高频调频发射机课设

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2012年秋季学期

通信电子线路课程设计

设计报告

设计题目：调频发射机

—软件仿真与硬件调试

专业班级：

成员名单：

组长：

成员：

一、设计要求与指标 (4)

1.1能力培养要求 (4)

1.2设计指标 (4)

二、基本工作原理框图及原理说明 (5)

三、单元电路设计与仿真 (6)

3.1 单元电路设计 (6)

3.2电路仿真 (13)

四、整体电路图 (13)

5.1 安装 (14)

5.2调试 (15)

六、设计总结 (15)

七、参考文献 (16)

附录1：元器件图 (17)

附录2 焊点图 (18)

附录三：成品图 (19)

附录四：元器件清单 (20)

前言

本课程设计是作为通信电子线路课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握高频电子线路设计和调试的方法，增加模拟电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

课程设计的目的是帮助学生综合运用所学的理论知识，把一些单元电路有机地组合起来，组成小的系统，使学生建立系统的概念；并使学生巩固和加强已学理论知识。并掌握一般电子电路分析和设计的基本步骤。对设计中遇到的问题，学生能通过独立思考、查阅有关资料，寻找解决问题的途径；对调试中出现的故障，能通过独立分析，找到故障发生原因及排除办法。通过课程设计培养学生树立经济观点、全局观点，培养他们实事求是的科学态度和一丝不苟的严谨作风

一、设计要求与指标

1.1能力培养要求

（1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力

（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，掌握基本高频电路的分析方法和工程设计方法。

（3）掌握高频测试仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。

综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。

（4）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

1.2设计指标

BH1417F锁相环调频立体声发射板，他可以将计算机声卡、游戏机、CD、DVD、MP3、调音台等立体声音频信号进行立体声调制发射传输，板上还含有2路话筒放大电路，配合普通的调频立体声接收机就可实现高保真的无线调频立体声传送。

(1)、发射机功率PA：

一般是指发射机输送到天线上的功率，只有当天线的长度与发射频率的波长可比拟时，天线才能有效地把载波发射出去，波长与频率的关系式：

C= s*f

式中C为电磁波传播速度,C=3ｘ108 m/s

若接收机的灵敏度V A=2uv,则通信距离S与发射机功率PA的关系为：

发射机功率PA与通信距离S的关系

PA/mW 50 100 200 300 400 500 600 700

S/km 2.84 3.38 4.02 4.45 4.28 5.08 5.27 5.50

(2)、工作频率或波段：

发射机的工作频率应根据调制方式，在国家或有关部门所规定的范围内进取。

广播通信常用的划分表如下：波段名称波长范围/m

频率范围

频段名称超长波 100000-10000 3KHz-30MHz 甚低频

长波 10000-1000 30KHz-300KHz 低频中波 1000-200 30KHz-1.5MHz 中频中短波 200-50 1.5MHz-6MHz 中高频短波 50-10 6MHz-30MHz

高频

超短波 10-1

30MHz-300MHz 甚高频

对于调频波发射机工作频率一般在超短波范围之内。 (3)、总效率：

发射机的总功率PA 与其消耗的总功率Pc 之比称为发射机的总效率。即 : 总效率 = PA / PC (4)、非线性失真：

当最大频偏△fm 为75KHz ，调制信号的频率为100Hz-7500Hz 时要求调频发射机的非线性失真系数r 应小于1﹪ (5)、杂音电平：

调频发射机的寄生调幅应小于载波电平的5﹪－10﹪，杂音电平应该于－65dB.

二、基本工作原理框图及原理说明

与调幅系统相比，调频系统由于高频振荡器的输出的振幅不变，因而其具有较强的抗干扰能力与较高的效率，所以在无线通信，广播电视，遥控检测某方面得到广泛应用。调频发射与接收系统的基本组成框图：

高频振荡

缓冲隔离倍频

高频功放

调制信号

图１直接调频发射机框

低频限幅中频混频高频

本振

图2 外差式调频接收机组成框图

三、单元电路设计与仿真

3.1 单元电路设计

3.1.1主要新片介绍

1.BH1417F 芯片

1）芯片特点：

（1）将预加重电路、限幅电路、低通滤波电路（LPF）一体化，使音频信号的质量比分立元件的电路（如：BA1404、NJM2035 等）有很大改进。

（2）导频方式的立体声调制电路。

（3）采用了锁相环锁频并与调频发射电路一体化，合发射的频率非常稳定。

（4）采用了4位的拔码开关进行频率设定，可设定14 个频点，使用上非常方便。

2）结构图：

各引脚功能如下：

22和1脚为左、右声道信号输入端。

2和21脚连接预加重电路，可由外接的电路改变时间常数；

3和20脚为低通滤波器的可调端，外接150pF的电容可限制15kHz以上信号的输入；

4脚是率波段，外接电容可改善参考电压的波纹系数

5脚是立体声复合信号的输出端。6脚接地；

7脚是PLL鉴相器输出。8脚为电源端，连接+5V电源

9脚为RF振荡器端，由其与外围元件构成压控振电路

10脚为RF接地端。11脚为RF信号输出端，经带通滤波器连接至天线或后级功放；

12脚为PLL电源端。13、14脚外接——7.6MHz晶振；

15~18脚为并行数据设置端，有他们控制发射器的输出频率；

3. 频率设计

BH1417F是适合中国大陆地区87~108MHz调频广播频段，可由并行数据设置段改变发射频率，频点分为高段和地段两部分，每部分均可设置个频点，一共14个频点。各点频率设置可见表

D0D D D3

L L L L 87.7MHz

H L L L 87.9MHz

L H L L 88.1MHz

H H L L 88.3MHz

L L H L 88.5MHz

H L H L 88.7MHz

L H H L 88.9MHz

H H H L 锁相环停止工作，输出

L L L H 106.7MH z

H L L H 106.9MH z

L H L H 107.1MH z

H H L H 107.3MH z

L L H H 107.5MH z

H L H H 107.7MH z

L H H H 107.9MH z

H H H 锁相环停止工作，输出

注：H 为高频段，L为低频段

3.1.2 BH1417F锁相环调频立体声发射板电路原理

附录图是电路板的原理图。电源由CK2插座输入，经C16、C17、C18、C14、C15滤波后送入IC2 78L05，其输出的+5V稳压电源供给IC1 BH1417F使用，同时通过6位拨码开关总的2位（即图中K1的M1、M2），送给话筒放大电路MIC1将语音信号转换为电信号，经C3送入由V1、R6、R7等组成的音频放大器，放大后的音频信号经C5只RP1调节音量，最后经过C6送入IC1的左声道信号输入端。MIC1、V2、RP2、C24等组成右声道音频放大电路，送入IC2的右声道信号输入端。IC1外围元件基本上采用的是标准的接法；

D0、D1、D2、D3（级IC1的15—18引脚）接K1的4位开关，用于设置发射频点。复合后的调频立体声载波信号呦IC1的11引脚输出，经C36耦合，送入有V3、R21、L3、C37等组成高频放大电路，放大后的信号经C38由天线ANT1发射出去，外接音频信号从CK1输入，LED1是电源指示。电路中使用了C11-C18，C31、C32、C39、C40等多只电容并联，在电路的不同位置，作为电源多级滤波，以此消除可能存在的干扰。CK2是外接电源输入插座，应配合空芯插头使用，插头是中心是正极，外圈是负极。

3.1.3预加重电路

预加重电路是一个非线性音频放大器，它的内部工作点为1/2 Vcc，因为它是非线性放大器，所以输入阻抗取决为内部电阻R3=43KΩ，预加重时间取决于内部电阻R2=22.7K 和外部电容C1=2200p。

图2

时间常数τ=C1R2

R1=1K 是一个限流电阻，防止自激的产生。

3.1.4限幅电路

图3

限幅电路是由二极管限幅的反相放大器组成，它的内部工作点为1/2 Vcc。

3.1.5低通滤波电路

低通滤波电路是由二阶低通反馈放大电路组成，它的分频点为15KHz。

图4

具体的公式如下：

Q=0.577、ω0=1.274 、fc=15KHz

R1=R2=R3=Rf=100KΩ

Cf=1/ω0 Rf=1/（2πX1.274X15KX100K）=83.28pF

C1=3Q Cf =3X0.577X83.28pF=144pF≈150pF

C2=Cf/3Q=83.28p/(3X0.577)=48≈50pF

3.1.6立体声调制电路

音频信号从第1脚和第22脚输入后通过预加重电路、限幅电路和低通滤波

电路后送到混合器（MPX）中，另外由第13、14脚接入7.6MHz晶体的振荡电

路通过200分频后产生的38KHz副载波信号，同时38KHz副载波通2分频产生

的19KHz导频信号。音频信号和38KHz的副载波信号被多路复合器进行了平衡

调制，产生了一个主信号（L+R）和一个通过DSB 调制的38KHz 副载波信号

（L-R），并与19KHz导频信号组成复合信号从第5脚输出。

图5

3.1．7前置话放

前置话筒放大采用的是自举放大电路R8，R18，C27,组成典型的共集放大，R1，R2取小值，保证话筒的电压偏置。输出由R18取样，通过C28耦合到话筒偏置回路，该电路具有能适应各种驻极体话筒的能力，并且噪声小。

图6 前置话放电路

3.1.8压控振荡电路

由C20和变容二极管KV1417串联，减小整体电容，同时可变范围也略有减小，变容二极管曲线见右图，C23电容并联于震荡电路，频率主要由C23决定，选择33PF时为87.7~88.9MHz 频段，选择22PF时为106.7~107.9MHz频段。

图7 压控振荡电路

3.1.9输出高频放大电路

采用R5设置三极管偏置点，C12，L1构成谐振选频网络，C13，L4，L2，C14组成带通滤波。

图8输出高频放大电路

3.1.10FM发射电路

FM发射电路采用稳定频率的锁相环系统。这一部分由高频振荡器、高频放大器及锁相环频率合成器组成。调频调制由变容二极管组成的高频振荡器实现，高频振荡器是一个锁相环的VCO，立体声复合信号通过它直接进行调频调制。

图9

高频振荡器是由第9脚外部的LC 回路与内部电路组成，振荡信号经过高频放大器从11脚输出，同时输送到锁相环电路进行比较后从第7脚输出一个信号对高频振。

3.2电路仿真

四、整体电路图

电容三端式振荡电路原理图如下：

V Cc

VCC

图３

①、电路特点：

a 与发射极相连的同为容性元件不与发射极相连的为容性感性元件。

b 振荡波形好。

c 调节C1和C2来改变频率反馈系数变化。 ②、电容三端式的交流等效电路如下：

C2T1

电路图4

图中反馈电压是从电容C 上获得，晶体管的三个电极分别与回路电容伯三个端点相连接，故称为电容反馈三端式振荡器。电路中集电极和基极均采取并联馈电方式，Cb ，Cc 均为隔直电容。

3、起振条件和振荡频率：

反馈电压与输入电压同相，满足相位起振条件，这时可调整反馈系数F=C1/C2（1/3-1/8），

使之满足A0F>1就要以起振。

注：F不可太小也不可太大，一般取（1/8-1/3）。

总体电路如下

五、安装与调试

5.1 安装

焊接贴片元件的时候，要使用细头的电烙铁。先对芯片进行焊盘定位，并固定住四个脚上的焊盘，然后再逐一焊接其他焊盘。为了避免BH1417F各管脚短路，可以先向转接板上的焊盘镀上一层很薄的锡，然后依次用烙铁烫各管脚，使锡融化，即可牢固焊接。

对其他分立元件，如果有条件的话，在上板之前用万用表等仪器测试一下，判断其好坏。两个9018三极管尽量选用β值高的，并无需进行配对。L1电感需要自行绕制，制作时，可以使用一段直径0.6～1mm的漆包线在直径为4 mm的圆棒上绕制5圈，绕制后，抽出圆棒，把线圈两端的漆磨掉上锡即可。在进行有极性的电解电容焊接时，必须注意电容的极性，如果焊错的话，通电后电容肯定爆浆。

焊制成功后，一定要仔细裣查一下电路再通电。笔者在实践过程中发现，供电电源的质量对整机的稳定性和信号的保真度有较大的影响。建议大家使用LM317或7805等三端稳压电路进行供电。当然，最方便的就是使用USB接口取电了。要注意的是。BH1417F的供电电压不要超

过6V，推荐使用5V。否则会对芯片造成损害。通电后，一般无需做测试，只要BH1417F没有发热，就可以给L－CH和R－CH两端输入立体声信号，然后设置15、16、17、18脚来确定一个发射频率进行发射。建议在调试时，把这些管脚用10 K的电阻接到电源负极，这样设置出来的频率就是87.7MHz，便于调试。

5.2调试

排版电路板，然后将所有元件连同天线一并按设计好的电路焊在万能板上，对安装焊接工艺要求是：尽量缩短高频部分元件引线；电阻，电容尽可能卧式安装，并无虚焊，脱焊现象。用一信号收音机调谐在75MHZ，发射机音频线接入音频信号，用无感螺丝刀调空心线圈L2，使频率在75MHZ，可收到清晰的话音信号，调L3空心线圈可以加远发射距离（只要调整好频率覆盖就行）。反复调整几次能够收到参考信号为止。在焊接时请按先焊小元件再焊大元件的原理进行操作。原件尽量贴着底板，“对号入座”不得将元件错焊，焊完后反复检查有无虚假错焊，有无托锡短路照成的故障。给电路通上12V电源后，用万用表测量变容管两端电压，确保其为4V调节电位器W2，确保其为4v。

六、设计总结

通过高低频电子课程设计的实验，通过自己的动手实践，理论联系实际，使我们对高低频的知识有了更进一步的认识，扩展了自己的知识面。

主要有以下几个方面：

1.电阻的识别方法

可以通过电阻色环法，参照色环表，直接读出电阻的值。通过将万用表调至合适的量程，直接测量出电阻的值。

2.电容的识别的方法

特别是电解电容，有极性，需要识别正负。有的在外壳上已注明正负、有的只有一条外引线，则此外引线为正，外壳为负，还有的两只一长一短，长的为正，短者为负。

3.变压器的识别方法

如果是电源变压器，由于总是降压的（升流），则初、次级漆包线粗细程度不同，初级线细，次级线粗。

在焊接的过程中，问题不断。芯片焊反了，费了好大的力气才整下来，浪费了很多时间，结

果调试了很长时间还是没有结果，最后才发现问题是电容也焊接反了，到最后几乎拆了整个电路板，可能在调试的过程中电容烧坏了，以至于到最后结果还是没有出来，不过整个过程，是受益匪浅。单单是焊接过程，就是自己的焊接技术有了提高，最后查阅了相关的资料，了解了很多理论知识，在实践的基础上进一步提高了自己的能力，同时也促进了同学们间更加融洽的关系，体现了浓浓的团队精神。

同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢！

七、参考文献

[1]《高低频电路设计与制作》作者 :铃木雅臣、邓学科学出版社

[2]《模拟电子技术基础》作者：童诗白、华a成英高等教育出版社

[3]《通信原理》作者樊昌信、曹丽娜国防工业出版社

[4] 谢嘉奎,冯军. 电子线路线性部分. 北京: 高等教育出版社,2010 .

[5] 许杰. 模拟电子线路. 北京: 国防工业出版社,2006.

[6] 张肃文. 高频电子线路. 北京:高等教育出版社,2009.

[7] [美]Jack R Smith.现代通信电路.人民邮电出版社，2006.

[8] 黄智伟.射频电路设计.北京：电子工业出版社，20006

[9] 张肃文. 高频电子线路[M] . 北京：高等教育出版社,1993

[10] 曾兴雯.高频电路原理与分析[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2002

附录1：元器件图

附录2 焊点图

附录三：成品图

附录四：元器件清单