毕业设计(论文)-简易无线发射装置的设计与实现.doc
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1、编号编号 0710440 毕毕 业业 (学位)(学位) 论论 文文 ( 2011 届本科)届本科) 题题 目:目: 简易无线发射装置的设计与实现简易无线发射装置的设计与实现 系(部)院:系(部)院: 物理与机电工程学院物理与机电工程学院 专专 业:业: 电子信息科学与技术电子信息科学与技术 作作者者姓姓名名: 指指导导教教师师: 职称:职称: 副教授副教授 完完成成日日期期: 2011 年年 5 月月 26 日日 河西学院本科生毕业论文(设计)诚信声明 本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文,是本人在指导老师的 指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争 议,除文中已经注明引用的内
2、容外,本论文不含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律结果由本人承担。 本科毕业论文(设计)作者签名: 二一一年五月二十六日 简易无线发射装置的设计与实现 1 目目 录录 简易无线发射装置的设计与实现简易无线发射装置的设计与实现.2 摘摘 要要.2 ABSTRACT.2 正正 文文.3 1 设计任务.3 2 方案设计与分析.3 3 总体电路的确定.4 3.1 工作原理4 3.2 总体电路原理图 3-1 见附录 4 4.1 话筒放大器电路.4 4.2 晶体调频振荡兼三倍频电路5 4.3 高频谐振
3、放大器与高频激励放大器.6 4.4 末级谐振功率放大器与输出滤波网络.8 5 元件的检测与安装焊接.9 6 简易无线装置电路的调试与测量.10 6.1 发射机电路的调试.10 6.2 话筒放大电路的调试.10 6.3 晶体调频振荡电路与高放电路的调试11 6.4 激励放大级与末级功放电路的调试.11 6.5 接收与发射电路的统调及要求.12 6.6 校准的步骤12 7 测试结果分析.13 8 总结.13 参考文献.14 附附 录录.15 致致 谢谢.18 文献综述文献综述.19 河西学院本科生毕业论文(设计)任务书河西学院本科生毕业论文(设计)任务书.23 河西学院本科毕业论文(设计)开题报告
4、河西学院本科毕业论文(设计)开题报告.25 河西学院物电系指导教师指导毕业论文情况登记表河西学院物电系指导教师指导毕业论文情况登记表.27 河西学院毕业论文(设计)指导教师评审表河西学院毕业论文(设计)指导教师评审表.28 河西学院本科生毕业论文(设计)答辩记录表河西学院本科生毕业论文(设计)答辩记录表.29 简易无线发射装置的设计与实现 2 简易无线发射装置的设计与实现 摘 要 在现代通信中,简易无线发射装置是一种近距离的、简单的无线传输通信工具,目前广 泛应用于生产、广播电视、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。由于它不需要中转 站和地面交换机站支持,就可以进行有效的移动通信,因此深受人
5、们欢迎。本设计中对简易 无线发射装置进行了安装与调试。对简易无线装置内部电路的工作原理和测试及调整技术 有了更进一步的理解,对今后从事通信工程领域的技术工作,无疑是十分重要的。 关键词:关键词:发射装置;调频;无线。 ABSTRACT In the modern communication,simple wireless transmitting device is a simple wireless short- range transmitting communication tools.At present,it is widely used in areas of short-rang
6、e mobile communication engineering.such as production,broadcast TV,engineering in the field.It is very popular with people,because it can do mobile communication effectively without the support of change station and ground switch station.The installation and debugging have been done in its design.An
7、d the technology of testing and adjusting and working principle of internal circuit have been further understood,which is absolutely important to future technological work in the field of communication engineering. Keywords: Launch device;FM;wireless. 简易无线发射装置的设计与实现 3 正 文 1 设计任务 简易无线发射装置电路的主要性能指标参数要
8、求如下: 高频发射功率:2W(75) 。 最大调制频偏:3kHz。 频率稳定度:10。 6 电池供电电压:9.6V(8 节 1.2V) 。 发射距离:5 米。 2 方案设计与分析 方案一:无线简易收发装置。在同一时间内只能工作在一种状态下。但是接收和发射 可以通过拨动开关在同一个简易无线装置上来实现。这种收发装置电路简单,使用起来比 较方便 方案二:无线发射装置,在同一时间内只能工作在一种状态下的装置。即它是纯粹的 发射机或者接收机。下图为高频无线发射装置的发射电路框图: 2-1 高频无线发射装置发射电路框图 在最初的方案设计中我打算按方案一来完成本次设计,但是后来有同学在做无线接收 推动 放
9、大 带通 滤波 9.6V 电池 话筒 缓冲 放大 高频 放大 高频 放大 晶振 倍频 调制 电路 音频 放大 简易无线发射装置的设计与实现 4 装置,所以我们俩个人选择方案二来共同完成简易无线收发装置,这样便于后续的调试工 作。但是我们在设计的过程中在每个纯粹的发射机和接收机上面扩展了接收和发射装置。 3 总体电路的确定 3.1 工作原理 简易无线装置的电路形式较多,从调制方式上可分为调幅式和调频式;从收/发功能 上,可分为单工式和双工式。单工在同一时间内,只能工作在一种状态下,即接收或者发 送状态,而不能同时处于收发状态。 3.2 总体电路原理图 3-1 见附录 4 FM 调频发射电路单元电
10、路的分析与设计 4.1 话筒放大器电路 该部分电路的主要任务是将声音经过声-电转换(将声波信号变为电压信号)将信号 放大到调频电路所要求的电压值,并能够和调频级良好的配合工作。本机采用的话筒放大 电路属于阻容耦合电压并联负反馈放大电路,电路中采用负反馈,可以有效地提高放大器 的带宽响应,并且对输入的强信号有较好的抑制作用。 (a)内部电路 (b)应用电路 为了有效地提高电压增益,本机采用了两级放大器,级间采用阻容耦合,电阻是 19 R 驻极体话筒内部漏极的负载电阻,改变该电阻阻值,将会影响话筒输出信号幅值,一般可 以在 27k 之间选用合适的阻值接入。 简易无线发射装置的设计与实现 5 4-1
11、 话筒放大电路 4.2 晶体调频振荡兼三倍频电路 晶体调频振荡倍频电路的主要任务是为发射机提供基准频率信号源,并且完成话音信 号对高频载波信号的频率调制。 该部分电路和电容三点式正弦波电路的工作原理完全相同。不同之处仅仅在于将三点 式振荡器的选频网络选频变成了晶体选频网络。由于石英晶体在谐振回路中具有比LC 回路高得多的品质因素(Q 值) ,所以用石英晶体组成的振荡器,其频率稳定度远远高LC 于其他振荡电路。基音晶体的谐振频率是以石英晶片固有谐振频率为标准而标注的频率值, 用这类晶体制作的振荡器所产生的频率,应该和标注的频率完全一致。一般基音晶体的频 率范围在 130MHz 之间。 而泛音晶体
12、的工作频率,根据所选谐波的次数不同而差异较大,一般泛音晶体的频率 均选在晶体基音频率的三次或者五次谐波以下,谐波选得太高,会造成晶振电路起振困难。 目前已有工作频率在 200MHz 以上的泛音晶体。 一般通信电路,由于工作频率较高,所以大多选用泛音晶体。但由于泛音晶体频带窄, 不易进行调制,而基音晶体具有一定的通频带,比较容易进行调频处理。因而需要进行调 频处理的振荡器,一般均会选用基音晶体作为主振调频级元件。 泛音晶体大多用于接收机本振电路。发射机由于需要进行频率调制,为了获得较大的 频偏,所以一般采用基音晶体。 图 4-2 是本次发射机晶体调频振荡电路。 简易无线发射装置的设计与实现 6
13、4- 2 晶体调频振荡电路 从图中可以看出,石英晶体与电容、组成一个并联谐振网络,晶体在回 19 C 18 C 4 VD 路中等效为一个高 Q 值电感。从电路的形式结构来看,该振荡器是一个标准的改进三点 式振荡电路。 改变变容管的容量,就可以微调振荡器的中心谐振频率。由于变容二极管是依靠反 0 f 向电压来控制其结电容量变化的.所以只要改变控制电压,就可以达到改变电容 D U 0 C D U 量的目的。从而实现对振荡器频率调制的要求。 振荡器的三倍频选出是由、组成的并联谐振回路来完成的。当振荡器工作时, 17 C 9 L 由于它们的谐振点略低于三倍频,对晶体振荡器来讲,该并联谐振回路呈现为容性
14、,不会 对振荡电路造成影响。但对于三次谐波来讲,该并联谐振回路应呈现为纯阻性,并和三次 谐波产生谐振,使并联谐振回路两端的三次谐波电压幅值达到最大,此电压经电容送 16 C 往下一级放大器进行电压放大,从而完成了电路的振荡、调频、倍频的全过程。 4.3 高频谐振放大器与高频激励放大器 图 4-3 是高放级与激励级的电路原理。 简易无线发射装置的设计与实现 7 4-3 高频放大级与激励放大级电路 从图中可以看出,高频放大机实际上是一个典型的甲类高频谐振电压放大电路。而激 励级则是一个典型的丙类谐振功率放大电路。由于两级放大器的输入电压幅度不同,所以 电路选用两种不同的工作类型。高放级由于前级晶振
15、电路送来的电压幅度较小,采用甲类 工作方式较为有利。 信号经过高频谐振放大级后,信号电压已经具有较大的幅值。可以使激励放大级工作 在丙类状态,这样可以有效的提高电路的工作效率。偏置电阻是专门为激励管提 3 R 2 BG 供基极直流偏置而设置的。为了保证能为基极提供足够大的电流,一般的阻值选择都 3 R 较小,否则会影响激励放大器的输出功率。 为了提高放大器的输出负载能力,并且不影响谐振回路的选频特性 Q 值,一般输出 耦合电路均需要采用部分接入方式。本机的高放级和激励级的输出耦合电路,就是采用电 容分压方式和下一级电路相耦合的。 高频谐振放大级工作在甲类状态,可以有效地提高放大器的输入灵敏度。
16、激励放大机 则工作在丙类状态,由于放大器在丙类工作状态时,电压导通角较小,而且当无输入信号 时,电流为零。当输入信号达一定幅值时,放大器具有较大的功率增益输出,所以该级 C I 放大电路具有工作效率高、输出功率大的优点。 电路中,由和组成了一级简单的稳压电路。它的作用主要是为发射电路中部 4 BG 3 VD 简易无线发射装置的设计与实现 8 分需要稳压供电的电路提供电源。 4.4 末级谐振功率放大器与输出滤波网络 末级谐振功率放大器与输出滤波网络的主要任务是,将激励级送来的高频信号进行功 率放大,以保证其具有足够强的高频信号送到拉杆天线并向外发射。由于高频信号中不仅 有主频信号,同时还含有的
17、2N 次的高次谐波分量,而这些谐波信号一旦随主波信 0 f 0 f 号一同发射出去,将会造成对别的接收设备的严重干扰。因此,在信号送至天线之前,必 须先对谐波信号进行滤除处理。低通滤波电路,也是末级电路的重要组成部分。目前常用 的滤波电路形式有串联滤波、并联滤波、L 型和 JI 型滤波器几种电路形式。由于功放级输 出阻抗较高,必须要经过阻抗变换后才能和 75 拉杆天线进行匹配。所以低通滤波电路 还兼有阻抗匹配的功能。图 4-4 是末级功率放大器和滤波网络的电路。 4-4 末级功率放大器与输出滤波电路 从图中可以看出,末级功放管的基极下偏置电阻阻值仅 51,由于从激励级送 1 BG 2 R 来的
18、高频激励信号幅度、功率已经足够大,故完全可以使末级功放管可靠地工作在开 1 BG 关状态下。工作在丙级状态下的放大级有两级,即激励管、末级功放管。 2 BG 1 BG 本机在调试时,可以用示波器在上观测激励信号电压的幅度,正常时测到的高频 2 R 载波幅度,应不小于 810值,才可以保证末级功放管能有效地工作在开关状态 PP V 1 BG 简易无线发射装置的设计与实现 9 下。 在功放管的集电极回路里,串接有由、组成并联谐振回路,微调回路使其 1 BG 4 L 6 C 能准确地谐振在发射信号的主频上,而对主频以外的各次谐波分量,能起到较好的滤除 0 f 作用。但由于由 LC 组成的并联谐振回路
19、一般 Q 值都比较高低,要靠它将高次谐波滤除干 净有一定的困难。所以在信号的回路中,又串入了一级由、组成的串联选频回路, 3 L 4 C 以便能更好地达到滤除谐波分量的目的。 本机使用的发射天线为标准的拉杆天线,交流等效阻抗为 75。这种天线虽然工作效 率不是很高,但它具有体积小、造价低、使用方便等优点。目前已被对讲机、无线电话机 等便携式通信设备广泛采用。为了进一步缩短天线的长度,便于携带,设计中常用天线加 感的方法来缩短天线的有效长度。通过加感,既能保证其与电路的阻抗匹配,又能缩短天 线的实际尺寸。 这里需要着重指出,天线与电路之间是否匹配,对发射机来讲十分重要。如果天线能 和发射电路进行
20、良好的匹配,将可以最大限度地提高发射效率。反之,如果它们之间出现 匹配不良,将会使发射机效率大打折扣,电路失配时,会把大部分发射功率反射回电路, 失配严重时还会造成发射管烧毁的可能性。 5 元件的检测与安装焊接 焊接电阻时,要注意保持使电阻和电路板之间留有一定的间距,以保证电阻有一定的 散热空间。本机所用的电容主要是瓷片电容、涤纶电容、电解电容三种类型的电容器。 电解电容,一般容量范围是 14700F。 瓷片电容,一般容量范围是 1pF0.47F。 涤纶电容,一般容量范围是 100pF0.82F。 电容在焊接前,必须要经过测量,以保证电容没有出现短路故障,然后再使用电容表 测量其容量,确认容量
21、正确后再安装使用。 电感的测量,要使用专用交流电桥或者用专用 Q 值测量仪来检测,本机使用的电感 器,电感量一般均在 0.3680H(微亨)之间。品质因素 Q 值在 80200 之间。 电感安装时主要分为立式安装和卧式安装两种形式。当卧式安装电感时,应注意尽量 避免和邻近的电感平行布局,以免造成电感之间电磁场相互耦合产生互感效应,要尽量保 简易无线发射装置的设计与实现 10 持两组电感之间留有一定的空间距离,或者和相邻的电感设计成 T 字形布局。这样可以有 效地减少电感之间的互感效应。 二极管使用前必须进行检测,确认性能良好后才能焊接,如果是特殊二极管,如稳压 管、发光管等,还应该串接相应的电
22、阻进行加电测试。 由于二极管属于 PN 结器件,它的结温一般不允许超过 170,否则将造成损坏,所 以焊接时要注意尽量减少加热时间,一般不得大于 10s。 三极管安装焊接时,和二极管的要求相同,安装时三极管应和电路板保持一定距离, 以利三极管工作时散热。 6 简易无线装置电路的调试与测量 简易无线装置电路和别的其他电路系统一样,必须通过正确调试后才能正常工作。当 无线装置电路焊接安装完毕后,也必须经过严格的电路参数调整,才能得到所要求的设计 指标。调试的目的是,要使各单元的电路工作在最佳状态下,最大限度地提高电路效能, 提高整机的系统电气性能指标参数。 6.1 发射机电路的调试 发射机电路的调
23、整主要应完成以下三个任务。 (1)使晶体振荡级在无调制信号的情况下,能够长期、稳定的工作在要求的主频点 上。当有调制信号时,根据调制信号的幅度变化,使主频产生相应的频偏。 0 f 0 f (2)使甲类谐振放大器具有较高的电压增益,并且能为后级提供足够的高频电压。 以保证其信号幅度足以使下一级(激励级)进入到丙类工作状态。 (3)末级功率放大器和输出匹配网络,要确保发射信号的放大,使发射机具有较强 的高频辐射功率。匹配网络主要完成功放级至天线间的阻抗变换,并负责对发射信号中的 谐波分量进行滤除,保证所发信号的纯度。 6.2 话筒放大电路的调试 话筒放大电路由电容驻极体话筒和两级负反馈放大器共同组
24、成。调整时分为两步,首 先检查各级放大器的直流工作点是否正常,然后再检查交流工作状态是否正常。交流工作 状态检查的方法是,用示波器在电解电容的正极观察,当对着话筒讲话时,示波器能 22 C 观察到明显的话音波形信号,其幅度不小于 1.5Vp-p 值。如果示波器的信号没有明显变化, 简易无线发射装置的设计与实现 11 一般可能性较大的是话筒焊接时极性接错,导致电容话筒不能正常工作。如果放大器工作 不正常,则需要检查交、直流工作点是否有设置错误。 6.3 晶体调频振荡电路与高放电路的调试 晶体调频振荡器是发射机的主频信号产生电路,希望它既要有较高的频率稳定度,又 能为下一级的放大器提供一定幅度的高
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- 毕业设计 论文 简易 无线 发射 装置 设计 实现
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