色环一般会紧靠在色环电阻的某一端，紧接着的是第二道色环和第三道色环，然后再隔较远的距离才是第四道色环，如何快速读出第一二道色环数值？请牢记下面这句口诀：棕一红二橙三黄四绿五蓝六紫七灰八白九黑零

4.2  电容

在电路里，电容跟电阻一样的常用。常见的电容按制造材料的不同可以分为：瓷价电容、涤纶电容、电解电容、担电容，还有先进的聚丙希电容等等，它们各有不同的用途。例如，瓷价常用于高频，电解用于电源滤波等。

在电容中一般常见的陶瓷电容是不分正负极的。而常见的电解电容是要分正负极，电解电容有两只引脚，其中长正短负。

电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中：1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10 uF/16V容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示字母表示法：1m=1000 uF 、1P2=1.2PF 、1n=1000PF数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF。

4.3   三极管

三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：“三颠倒,找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大，测不准，动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释。

三颠倒、找基极：大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管。

测试三极管要使用万用电表的欧姆挡,并选择R×100或R×1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。由图可见,红表笔所连接的是表内电池的负极,黑表笔则连接着表内电池的正极。

假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型,也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着,再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小，剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。

NPN结定管型：找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管，若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。

顺箭头、偏转大：找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢？这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。

具体方法如下所述： (1) 对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路。根据这个原理,用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔→c极→b极→e极→红表笔,电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。(2) 对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。

测不出、动嘴巴：若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测 量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住（或用舌头抵住)基电极b，仍用“顺箭头偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用使效果更加明显。

                   第五章  电路焊接与调试

5.1  电路焊接

    根据电路图上的说明和电路板上的符号说明将正确的电子元件插到正确的位置用焊锡和电烙铁将其焊接上。在焊接电路路板，应先将电烙铁加热在适当温度，把电烙铁的触在焊孔在将焊接点上，注意掌握好焊锡的用量。在焊接的时候，由于电路板上有阻焊层使的焊接的时候焊锡与电路板不容易相吸，也就不好焊接。在这中情况下可以先用干净的卫生纸或摸布先将焊接点的阻焊层擦干净。这样有利于焊接，也使得焊接点焊接点更加牢固。防止焊接点的虚焊和脱焊，同时也可也使得焊接点更加美观。在焊接的时候为了防止在焊接点密集的地方焊接点的相互短路，可以在边焊接边用万用表检查焊接点是否焊接的正确。由于再喊节的时候电烙铁的温度较高，要小心烫伤手和烫坏实验设备。

5.2  调试

在我们焊接好电路板后出现了大致一下的问题，我们也通过一定的方法，解决了在焊接电路板时出现的诸多问题。总的说来大致可也叙述为一下的问题和对应的解决方法。

1：在电路板焊完后，先用万用表大概检查了一下电路板焊接的是否正确。

    2：在没有什么大问题的情况下，我们接上电源查看是否成功，我们的电路板出现了，电路板上的电源指示灯LED不亮。关掉电源后，我们分析了可能出现的错误有：一是LED灯被短路；二是电源的正负接得不正确。我们通过用万用表检查，发现使电源的正负极接反了的，最后我们改变了电源的正负极的连接方向，LED能点亮了。

    3：在改变电源连接方向后，还是不能接收到发射机发出的信号。通过我们的分析可能出现的错误有：一是电路中的电容三点式振荡器没能正常工作；二是发射电路不能正常工作。于是我们用数值示波器检查了电路中的电容三点式振荡器电路部分的三极管（Q1）的发射极，出现了如图5.1所示的75MHZ左右的波形，说明电容三点式振荡器能正常的工作。之后我们检查了小信号发射电路部分也就是Q3的集电极，有和Q1发射极频率基本相同但大小不同的的波形，如图5.1所示的波形，这说明了发射机的信号发射部分也正确。

                       图 5.1   载波信号

但还是不能接受到信号，于是我们将发射机的电源开关关掉后将MP3放出的信号接到发射机的信号输入端，在用模拟示波器观察在Q1的基集是否有音频信号加载上去。结果是没能发现有信号，通过我们的分析这可能出现的情况有：一是音频信号的输入端与地短路；二是音频信号的输入端与Q1基集之间是断路情况。我们先用万用表的检查了电路，结果发现在Q1和音频信号的输入端之间的色码电感出现了虚焊的情况。导致了音频信号不能输入到Q1的基集。因此音频信号不能被调制到由三极管（Q1）、电容（C4、C5）和电感（L2）组成的高频小信号振荡器中，所以不能被发射出去。将其焊接好后，在Q1基集能检查到信号了，如图5.2所示。

                            图 5.2   音频信号

     再将电源打开，加上音频信号后，用数字示波器在Q3的集电极测到了图5.3所示的调频波信号（有一定的带宽）。

                            图5.2   调频波                             

4：将音频信号加上，打开发射机的电源开关，还是不能接收到信号。最后我们分析得出可能的错误原因：是收音机能接收到的频率和发射机的发射频率不不在同样频率段。于是我们调整了电路板上的空心电感L2，也就是调节了电路板的中心了，最后我们发现将发射机的发射频率调整到了78MHz左右时能接收到较好的信号了，但是信号太弱了，于是我们将电路板中的空心电感L3做了适当的调整。最后能接收到较好的声音信号了。能在收音机里清晰的听见在MP3中放出的声音信号。

                             参考文献

【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月
【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社，2002.8
【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京：北京理工大学出版社，1997
【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。2006.10
【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。2003.9
【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006

                               附录

    电路原理图和PCB图：

                               电路原理图

                             PCB图

                           致谢

在这次课程设计中我们遇见了很多困难，有理论知识上的，也有焊接技术上的。但是我们在冬梅老师、吉里满老师的耐心的指导下，我们解决了在理论知识和焊接技术上遇到的问题，最后我终于成功的完成了我们的课程设计。并且我还学到了很多的知识，学会了如何分析问题和解决问的方法。在此我对她们的耐心指导表示感谢，我还的感谢我的同组人，因为在这次课程设计中她们也教会了我不少的知识。