高频电子电路课程设计

一、摘要随着社会的发展，通讯工具在我们的生活中的作用越来越重要。通信工程专业 的发展势头也一定会更好，为了自己将来更好的适应社会的发展，增强自己对 知识的理解和对理论知识的把握，本次课程设计我准备制作具有实用价值的调 频器。我们都知道发射机的功能是将原始信号调制成频率携带消息的信号，该 过程称作调制过程，实现这一功能的电路称作调频电路。调频电路是使受调波的瞬时频率随调制信号而变化的电路。调频器分为直接调 频和间接调频两类。直接调频是用调制信号直接控制自激振荡器的电路参数或 工作状态，使其振荡频率受到调制，变容二极管调频、电抗管调频和张弛调频 振荡器等属于这一类。在微波波段常用速调管作为调频器件。间接调频是用积 分电路对调制信号积分，使其输出幅度与调制角频率成反比，再对调相器进行 调相，这时调相器的输出就是所需的调频信号。间接调频的优点是载波频率比 较稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增 力口。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。调频器广 泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备。调频 广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。调频电台的频 带通常大约是200250kHz,其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保 真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于308000Hz的范围内。在调频时，可以将音频信 号的频率范围扩大至3015000Hz,使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质 量大为提高。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。因此，对于调频电路的研究、设计，具有 重大的意义。此次的课程设计我准备设计出具有一定实用价值的调频器，以实 现对音频信号的频率调制。二.总体方案1、主要技术指标：（1）中心频率为18. 5MHz,频率不稳定度（包括不准确度）为350KHz。（2）输入音频信号为lOOMv （有效值）时，输出信号幅度大于300mV （空载）。（3）输入音频信号为lOOMv （有效值）时，产生频偏土50KHz。调频器的输入电阻为75&o2、方案确定根据上述要求，可见所设计的调频器由三部分构成：音频放大器、调频级和缓 冲级。音频放大器的作用是将送来的音频信号放大后，去对调频振荡器进行频 率调制，即：使振荡器的振荡频率按照音频信号的变化规律而变化，音频放大 器的放大倍数要根据调频器的频偏而设定。因此，音频放大器可采用一般的共 射极放大电路。调频级是调频器的核心，其作用是使等幅振荡变成频率按调制信号变化的调频 振荡。调频级的关键是产生一个频率为18. 5MHz的振荡信号。因此，调频级可 采用变容二极管直接调频振荡器。振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式 电路。采用变容二极管直接调频的原因是为了获得较大的频偏。另外，变容二 极管直接调频电路的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进 的频率调制方案缓冲级的作用是将振荡级与输出隔离开来，避免输出部分对振荡级的影响，并 做到与后面的放大级良好的连接起来，故缓冲级可以采用共射放大器和一级射 极跟随器组成。放大器既可以作为隔离级，又可以使振荡级与后级的耦合减弱 一些，有利于提高频率稳定度和减小后级对振荡器的影响。3、变频器的系统框架三、电路工作原理调频器由三部分构成：音频放大器、调频级和缓冲级。音频放大器由共射极放大电路构成，这是一种利用负反馈技术稳定静态工作点 的电路。与固定偏置共射放大电路相比，电路中增加了发射极电阻R4,和R4”、 发射极旁路电容C20。该负反馈为电流串联负反馈，它只对直流分量起作用， 对交流分量没有负反馈作用，它属于直流反馈，只影响放大电路的静态，而 不直接影响放大电路的动态性能指标。共射极放大电路具有电压和电流放大 能力，U。和Ui反相。调频级采用的是变容管直接调频技术。直接调频是用调制信号电压直接去控制 振荡器的振荡频率，直接调频的稳定性较差，但得到的频偏较大，线路简单, 故应用较广。其调频电路图变容管的直流电压Uq从R6和W2上获得。调制信号通过C2、L1 馈入，L1是高频扼流圈。变容管作为可控电抗元件接入LC振荡回路中，变容 管的结电容Cj与C3、C4、C5、C7、C8共同构成回路的电容。变容管两端的电 压包括静态电压Ud和调制电压Q。电压的正确馈入是保证二极管正常工作的必 要前提。变容管调频电路是根据似稳态理论建立的一种直接调频电路，是一个正弦振荡 器电路，只不过它的工作频率受调制电压的控制。为了减小非线性失真，调制 度应小于1,因此这种电路适用于产生宽带调频信号。振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式电路。晶体管各端之间的接入系数均 小于1,所以晶体管寄生参量对选频回路的影响大大减小，因此振荡器工作频 率的稳定性基本由选频回路本身的稳定性决定而与晶体管参量的关系甚小。在 保证变容管正常工作的前提下，改变C3和C4可改变振荡器的工作频率，而 C5不变，接入系数不变，从而振荡器的工作频率范围展宽，稳定性也得提高。缓冲级由共射放大器和一级射极跟随器组成。共射极放大电路同音频放 大器类似。射极跟随器即共集电极放大电路，这种电路把输入信号接在基极 和公共端“地”之间，又从发射极与“地”之间输出信号。射极跟随器具有 高的输入电阻和低的输出电阻，因此可以在高内阻信号源与低阻抗负载之间 起缓冲作用，在多级放大电路中作输入级和输出级。射极跟随器的特点是电 压放大倍数小于1,但接近于L没有电压放大能力；Uo与Ui同相；具有电流放大能力和功率放大能力。四、电路设计及计算4.1音频放大器设计及计算音频放大器由共射放大电路构成，电路如下图所示:已知：三极管选用硅管3DG6(B=80),放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=O. 8mA(Ic选小是为了减小噪声),Ube=O. 7V,W1=1OK&, Ri=75 &, Ub=35V, 11=(5-10) lb。求解：Ib=Ic/B=0. 8mA/80=0. 01mA取Il=8Ib=8X0. 01mA=0. 08mA取 Ub=4V.*.R2=Ub/Il=4V/0. 08mA=50K& 取标称值 R2=51K&,. Rl= ( Vcc-Ub )/Il=(12V-4V)/0.08mA=100K&Ue=Ub-Ube=4V-0. 7V=3. 3V R4 +R4” =Ue/Ie=Ue/Ic=3.3V/0.8mA=4.125KVVR4” ，可取 R4 =200& 贝ljR4”=3.9K&R3= (Vcc-Ue-Uce) /Ic= (12V-4V-4V) /O. 8mA=5. 875K&取标称值R3=5. 6K&Rbe=Rbb+26 (1+B) /Ic=300&+81 X 26/0. 8=2. 83K&Ri=Rbe+(1+B)R4 R1R2=12K&Ri=Ri R23=75&AR23=75&放大倍数 Au=-BR3/Rbe+(l+B)R4, =-23电容:Cl、C2为耦合电容，故可取lOuF；C20为低频旁路电容，故可取10uF音频放大器的电阻、电容值如下:电阻值：R1=1OOK&, R2=51K&, R3=5.6K&, R4 =200&, R4”=3.9K&R23=75&, W1=1OK&电容值:Cl=10uF, C2=10uF, C20=10uF4. 2调频级设计及计算调频电路如下图所示：振荡部分是一个共基极电路，基极通过C6、C15接地，是改进型高稳定度LC电容三点式振荡器。振荡器的频率由L2、C3、C4 C5、C7、C8和变容管决定,C4很小，对频率的影响较大。已知：三极管选用硅管3DG6(B=80),放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=3mA, Ube=O. 7V,W2=15K&, W3=68K&, Ub=35V, 12=(5-10) lb, L2=luH, Rll=10&当 Uq=4V 时，Cj=20pF振荡器的中心频率为18. 5MHzoW2电位器的阻值从小到大改变时，Uq的变化范围为2-10Vo电容C4很小，为几pF, C5C7、C8求解：Ib=Ic/B=3mA/80=0. 0375mA取I2=8Ib=8X0. 0375mA=0. 3mA取Ub=4V.*.R9=Ub/I2=4V/0. 3mA=13. 3K&取标称值R9=13K&AUe=Ub-Ube=4V-0. 7V=3. 3VA RI l+R12=Ue/Ie=Ue/Ic=3. 3V/3mA=l. 1K&/.R12=1.09K&取标称值R12=l. 1K&R10= (Vcc-Uce-Ue) /Ic= (12V-4V-3. 3V)/3mA=l. 56K& 取标称值 R10=l. 5&R8+W3= (Vcc-Ub) /I2= (12V-4V) /O. 3mA=26. 6K& 可 取R8=10K变容管直流偏置电路如下所示：VW2电位器的阻值从小到大改变时，Uq的变化范围为2-10Vo:.12XR6/ (R6+R7+W2) =212X (R6+W2) / (R6+R7+W2) =10解得：R6=3. 75K&取标称值R6=3.6K&, R7=3K&VR5R6 R7故可取R5=330K&电容：该电路的反馈系数F=C7/ (C7+C8),反馈系数F=l/31/8故可取 C7=300pFC8=680pFVf0=l/2n (L2+C) ?18. 5MHz L2=luHAC=74pF而 C5C7、C8Xvc= (Cj+C4)串 C3+C5 串 C7 串 C8故可取C5=51pF电容C4很小，为几pF故可取C4=5. IpF-,-C3=280pF取标称值C3=270pF调频级的电阻、电容值如下：电阻值：R6=3. 6K&, R7=3K&, R8=10K&, R9=13K&, R10=l. 5K&RU=10&, R12=l. 1K&, W2=15K&, W3=68K&电容值：C3=270pF, C4=5. IpF, C5=51pF, C6=0. OluFC7=300pF, C8=680pF4. 3缓冲级设计及计算缓冲级由隔离放大级和射级输出器构成，其中，隔离放大级的功能由一个共射 放大器来完成；射级输出器的功能由共集电路（射级跟随器）来完成。其电路 图分别如下：下图为隔离放大级已知：三极管选用硅管3DG6(B=80),放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=3mA , Ube=O. 7V, W2=15K & , Ub=35V, 13=(5-10) Ibo求解:,: Ub=35V故可取Ub=4VAUe=Ub-Ube=4V-0. 7V=3. 3VR16=Ue/Ie=Ue/Ic=3. 3V/3mA=l. 1K&R15= (Vcc-Uce-Ue) /Ic=(12V-4V-3. 3V)/3mA=l. 56K&取标称值 R15=l. 5K&, Ib=Ic/B=3mA/80=0. 0375mAI3=8Ib=8X0. 0375mA=0. 3mAAR14=Ub/I3=4V/0. 3mA=13. 3K&取标称值R14=13K&R13= (Vcc-Ub) /I3= (12V-4V) /0. 3mA=26. 6K& 取标称值 R13=27K&电容：C21为耦合电容，故可取30pFCIO为旁路电容，故可取O.OluF下图为射级输出器已知：三极管选用硅管3DG6(B=80),放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=9mA, Ube=O. 7V,W4=470&, 14=(5-10) Ibo求解：Ue=Vcc-Uce=12V-4V=8V:.R19=Ue/Ie=Ue/Ic=8V/9mA=888&取标称值R19=820&Ub=Ue+Ube=8V+0. 7V=8. 7VIb=Ic/B=9mA/80=0. 12mA 取 I4=8Ib=8 X 0. 12mA=0. 9mAAR18=Ub/I4=8. 7V/0. 9mA=9. 6K&取标称值R18=10K&A R17= (Vcc-Ub) /I4= (12V-8. 7V) /0. 9mA=3. 67K&取标称值R17=3. 6K&电容：C9、CU为耦合电容故均可取0. OluF缓冲级的电阻、电容值如下：电阻值：R13=27K&, R14=13K&, R15=1.5K&, R16=l. 1K&, R17=3. 6K&R18=10K&, R19=820&, W4=470&电容值：C9=0. OluF, C10=0. OluF, Cl 1=0. OluF, C21=30pF五、心得体会做本次课程设计用去了大量的时间，以前老感觉自己的高频学的挺好的，对于 好多东西都掌握的比较扎实，可是真正做起课程设计才发觉是这么的难，对 课本上好多东西都只是理解了个皮，而其真正的原理及作用很模糊。通过仔 细的看课本，并且翻阅了大量的资料，才终于把本次课程设计做完。在做本次课程设计的过程中，我学到了一些理论知识和做课程设计的基本思路, 同时也对自己真正的水平也有了一个更清晰的认识。在每次课程设计之前都 要能清楚的知道自己想要设计的是什么东西，而设计这些东西有需要哪些常 件，如何把这些器件组合起来才能实现想要的功能，由于开始的时候一直觉 得课程设计很难，不知道该从何处下手，耽误了很多时间都没选定题目。对于电路的设计过程我以为调频器很难，设计比较烦琐，有静态工作点 的要求，各电阻、电容值的设计，还有频偏的要求，看起来十分复杂。后来 通过查资料，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定 电容的值，画出电路图，一切都会变得简单。经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我 学到了不少实用的东西，对于高频电子电路有了更深层次的掌握，并且提高 了动手能力和独立解决问题的能力。虽然这次课程设计没有要求制作电路板 并且对其进行调试，但我相信要是调试的话也一定可以成功。我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于通信工程 的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提 高自己的动手操作能力，以求真正领会通信专业里边的各种知识，为将来的 工作打下良好的基础。六、参考资料1.于洪珍，通信电子电路，清华大学出版社，2005年6月2 .沈伟慈，高频电路，西安电子科技大学出版社，2000年3 .张肃文，高频电子线路，高等教育出版社，1993年4 .高吉祥，高频电子线路，电子工业出版社，2003.年5 .清华大学通信教研组，高频电路，人民邮电出版社，1980年6 .姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2003年7 .姜威，实用电子系统设计基础，北京理工大学出版社，2008年1月8 .王松武，电子创新与实践，国防工业出版社，2005年