1、 蘭州理工大學課程設計報告摘要 頻率調制又稱調頻，它是使高頻載波信號的頻率按調制信號振幅的規律變化，即使瞬時頻率變化的大小與調制信號成線性關系，而振幅保持基本恒定的一種調制方式。 調頻發射機的主要任務是完成有用的低頻信號對高頻載波的控制，將其變為在某一中心頻率上具有一定帶寬、適合通過天線發射的電磁波。首先通過放大器適當放大語音信號，然后用并聯型晶體振蕩電路為發射機提供頻率載波，接著通過改變語音信號完成語音信號對載波信號的頻率調制，最終利用丙類諧振功率放大器，使已調制信號功率大大提高，經過濾波網絡濾除高次諧波，最后通過天線發射出去。 通過此次課程設計，使學生加強對通信電子線路的理解，掌握文獻資料

2、檢索，設計方案論證比較，以及設計參數計算等能力環節。進一步提高分析解決實際問題的能力，提高解決通信電子電路問題的實際本領，真正實現由課本知識向實際問題的轉化；通過典型電路的設計與仿真，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。關鍵字：調頻發射、混頻、倍頻、丙類放大目錄一、 前言1二、系統總述22.1整體原理框圖22.2工作原理22.3Multisim簡述2三、設計指標33.1設計任務及技術指標和要求33.2具體設計指標33.3內容和要求3四、單元電路設計與仿真44.1晶體振蕩電路44.2晶體振蕩器直接調頻電路54.3二極管單平衡混頻電路84.4三極管倍頻電路94.5丙類諧振功率放大電路10五、

3、整機電路設計圖11六、 設計總結12七、參考文獻13一、 前言 調頻發射機目前處于快速發展之中，在很多領域都有了很廣泛的應用。它可以用于演講、教學、玩具、防盜監控等諸多領域。這個課程設計是關于小功率調頻發射機工作原理分析及其安裝調試，通過這次設計我們可以更好地鞏固和加深對小功率調頻發射機工作原理和非線性電子線路的進一步理解。學會基本的實驗技能，提高運用理論知識解決實際問題的能力。 本課設結合Multisim軟件來對小功率調頻發射機電路的設計與調試方法進行研究。Multisim軟件能實現從電學概念設計到輸出物理生產數據，以及這之間的所有分析、驗證、和設計數據管理。今天的Multisim軟件已不是

4、單純的設計工具，而是一個系統 ，它覆蓋了以仿真為核心的全部物理設計。使用Multisim等計算機軟件對產品進行輔助設計在很早以前就已經成為了一種趨勢，這類軟件的問世也極大地提高了設計人員在機械、電子等行業的產品設計質量與效率。 本課題的設計目的是要求掌握最基本的小功率調頻發射系統的設計與安裝對各級電路進行詳細地探討，并利用Multisim軟件仿真設計了一個小功率調頻發射機。二、系統總述2.1整體原理框圖倍頻 混頻調制器音頻放大載波功率放大器信號天線 圖1 整體原理框圖2.2工作原理 此次設計中采用晶體振蕩器直接調頻方式。其中晶體振蕩器主要用于產生頻率穩定，中心頻率符合指標要求的正弦波信號，且其

5、頻率受到外加音頻信號電壓調變，將調制信號輸入調頻波產生電路得到調頻波，再對所產生的調頻信號進行混頻、倍頻、功放和一系列的阻抗匹配，完成調頻發射過程。 晶體振蕩電路：是電容三點式振蕩器，用來產生本地載波，整個發射機的頻率穩定度由它決定，因此要求其有較高的頻率穩定度，同時也有一定的振蕩功率(或電壓)，其輸出波形失真要小。 調頻電路：本電路主要的作用是用音頻信號去改變本地載波的頻率，使得載波信號的頻率隨著音頻信號的幅值變化而變化。這樣就將音頻信號所攜帶的信息加載到了載波中。功率放大器：用于放大功率信號，由于功放級往往工作于效率高的丙類工作狀態，其輸出波形不可避免產生了失真，為濾除諧波，輸出網絡應有濾

6、波性能因此主要由諧振電路完成。2.3Multisim簡述 Multisim 是一個能進行電路原理設計、對電路功能進行測試分析的仿真軟件。Multisim 更適合于對模擬電路、數字電路和通信電路等的仿真與測試。它的元器件庫提供數千種電路元器件供仿真選用，提供的虛擬測試儀器儀表種類齊全，還有較為詳細的電路分析功能，仿真速度更快。它將實驗過程中創建的電路原理圖、使用到的儀器、電路測試分析后結果的顯示圖表等全部集成到同一個電路窗口中，具有直觀、方便、實用和安全的優點。三、設計指標3.1設計任務及技術指標和要求1單元電路設計及仿真1）設計晶體振蕩器直接調頻電路4）設計二極管單平衡混頻電路5）設計二倍頻倍

7、頻電路6）設計丙類諧振功率放大電路 2. 調頻發射系統整機電路設計3. 高頻實驗平臺整機聯調3.2具體設計指標 1. 工作電壓：Vcc=+12V； 2. (天線)負載電阻：RL=51歐； 3. 發射功率：Po500mW； 4. 工作中心頻率：f0=5MHz； 5. 最大頻偏：fm=10kHz； 6. 總效率：§%50； 7. 頻率穩定度：f0/fo 0.0001/小時； 8. 調制靈敏度SF30KHZ/V； 3.3內容和要求 1. 要求完成各單元電路設計及仿真，利用Multisim開發軟件完成整機電路設計； 2.通過實際電路方案的分析比較，參數計算元件選取仿真測試等環節，初步掌握簡

8、單實用電路的分析方法和工程設計方法； 3.了解與課程有關的電子電路以及元器件工程技術規范，能按課程設計任務書的技術要 求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖； 4.掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調試和整機指標測試方法。四、單元電路設計與仿真4.1晶體振蕩電路石英晶體振蕩器的基本原理： 從石英晶體諧振器的等效電路可知，它有兩個諧振頻率，即（1）當L、C、R支路發生串聯諧振時，它的等效阻抗最小（等于R）。串聯揩振頻率用fs表示，石英晶體對于串聯揩振頻率fs呈純阻性，（2）當頻率高于fs時L、C、R支路呈感性，可與電容C。發生并聯諧振，其并聯頻率用fd表示。根據

9、石英晶體的等效電路，可定性畫出它的電抗頻率特性曲線。可見當頻率低于串聯諧振頻率fs或者頻率高于并聯揩振頻率fd時，石英晶體呈容性。僅在fsffd極窄的范圍內，石英晶體呈感性。 圖2 并聯型晶體振蕩電路圖 并聯型晶體振蕩器就是用晶體振蕩器代替電感三點式電路構成的振蕩器。 在并聯型晶體振蕩電路中，R1，R2和R3構成分壓式偏置電路，L1為高頻扼流圈，C1為旁路電容，C5為耦合電容。晶體在振蕩器中起的是高Q電感的作用，振蕩電路與克拉波振蕩電路相似，這個電路的振蕩頻率就是晶體的標稱頻率。 圖3 并聯型晶體振蕩仿真波形圖 如上圖所示波形，不需要外加輸入信號控制就能自動將直流能量轉換為特定頻率和振幅的正弦

10、波信號，產生了發射系統所需的高頻載波。4.2晶體振蕩器直接調頻電路 調制信號（低頻信號）去控制載波信號的幅度而實現的調制稱為調幅；同樣，若用調制信號去控制載波的頻率或相位而實現的調制分別稱為調頻或調相。由于調頻或調相兩種調制都改變了載波的瞬時相位，通稱角度調制。在模擬調制中，調頻具有較為優越的性能，因此，調頻技術廣泛應用于立體聲廣播、電視伴音、無線麥克風、微波傳輸及衛星通信。同樣，完整的調頻通信系統也由發射機與接收機兩部分組成，與調幅通信系統比較，除了調制與解調的原理方法不同外，其他部分如超外差變頻接收技術、中頻放大電路等基本相同。使載波頻率按照調制信號改變的調制方式叫調頻。已調波頻率變化的大

11、小由調制信號的大小決定，變化的周期由調制信號的頻率決定。已調波的振幅保持不變。調頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調頻波用英文字母FM表示。 實現調頻的方法分為兩大類：直接調頻法和間接調頻法。 直接調頻就是用調制信號去控制載波的振蕩頻率，使它不失真地反映調制信號的變化規律。直接調頻電路實際上是一個振蕩器，其振蕩頻率取決于電路中的電抗元件L和C的數值，用調制信號控制某個電抗元件的值就可以控制振蕩器的頻率，這就是直接調頻的工作原理。受控的電抗元件可以是電感或電抗，常用元件有電容電筒、變容二極管和電抗管等。變容二極管是一種電壓控制的可變電抗原件，它的PN結呈現的勢壘電容值會隨著反偏電壓的變化

12、而變化。 （a)原理電路 (b）等效電路 圖4 變容二極管作為振蕩器回路總電容的原理電路 直接調頻的方法有：變容二極管直接調頻和晶體振蕩器直接調頻。變容二極管直接調頻可以獲得較大的頻偏，但其中心頻率穩定性較差。穩定中心頻率可以采用對石英晶體振蕩器進行直接調頻。 石英晶體調頻電路實際屬于電容二極管部分接入方式，也是通過調制信號控制電容二極管的勢壘電容，從而改變振蕩頻率實現調頻。變容二極管接入振蕩回路有兩種方式。一種是與石英晶體相串聯，另一種是與石英晶體相并聯。變容二極管與晶體并聯連接方式有一個較大的缺點，就是變容二極管的不穩定性直接嚴重地影響調頻信號中心頻率的穩定度。因而用廣泛的還是變容二極管與

13、石英晶體相串聯的方式。 圖5 變容管與晶體的兩種連接方式及其電抗曲線 設計思路：如圖在晶體調頻振蕩器中，變容二極管與晶體相串聯，與晶體三極管Q1，電容C2，C3，C4構成克拉潑振蕩電路。晶體相當于一個電感，C2與C3+C4都遠大于Cj和Cq,故振蕩頻率主要由Cj,晶體的等效電容Cq和等效電感Lq決定，其等效電路如圖（b)所示，石英晶體片的并聯等效電容Co已并入Cj。 （a)等效振蕩器 （b)等效諧振回路 圖6 晶體調頻振蕩器等效電路和諧振回路 圖7 晶體振蕩器直接調頻原理圖 圖8 晶體振蕩器直接調頻波形圖仿真結果如上所示，藍色為調制信號，紅色是調頻波。按照理論分析，調頻波剛好是彈簧波，對應兩種

14、頻率的載波，實現了信號幅度控制載波頻率。4.3二極管單平衡混頻電路 圖9 二極管單平衡混頻電路圖 圖10 二極管單平衡混頻波形圖設本振信號幅度 Ulm>0.5V,且Ulm>>Usm，則二極管工作在受ul控制的開關狀態，經變壓器T2輸出中頻成分。由仿真結果可以看出，輸入本地載波和調頻信號，從變壓器輸出中頻， 測得中頻頻率為本地載波和調頻信號的頻率之和，即上混頻。 4.4三極管倍頻電路 圖11 三極管倍頻電路圖 圖12 三極管倍頻波形圖 1、功能： 倍頻器實質上就是一種輸出信號等于輸入信號頻率整數倍的電路，常用的是二倍頻和三倍頻器。在手持移動電話中倍頻器的主要作用是為了提升載波信

15、號的頻率，使之工作于對應的信道；同時經倍頻處理后，調頻信號的頻偏也可成倍提高，即提高了調頻調制的靈敏度，這樣可降低對調制信號的放大要求。采作倍頻器的另一個好處是：可以使載波主振蕩器與高頻放大器隔離，減小高頻寄生耦合，有得于減少高頻自激現象的產生，提高整機工作穩定性。 2、倍頻原理：由晶體三極管組成的倍頻電路，它的基本原理是：三極管VT1的基極不設置或設置很低的靜態工作點，三極管工作于非線性狀態，于是輸入信號經管子放大，其集電極電流會產生截止切割失睦，輸出信號信號豐富的諧波分量，利用選頻網絡選通所需的倍頻信號，而濾除基波和其他諧波分量后，這就實現了對輸入信號的倍頻功能。4.5丙類諧振功率放大電路

16、 丙類功率放大器的基極偏置電壓是利用發射極電流的直流分量在發射極直流負反饋電阻上產生的壓降來提供的，故稱為自給偏置電路。當放大器的輸入信號iu為正弦波時，集電極電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路L5C5的選頻作用可輸出基波諧振電壓uc電流ic。 圖13 丙類諧振功率放大器電路圖 圖14 丙類諧振功率放大器仿真波形圖五、整機電路設計圖 圖15 整機電路圖 六、 設計總結 在這次設計中，我主要參與了晶體振蕩器直接調頻的設計，在設計過程中，遇到了很多問題：對電路的原理模糊，電路元件的不熟悉以及對Multisim軟件使用的不了解，通過與同學互相討論，請教老師，讓疑點一一得到了解決，完成了整體電路的設計

17、。 此次設計是關于小功率調頻發射機工作原理分析及其安裝調試。通過這次實驗我們可以更好地鞏固和加深對小功率調頻發射機工作原理和非線性電子線路的進一步理解。學會基本的實驗技能，提高運用理論知識解決實際問題的能力。在實驗過程中，通過選取元件、確定電路形式、以及計算等等，提高我們的動手能力，同時通過調試來發現自己的錯誤并分析及排出了這些故障，使我們對小功率放大器得到了加深。 調頻發射機的主要任務是完成有用的低頻信號對高頻載波的控制，將其變為在某一中心頻率上具有一定帶寬、適合通過天線發射的電磁波。首先通過放大器適當放大語音信號，然后用并聯型晶體振蕩電路為發射機提供頻率載波，接著通過改變語音信號完成語音信

18、號對載波信號的頻率調制，最終利用丙類諧振功率放大器，使已調制信號功率大大提高，經過濾波網絡濾除高次諧波，最后通過天線發射出去。 在這次課程設計中，掌握了高頻電子技術的理論基礎知識，電路分析與計算的基本方法。具備進行實驗的初步技能，并未以后學習專業課打下了一定的基礎。在學習Multisim編輯軟件的過程中提高了一定的解決問題的能力，使動手能力和認知能力有了一定的提高，對這門課程加深了認識，了解了它在實際生活中的意義，加深了對這門課程的興趣，了解了一些電器元件在生活中的用途和意義。 通過此次課程設計，使學生加強對通信電子線路的理解，掌握文獻資料檢索，設計方案論證比較，以及設計參數計算等能力環節。進一步提高分析解決實際問題的能力，提高解決通信電子電路問題的實際本領，真正實現由課本知識向實際問題的轉化；通過典型電路的設計與仿真，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。這次設計