《晶体管器件》课程设计说明书-小功率调频发射机的设计

《晶体管器件》课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf -小功率调频发射机的设计 课程设计任务书 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 信息工程学院 题 目:小功率调频发射机的设计 初始条件:具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力;具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力;能够正确使用课程设计仪器进行电路的调试与检测。 要求完成的主要任务: 1.已知条件:电源Vcc=12V,晶体管～示波器。 2. 中心频率6MHZ以上(收音机能收到的频率)，最大频偏，总效率大约大于,f,10KHZ50% 3. 用ORCAD对电路进行模拟与仿真，用PROTEL软件绘制改电路的PCB印制电路板图; 4. 完成课程设计报告(应包含电路图，清单、调试及设计总结). 时间安排: 1(2010年6月12日分班集中，布置课程设计任务、选题;讲解课设具体实施 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 与课程设计报告格式的要求;课设答疑事项。 2(2010年6月12日至2010年6月14日完成资料查阅、设计、制作与调试;完成课程设计报告撰写。 3. 2010年6月25日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。 指导教师签名: 年 月 日 系主任,或责任教师,签名: 年 月 日 目 录 摘 要 ................................................................................................................................. I Abstract .............................................................................................................................. II 绪论 ................................................................................................................................... 1 1.设计内容及要求 ............................................................................................................. 2 1.1(设计目的 ........................................................................................................... 2 1.2.设计任务及主要技术指标 ................................................................................... 2 2电路工作原理分析.......................................................................................................... 2 2.1.设计方框图 .......................................................................................................... 2 2.1.1总设计方框图 ............................................................................................ 2 2.1.2实用发射电路方框图................................................................................. 3 2.1.3、实际的无线调频电路 .............................................................................. 4 2.2、发射机的主要技术指标 .................................................................................... 4 3 硬件电路的单元电路设计参数计算及器件选择 .......................................................... 6 3.1增益分配与功率放大器的设计 ............................................................................ 6 3.1.1丙类功率放大器(末级功放)设计............................................................... 7 3.1.2宽带功率放大器(功率激励级)设计 ......................................................... 10 3.2缓冲隔离级电路(射极输出器)设计 ................................................................... 12 3.3、调频振荡器设计 .............................................................................................. 14 4系统仿真 ....................................................................................................................... 19 4 PCB板子制作 ............................................................................................................... 21 6.电路安装与调试步骤 .................................................................................................... 22 7.设计小结 ....................................................................................................................... 23 8.元件清单 ....................................................................................................................... 24 参考文献 .......................................................................................................................... 25 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 摘 要 调频发射机目前处于快速发展之中，在很多领域都有了很广泛的应用。它可以用于演讲、教学、玩具、防盗监控等诸多领域。这个课程设计目的用模拟电路等电路课程中所学的知识，利用晶体管等器件设计电路。这次课程设计我通过小功率调频发射机工作原理分析及其安装调试，运用模拟电路和高频知识以及晶体管等器件设计电路，巩固和加深对小功率调频发射机工作原理和非线性电子线路的进一步理解。 本课设结合ORCAD软件来对小功率调频发射机电路的设计与调试方法进行研究。ORCAD软件能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证、和设计数据管理。今天的ORCAD软件已不是单纯的设计工具，而是一个系统，它覆盖了以仿真为核心的全部物理设计。本课程利用ORCAD软件仿真设计了一个小功率调频发射机，然后利用PROTEL软件设计制作PCB板子，最后搭建实物。 关键词:小功率发射机，ORCAD，PROTEL I 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 Abstract FM transmitter is now in fast evolving, which have a very wide range of applicationsin many areas. It can be used for lectures, teaching, toys, alarm monitoring and other fields. This course is designed to use Analog Electronics knowledge taught in the class, transistors and other devices. In course design I deepen the working principle of FM transmitters of low power and enhance the understanding of electronic circuit of non-linear by designing the circuit with transistor, analyzing the principle of low-power FM transmitter and its installation ,and using the knowledge of analog circuits and high frequency electronic. This course studies the design of the low power FM transmitter circuit and debugging of ways combining ORCAD software .ORCAD software can achieve the output from the electrical design concept to the physical production data, and all the analysis, validation, and designing data management among them .Today's ORCAD software is not a simple design tool, but a system that covers all the core to simulate the physical design. This course simulations a low-power FM transmitter using ORCAD software then make a PCB board using PROTEL, and finally make it out. Keyword:Low-power transmitter，ORCAD，PROTEL II 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 绪论 结合这次课设的要求:运用模电知识，利用晶体管设计电路，我的选题是小型功率发射机，在小型发射机的设计中，根据晶体管结构和工作原理，进行放大电路设计，射极跟随器设计，小型功率放大电路设计，还有在设计中占主要地位的振荡电路的设计。其中振荡电路的设计结合了模电以及高频电子线路中晶体管综合应用。设计跟随其实必不可少的，因为起到前后级电路的隔离作用。产生的信号很小，需要通过放大电路的放大才能达到要求，发大电路的的设计最为复杂，考虑到前后及电路的匹配，以及波形的失真与否。 本次课设论文分为以下几个部分:通过技术指标从后级电路依次往前级电路设计，包括元件参数，器件的选择，电路仿真，PCB印刷版的制作，和最终实物的制作和调试。课设中。设计仿真和实物调试很有差别，因为振荡频率为6到7兆赫兹，已经属于高频范围，很容易受到杂波信号的影响，所以在调试中为保证电路的稳定性会改变电路的某些参数。小功率发射机主要包括以下几个部分: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，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。下面就这几个部分进行介绍说明 1 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 1.设计内容及要求 1.1(设计目的 晶体管器件课程设计是电子科学与技术专业学科实践性课程，其任务是使学生运用模拟电路等电路课程中所学的知识，利用晶体管等器件，设计出一些完成一定功能的电路，并对电路进行分析和调试。掌握设计和调试电路的一些方法和技巧。 1.2.设计任务及主要技术指标 (1)工作电压:Vcc=+12V; (2)(天线)负载电阻:RL=51欧; (3)发射功率:Po?500mW; (4)工作中心频率:f0=6MHz; ,fm,10kHz(5)最大频偏:; (6)电路结构采用分立元件构建的LC调频振荡器、缓冲隔离、高频宽放和高频功放电路实现。 2电路工作原理分析 2.1.设计方框图 2.1.1总设计方框图 与调幅电路相比,调频系统由于高频振荡输出振幅不变, 因而具有较强的抗干扰能力与效率.所以在无线通信、广播电视、遥控测量等方面有广泛的应用。如图1所示: 2 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 调制信号变容二极管直接调频电路调频信号 载波信号 图2-1 变容二极管直接调频电路组成方框图 2.1.2实用发射电路方框图 缓冲隔离LC调频振 功率激励末级功放器荡器 实际功率激励输入功率为1.56mW拟定整机方框图的一般原则是，在满足技术指标要求的前提下，应力求电路简单、性能稳定可靠。单元电路级数尽可能少，以减少级间的相互感应、干扰和自激。 由于本题要求的发射功率Po不大，工作中心频率f0也不高，因此晶体管的参量影响及电路的分布参数的影响不会很大，整机电路可以设计得简单些，设组成框图如图3-2所示，各组成部分的作用是: (1)LC调频振荡器:产生频率f0=6MHz的高频振荡信号，变容二极管线性调频，最大频偏，整个发射机的频率稳定度由该级决定。 (2)缓冲隔离级:将振荡级与功放级隔离，以减小功放级对振荡级的影响。因为功放级输出信号较大，当其工作状态发生变化时(如谐振阻抗变化)，会影响振荡器的频率稳定度，使波形产生失真或减小振荡器的输出电压。整机设计时，为减小级间相互影响，通常在中间插入缓冲隔离级。缓冲隔离级电路常采用射极跟随器电路。 (3)功率激励级:为末级功放提供激励功率。如果发射功率不大，且振荡级的输出能够 3 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 满足末级功放的输入要求，功率激励级可以省去。 (4)末级功放:将前级送来的信号进行功率放大，使负载(天线)上获得满足要求的发射功率。如果要求整机效率较高，应采用丙类功率放大器，若整机效率要求不高如?50%而对波形失真要求较小时，可以采用甲类功率放大器。但是本题要求，故选用丙类功率放大器较好。 2.1.3、实际的无线调频电路 实际的无线调频电路如图2-2所示。 Rl=51 C12RL1 5KCt0.01uFR66:220pFRL3 C820K RL4N1 5K33pF 5KN2R3R8 R5R11N3R1C4C52K2K150K2K10K100pF20pF 3DG130 3DG1303DA1C93DG13047uHC2 0.047uF47uH510pFRe12VC1R14 R10100.01uFR720R121KC11R2R4R910KC33K100pF4K1K5K 2100pFRL2 R13C7C6 1KC103605100p33pF0.01uF F AC 图2-3 无线调频电路 考虑到频率稳定度的因素，调频电路采用克拉泼振荡器和变容二极管直接调频电路。电路的工作原理是:利用调制信号控制变容二极管的结电容，改变振荡器振荡回路的总电容，从而使调频振荡器输出信号的频率随调制信号的变化而变化，即实现调频。调频后的信号经过缓冲隔离、宽放和功放后通过天线发射出去。 2.2、发射机的主要技术指标 (1)发射功率 发射功率指发射机发射到天线上的功率。只有当天线的长度与发射信号的波长相比拟 4 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 时，天线才能有效地把信号发射出去。波长 与频率 的关系是 ,,c/f 式中，c为电磁波传播速度，c=3*108m/s。若接收机的灵敏度VA=2uV，则通信距离s与发射功率Po间的关系为 s,1.07{p}mWo 当发射功率为大于500mW时通信距离为5.08Km以上。 (2)工作频率或波段 发射机的工作频率应根据调制方式，在国家有关部门规定的范围内选取。对于调频发射机，工作频段一般选择在超短波范围内。 (3)总效率 发射机发射的总功率PO其所消耗的总功率PT比，称为发射机的总效率，用 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。 (4)调制灵敏度Kf 是单位调制信号电压所引起的最大频偏，其值越大，说明调制信号控制作用越强，产生频偏越大。 5 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 3 硬件电路的单元电路设计参数计算及器件选择 整机电路的实际计算顺序一般是从末级单元电路开始，向前逐级进行。而电路的组装和调试顺序一般是从前级单元电路开始向后级逐级进行。 3.1增益分配与功率放大器的设计 发射机的输出应具有一定的功率才能将信号发射出去，但是功率增益又不可能集中在末级功放，否则电路性能不稳，容易产生自激。因此要根据发射机的各组成部分的作用，适当地合理地分配功率增益。如果调频振荡器的输出比较稳定，又具有一定的功率，则功率激励级和末级功放的功率增益可适当小些。功率激励级一般采用高频宽带放大器，末级功放可采用丙类谐振功率放大器。缓冲级可以不分配功率。 仅从输出功率Po?500mW一项指标来看，可以采用宽带功放或乙类、丙类功放。由于还要求总效率大于50%，故采用一级宽带放大器加一级丙类功放实现，其电路形式如图3-1所示。 Rl=51 C12Ct0.01uF 6:220pF N1 N2 R11N3 2K 3DG1303DA1 47uH Re12V R141020C11R12 100pF3K R13C10360 0.01uF 图3-1 功率激励与末级功放电路 6 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 3.1.1丙类功率放大器(末级功放)设计 1、基本关系式 如图4-1所示，丙类功率放大器的基极偏置电压-V是利用发射机电流的分量I在射BEe0 极电阻R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为正弦14i 波时，集电极的输出电流i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C 电压u、电流i。 cC1 (1)集电极基波电压的振幅 Ucm= IRcm1P 式中，I为集电极基波电流的振幅;R为集电极负载阻抗。 cm1P (2)输出功率Po 2 Po= Ucm.I= Ucm/(2 R) cm1P (3)直流功率Pv Pv= Vcc.Ic0 (4)集电极耗散功率P T P= Pv- Po T (5)集电极的效率η η= Po/ Pv (6)集电极电流分解系数α(θ) α(θ)= I/incmncmmax U,VooomBB60,80cos,,(7)导通角θ , (θ一般取) Ubm 2、确定丙类放大器的工作状态 为了获得较高的效率η和最大的输出功率Po，选丙类放大器的工作状态为临界状态， 0θ=70，功放管为3DA1。3DA1的参数如表3-1所示。 表3-1 3DA1参数表 PI V h f A CM CMCESfeTP 750m13d1W ??10 ? A 1.5V 70MHz B 22R,110.25,(1) 最佳匹配负载 (V-V)(12-1.5)pCCCESRp,,,110.25,2P2，0.5O 7 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 (2)由Po=0.5 Ucm.Icm1= Ucm2/(2 R)可得:集电极最大输出电压Ucm=10.5V P (3)集电极基波电流振幅:Icm1=95.24mA (4)集电极电流最大值Icm= Icm1/α(700)=95.24/0.44=216.45mA 1 (5)集电极电流直流分量Ic0= Icm*α(700)=216.45*0.25=54.11mA 0 (6)电源供给的直流功率Pv= Vcc* Ic0=649.35mW (7)集电极的耗散功率PT=Pv-Po=649.35-500=149.35mW(小于PCM =1W) (8)总效率η=Po/Pv=500/649.35=77.00% (9)输入功率 若设本级功率增益Ap=13dB(20倍)，则输入功率P=Po/Ap=25mW i (10)基极余弦脉冲电流的最大值I(设晶体管3DA1的β=10) bm I= I/β=21.45mA bmcm 0(11)基极基波电流的振幅I= Iα(70)=21.45*0.44=9.44mA bm1bm1 0(12)基极电流直流分量I= Iα(70)=21.45*0.25=5.36mA b0bm0 (13)基极输入电压的振幅U=2P/ I=5.30V 'bmibm1 (14)丙类功放的输入阻抗 25 rbb,,,86,0,,, Zi13、计算谐振回路及耦合回路的参数 (1,cos)()(1,cos70)*0.44 (1) 输出变压器线圈匝数比N5/N3(解决最佳匹配负载问题) NPRRoLL 5251 ,,,,0.68NUcmRp 3110取N5=2，N3=3。 (2) 谐振回路电容C11=100pF (3) 谐振回路电感L 11 L,,,10uH262,12, 011(4)输出变压器初级线圈总匝数比N=N3+N4 (2f)C(2*3.14*5*10)*100*10高频变压器及高频电感的磁芯应采用镍锌(NXO)铁氧体，而不能采用硅钢铁芯，因其 在高频工作时铁损耗过大。NXO-100环形铁氧体作高频变压器磁芯时，工作频率可达十几 8 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 兆赫兹。 若采用外径*内径*高度=Φ10mm*Φ6mm*Φ5mm的NXO-100环来绕制输出耦合变压cm2{A}Hm器，由公式 22,3L,4,{,}N*10,H/cm {l} 2,式中，=100H/m为磁导率;N为变压器初级线圈匝数;A=25mm为磁芯截面积; l=25mm为平均磁路长度。计算得N=8，则N=5 4 WLN0,,,e NRL或 5WL6.28,5,100 N,,,e,N,,2,2,95L,e则 ，取值2~10，上述公式取2。 R51 需要指出的是，变压器的匝数N3、N4、N5的计算值只能作为参考值，由于分布 参数的影响，与设计值可能相差较大。为调整方便，通常采用磁芯位置可调节的高频变压 器。 4、基极偏置电路 U,VonBB (1)发射极电阻R ,14cos,Ubm 由公式 oV,U,U,cos,,0.7,5.3,cos70,,1.1V可得， VBB,,Ie0,R14,,Ic0,R14,,1.1V BBonbmR14,20.33, R14,20,取标称值 (2)高频旁路电容C12=0.01uF。 (3)高频扼流圈ZL=47uH。 2 (4)可变电容CT=(5~20)pF。 5、元件清单 R14,20,CT=(5~20)pF ZL=47uH C12=0.01uF 2 L,10uHC11=100pF N3=5，N4=3, N5=2 、3DA1管子 9 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 3.1.2宽带功率放大器(功率激励级)设计 功率激励级功放管为3DG130。3DG130的参数如表3-2所示。 表3-2 3DG130参数表 PI V h f A CM CMCESfeTP 300mA 13dB 700mW ?0.6V ?30 ?150MHz 1、计算电路参数 (1)有效输出功率P与输出电阻R HH 宽带功率放大器的输出功率P应等于下级丙类功放的输入功率Pi=25mW，其输出负H 载R等于丙类功放的输入的输入阻抗|Zi|=86Ω。即 H P=25mW H R=86Ω H (2)实际输出功率PO 设高频变压器的效率η=80%，则 Po= P/η=31.25mW H R'H(3)集电极电压振幅Ucm与等效负载电阻 若取功放的静态电流I=I=7mA，则 CQCm Ucm= 2P /I=2P /I=8.93V oCQoCm Ucm2 R',,1275.5,,1.3K, 约为1.3KΩ H2Po (4)高频变压器匝数比N1/N2 NRH1',,,3NRH 2 VccUcmVCESV取变压器次极线圈匝数N2=2，则初级线圈匝数N1=6。 (5)发射极直流负反馈电阻R ,,12,8.93,0.613R 13,,,352.86,ICQmA 取标称值360Ω (6)功放输入功率P i7 本级功放采用3DG130晶体管，若取功率增益A=13dB(20倍)，则输入功率P Pi,Po/AP,1.56mW 10 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 (7)功放输入阻抗R i r',25,,,30Ri,rbb'，,R交负,25，30*R交负bb (取 ) 若取交流负反馈电阻为10Ω，则 Ri,325, (8)本级输入电压振幅U im ,3Uim,2RiPi,2*325*1.56*10,1.0V 2、计算电路静态工作点 VBQIBQ(1)、 ,3VEQ,ICQ,R,7*10*352.86,2.47V 13VBQ,VEQ，0.7,3.17V IBQ,ICQ/,,7/30,0.23mA (2)R、R(I=5~10倍I) 1112 1BQ IBQBQ若取基极偏置电路的电流I=5=5*0.23mA=1.15mA，则 1 V3.17V R12,,,2.75k,BQ 5I1.15mA取标称值R=3kΩ。 12Vcc,V12,3.17V11 BQR,,,7.65k,1 为了调节电路的静态工作点，R可由标称值为5.1 kΩ的电阻与10 kΩ的电位器组成。 11I1.15mA(3)高频旁路电容C10=0.02uF。 (4)输入耦合电容C9=0.02uF。 此外,还可以在直流电源V支路上加高频电源去耦滤波网络,通常采用LC的Π型低CC 通滤波器。电容可取0.01uF,电感可取47uH的色码电感或环形磁芯绕制。还可在输出变压 器次级与负载之间插入LC滤波器，以改善负载输出波形。 3、元件清单 R11,5.1k,，10k,电位器R12,3k,C9=0.02uF C10=0.02uF R交负,10, N1=6， N2=2 R =360Ω 3DG130管子 13 11 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 3.2缓冲隔离级电路(射极输出器)设计 从振荡器的什么地方取输出电压也是十分重要的。一般尽可能从低阻抗点取出信号，并加入隔离、缓冲级如射极输出器，以减弱外接负载对振荡器幅度、波形以及频率稳定度的影响。 射极输出器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，放大倍数接近于1。 1、电路形式 由于待传输信号是高频调频波，主要考虑的是输入抗高，传输系数大且工作稳定。选择电路的固定分压偏置与自给偏压相结合，具有稳定工作点特点的偏置电路。如图4-2所示。射极加R可改变输入阻抗。 W2 RL3 5K R8 2K 3DG130 R10 1K 图4-2 射极输出器电路 2、估算偏置电路元件 (1)已知条件:Vcc=+12V，负载电阻RL=325Ω(宽带放大器输入电阻)，输出电压振幅等于高频宽带放大器输入电压振幅，即Uom=1.0V，晶体管为3DG100(3DG6)。3DG100的参数如表3-3所示。 12 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 表4-3 3DG100参数表 PI V h f A CM CMCESfeTP 30mA 30~200 100mW ?150MHz β=60。晶体管的静态工作点应位于交流负载线的中点，一般取U=0.5Vcc，0CEQ EQI=(3~10)mA。 CQ 根据已知条件选取I=4mA,，V=0.5Vcc=6V，则 CQCEQVV,Vc12,6V102 ccEQR，R,,,,1.5k,CQCQ w (2)R、R: 取R=1kΩ，R为1kΩ的电位器。 10w210w2II4mA (3) R、R 89 V=6.0V EQ V= V+0.7=6.7V BQEQ I=I/β =66.67uA BQCQ0 BQV R9,,10k,BQ 10I 取标称值R=10kΩ。 9ccBQV,V R8,,7.95k,BQ 10I 取标称值R=8.0kΩ。 8 (4)输入电阻Ri 若忽略晶体管基区体电阻的影响，有 Ri,(R8||R9)||,[(R10，Rw2)||RL],3.63k, (R=325Ω) L (5)输入电压U im ,3Uim,2RiPi,2*3630*1.56*10,3.37V (6)耦合电容C、C 89 为了减小射极跟随器对前一级电路的影响，C的值不能过大，一般为数十pF，这8 里取C=20pF，C=0.02uF。 89 3、元件清单 R8,8.0k,R9,10k,C=20pF C=0.02uF 89 R=1kΩ R为1kΩ的电位器 晶体管为3DG100 10w2 13 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 3.3、调频振荡器设计 调频振荡电路的作用是产生频率的高频振荡信号。变容二极管为线性调频，f,6MHZ ,fm,10kHz最大频偏。发射机的频率稳定度由该级决定。调频振荡器电路如图4-3所示。 RL1 5KR6C820K33pF R3R5R1C4C52K150K10K100pF20pF 3DG130C247uH510pF C1 0.01uFR7 R2R4C310K 4K1K2100pF C7C6 5100p33pF F AC 图3-3 调频振荡器电路 LC调频振荡器是直接调频电路，是利用调制信号直接线性地改变载波瞬时频率。 如果为LC振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路电感和电容。将受到调制信号控 制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号规律变化，实现直接调频。 1、LC 振荡器 主要技术指标:工作中心频率:f=5MHz; 0 ,fm,10kHz最大频偏:; ,4,f/f,5*10/小时频率稳定度: 00 (1)确定电路形式，设置静态工作点 ,f/fo本题对频率稳定度要求不是很高，故选用图1-7所示的改进型电容三点式振荡 器与变容二极管调频电路。 14 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 (2)三点式振荡器设计:基极偏置电路元件R、R、R、R、C的计算 12341 图中，晶体管V1与C、C、C、C、C、L组成改进型电容三点式振荡器，V为共2345j11基组态，C1为基级耦合电容。 其静态工作点由R、R、R、R共同决定。晶体管V1选1234择3DG100，其参数见表1-4所示。 小功率振荡器的集电极静态工作电流I一般为(1~4)mA。I偏大，振荡幅度增加，CQCQ但波形失真严重，频率稳定性降低。I偏小对应放大倍数减小，起振困难。为了使电路工CQ ,,60ICQ,2mAVCEQ,6V作稳定，振荡器的静态工作点取,,测得三极管的。 Vcc,V12,6 CEQI,,,2mA3434 cQ R，RR，R由(1-3)可得R+R=3kΩ，为了提高电路的稳定性，R的值可适当增大，取R=1kΩ，3444 22则R=2kΩ。 3 VEQ,VBQ,VBE,IcQR4,2mA*1k,,2VR12R VBQ,Vcc,,VEQ，0.7,2.7V1212 ICQR，RR，RI,,66.6uA BQ, 为了提高电路的稳定性，取流过电阻R上的电流 2 I,10IBQ,0.33mA2 V2.7VBQ R,,,4K2I0.67A2 取标称值R=4kΩ。 2 R2 根据公式 V,，V则R,13.7BBCC1R，R12 得 R=13.7KΩ 1 实际运用时R取10kΩ电阻与5kΩ电位器串联，以便调整静态工作点,C为基极旁路电容，11可取C=0.01uF。C=0.01uF,输出耦合电容。 18 2、调频电路设计 调频电路由变容二极管C和耦合电容C组成，R和R 为变容二极管提供静态时的j567 15 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 R7,VQVcc，反向偏置电压V，。R为隔离电阻，为了减小调制信号U对V的影响，Q5iQR6R7 一般要求R远远大于R和R。C和高频扼流圈ZL对U相当于短路，C为滤波电容。 56761i7 f0变容二极管C通过C部分接入振荡回路，有利于提高主振频率的稳定性，减小调j5 C5p, C5，Cj制失真。变容二极管的接入系数，式中，C为变容二极管的结电容，它与外加j 电压的关系为 Cj0Cj,u,，(1)UD ( C 为变容管0偏时结电容,U为其PN结内建电位差,γ 为变容指数) j0D ?变容二极管参数选择 Cj,VVQ测变容二极管的特性曲线，设置合适的静态工作点。本题给定变容二极管为 CjQ,75pFVQ,4V2CC1C，并取变容管静态反向偏压，由特性曲线可得变容管的静态电容。 ?计算主振回路元件值:C、C、C、C、L 23451 C、C、C、C、C、L组成并联谐振回路，其中C两端的电压构成振荡器的反馈电2345j13 压，满足相位平衡条件。 比值C/ C=F，决定反馈系数的大小，F一般取0.125~0.5之间的值。 23 为了减小晶体管极间电容对振荡器振荡频率的影响，C、C的值要大。如果C取几234十皮法，则C、C在几百皮法以上。 23 C5p,p,1C5，Cj因接入系数，一般接入系数，为减小振荡回路输出的高频电压对变容晶体管的影响，p值应取小，但p值过小又会使频偏达不到指标要求，可以先取p=0.2。则 pC0.2*75 jC5,,,18.75pFC5,20pF ，取标称值。(V=-4V时C=75pF) Qj 1,p1,0.2 若取C=100pF， 电容C、C由反馈系数F及电路条件C>>C、C>>C 决定，若取4232434C=510pF，由F= C/ C= 0.125~0.5取C=2000pF。则静态时谐振回路的总电容为 2233 C，C23，C4C，CC，CC，C20，755jQ5jQ23C,，,C，,100，,115.7pF ,Q4C，CC，CC，C20，75235jQ5jQ，C4C，C23 16 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 代入元件值可得 C,115.7pF Q, 由公式 1 f,,6MHZ ,2LC1Q, 可得 1 L,,8.7uH12,4CfQ, ?计算调频电路元件值 VQR6R7由电阻与分压决定， 变容管的静态反偏压 即 R7,VQVcc， R6R7 VQ,4VR7,10k,R6,20k,已知，若取，则。 VQR6,20k,实际运用时可用10kΩ电阻与47kΩ电位器串联，以便调整静态偏压。隔 离电阻R应远大于R、R，取R=150kΩ。 5675 低频调制信号U的耦合支路电容C及电感L应对U提供通路，一般的频率为几十赫i61i C6,4.7uFZL1,47uH至几十千赫兹，故取，(固定电感)。高频旁路电容C应对调制信7 C7,5100pF号U呈现高阻，取。 i 3、计算调制信号的幅度 ,fm,10kHzU,m为达到最大频偏的要求，调制信号的幅度，可由下列关系式求出。 1C,,ffmo,,2CQ, CQ,因 式中，——静态时谐振回路的总电容，即 C，C23，C4C，CC，CC，C20，755jQ5jQ23C,，,C，,100，,115.7pF ,Q4C，CC，CC，C20，75235jQ5jQ，C4C，C23 17 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 则回路总电容的变化量 ,C,2,fC/f,2，10，115.7,5000 ,m,o 变容管的结电容的最大变化量 22 ,C,,C/p,0.46,0.2,11.57pFj, Cj,VVQ,4V由变容二极管2CC1C的特性曲线可得，当 时，特性曲线的斜率 kc,,Cj/,V,12.5pF/V，故调制信号的幅度 U,,C/kc,0.926V ,mj SF则调制灵敏为 S,,f/U,10.8kHZ/V f,m 2.元件清单 C1=0.01uF、R1为10KΩ+5KΩ电位器、R2=4KΩ、R3=2KΩ、R4=1KΩ、 3DG100管子、C2=510PF、C3=2000PF、C4=100PF、C5=20PF、L1=8.7uH、 2CCIC变容二极管、C8=33PF、C6=4.7uF、C7=5100pF、ZL1=47uH、 R5=150KΩ、R6=20 KΩ、 R7=10ΩK。 18 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 4系统仿真 ORCAD Capture (以下以Capture代称)是一款基于Windows 操作环境下的电路设计工具。利用Capture软件，能够实现绘制电路原理图以及为制作PCB和可编程的逻辑设计提供连续性的仿真信息。ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件，它是世界上使用最广的EDA软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA软件而言，它的功能也是最强大的，由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少数的电子设计者使用它，它进入国内是在电脑刚开始普及的94年。早在工作于DOS环境的ORCAD4.0，它就集成了电原理图绘制、印制电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的介面友好且直观，它的元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上它一直是EDA软件中的首选。 用ORCAD画的原理图如图4-1所示: 图4-1 ORCAD画的原理图 对于信号源的仿真如图图4-2所示: 19 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 图4-2 ORCAD输入信号的仿真 仿真波形如图所示: 图4-3 ORCAD输出信号的仿真 20 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 5.PCB板子制作 随着计算机技术的飞速发展，集成电路被广泛应用，电路越来越复杂，集成度越来越高，加之新型元件层出不穷，使得越来越多的工作已经无法用手工来完成，因此计算机辅助电路板设计已经成为电路板设计制作的必然趋势。Protel 99SE具有丰富的设计功能，能进行原理图的设计、印制电路板的设计、PCB板的设计等功能，现对其进行介绍: Protel 99SE采用数据库的管理方式。Protel 99SE软件沿袭了Protel以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel 99大体相同，新增加了一些功能模块，功能更加强大。新增的层堆栈管理功能，可以设计32个信号层，16个地电层，16个机械层。新增的3D功能让您在加工印制版之前可以看到板的三维效果。增强的打印功能，使您可以轻松修改打印设置控制打印结果。Protel 99SE容易使用的特性还体现在“这是什么”帮助，按下右上角的小问号，然后输入你所要的信息，可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问。下图是使用protel 制作的pcb 板子: 图5-1 制作好的pcb板子 21 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 6.电路安装与调试步骤 通过仿真可以看出，电路在仿真条件下基本符合设计要求，这说明所设计的硬件电路和程序在理论上符合设计要求，因此可以进行实物搭建与调试，在实际电路中检验电路的工作状态是否与设计要求相符。 电子电路调试技术包括调整和测试两部分。调整主要是对电路参数的调整，如对电阻、电容和电感等，以及机械部分进行调整，使电路达到预定的功能和性能要求;测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测量与试验，并与设计的性能指标进行比较，以确定电路是否合格。电路测试是电路调整的依据，又是检验结论的判断依据。 1.通电观察:通电后不要急于测量电气指标，而要观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后再通电。 2.静态调试:静态调试一般是指在不加输入信号，或只加固定的电平信号的条件下所进行的直流测试，可用万用表测出电路中各点的电位，通过和理论估算值比较，结合电路原理的分析，判断电路直流工作状态是否正常，及时发现电路中已损坏或处于临界工作状态的元器件。通过更换器件或调整电路参数，使电路直流工作状态符合设计要求。 3.动态调试:动态调试是在静态调试的基础上进行的，在电路的输出端测试输出信号，若发现不正常现象，应分析其原因，并排除故障，再进行调试，直到满足要求。 按照以上调试方法与步骤对所搭建的实际电路进行调试，调试结果与仿真结果完全一致，也就是说本次课设所设计的抢答器基本符合设计要求，达到了本次课设的目的。硬件电路图片见附页。 22 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 7.设计小结 对于电路的设计过程我以为电容三点式振荡器的设计很难，设计比较烦琐，有静态工作点的要求，各电阻、电容值的设计，还有好多要求，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。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，集中体现Visio运用极不熟练，操作不灵便浪费了很多时间。但吃一堑长一智，现在遇到这些问题，及时解决，以后再做这类事情就会多一点 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ，就会少出一些类似问题。 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，并且提高了独立解决问题的能力。虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，但最后出来的波形还是不很稳定。本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回去的满意的效果。 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，对于电子技术的我们更是如此，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。 在整个课设的过程中，我十分感谢祈存荣老师的热心帮助，在我不懂的时候，老师给予了我指导，让我对于这次课设感到非常的有信心～做实物更是我十分不擅长的，遇到疑难杂症时候，老师总能耐心的给我测试，指导。我怀着崇敬的心情对老师表示感谢～ 23 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 8.元件清单 名称 型号 数量 电阻 10 1 360 1 1k 2 4k 2 5.1k 1 10 1 20k 2 150 1 电容 0.047uF 1 47uF 1 33pF 1 100pF 1 510pF 1 2000pF 1 0.01uF 3 可变电容 30pF 2 电感 10uH 1 47uH 2 三极管 3DG130 3 3DA1 1 变压器 初次级之比6:2 1 带抽头初次级之比8:2 1 变容二极管 2CC1C 1 24 武汉理工大学《晶体管器件》课程设计说明书 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.2006 [2]李庆武.电子技术基础实验(数字电子技术及其EDA)(下册)..北京:机械工业出版社.2006 [3]施金鸿、陈光明.电子技术基础实验与综合实践教程..北京:航空航天大学出版社，2006 [4]赵景波、王劲松、滕敦朋.Protel 2004电路设计:从基础到实践.北京:电子工业出版社 2007 [5]邱关源.电路(第四版).北京:高等教育出版社.1999年 .模拟电子技术基础(第三版).高等教育出版社.2001年 [6]童诗白 [7]贾新章..电子电路CAD技术基于OrCAD9.2.西安电子科技大学出版社.2002年出版 25 本科生课程设计成绩评定表 姓 名 寿鑫莉 性 别女 BIEBIE 专业、班级 电子科学与技术0703 别 课程设计题目:小功率调频发射机的设计 课程设计答辩或质疑记录: 成绩评定依据: 最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定) 指导教师签字: 年 月 日