课程设计论文小型通信系统的设计.doc

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1、 目 录一、课程设计题目2二、课程设计目的2三、 课程设计任务与要求2四、设计进度2五、方案论证3六、设计原理5七、PCB板设计与制作7八、 发射距离分析7九、调试及测试点8十、测试结果8十一、课程设计总结8附录1 数字频率计电路原理图10附录2 数字频率计PCB设计图11附录3 实物成品图12附录4 使用元器件一览表13附录5：参考文献14小型通信系统设计制作 2011 2012 学年第 1 学期学生姓名： xxx 专业班级：xxxx指导教师： xx 、xxx 工作部门： 电气学院 一、 课程设计题目 小型通信系统设计制作二、 设计目的 通过本课程设计，使学生对通信系统的整体结构及配置有全面

2、的了解。训练学生的动手实践能力，培养学生具体问题的能力。让学生通过本课程设计，熟悉基本通信系统单元的设计方法和工作原理，尤其是调频和解调原理。对学生进行基本技能训练，例如组成系统、调试、查阅资料、绘图、编写说明书等；使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。三、课程设计任务与要求利用通信原理和高频电子线路的相关知识，来完成对输入的语音信号的调频，然后通过解调利用耳机接收该语音信号。1、发射机功率PA100mW,负载电阻RL=752、开阔地传播距离S100m3、发射机工作频率fc=88MHz108MHz4、调频信号幅度ULm=1V时，最大频偏fm=20kHz5、接收机工作频率f

3、c=88MHz108MHz6、输出平均功率Po=0.25W（负载电阻R8）7、接收灵敏度=10V四、设计进度表序号设计内容所用时间1布置任务，查阅资料及调研。2天2硬件设计，绘制电路图，生成PCB。3天3实际电路调试。3天4答辩、撰写设计报告书2天合 计10天具体安排时间内容10月31日（星期一）学生分组，下达课程设计任务书，学生查找资料11月1日（星期二）阅读资料，学习相关知识，老师讲解、设计举例11月2日（星期三）拾音电路设计，音频放大电路设计，借万用表、烙铁架等工具,高频谐振功放电路设计，列采购清单。11月3日（星期四）在机房画自己设计的原理图，PCB板图11月4日（星期五）元件、器件去

4、市场采购11月7日（星期一）元件质量检测、讲焊接技术， 11月8日（星期二）安装、焊接、故障诊断11月9日（星期三）制作实物验收评分11月10日（星期四）答辩11月11日（星期五）撰写课程设计报告五、方案论证 音频的输入采用MIC驻极体话筒，它可以感应空气中声波的微弱振动，并输出跟声音变化规律一样的电信号。高灵敏度的话筒一般可以输出几十毫伏以上的信号，这个信号足以调制下一级的高频振荡信号的频率，而且价格也不贵。 音频放大电路的设计： 方案一：采用最简单的三极管放大电路放大电路采用共发射机时，电压放大倍数Au和电流放大倍数Ai都比较大，但是输入电压和输出电压的相位相反；共基极时，Ai较大，但是A

5、u较小，输出电压与输入电压同相，并且有跟随关系，它可以作为输入级，输出级或隔离作用的中间级，共集电极时，Ai较小，Au较大，输出电压与输入电压同相，多用于宽频放大等。因此，可以选择共基极放大电路。如右图所示： 方案二：采用专用的音频放大芯片近年来，芯片的集成度越来越高，外围电路已经集成到芯片内部了。一些保护电路也集成到芯片内部了，电路的可靠性与安全性得到了很大的提升。AN7114 ，AN7115等都是典型的音频放大芯片。AN7114在Vvv=6.0V，THD=10%，RL=8条件下，输出功率可达0.6W，噪声输出3mV。 极限参数：Vcc=11V，耗散功率（不带散热器）为1.2W，带散热器的条

6、件下为2.25W。工作温度-2070，适合于小型便携式收录音机及音响设备作功率放大器。振荡电路设计： 方案一：采用LC振荡电路 由于晶体管存在极间电容，对于电感反馈振荡器，极间电容与电感并联，在频率高的时候极间电容影响大，有可能使电抗的性质改变，故电感反馈振荡器的工作频率不能过高，电容反馈振荡器，其极间电容与电容与电容并联，不存在在电抗性质改变的问题，故工作的频率可以较高。因此，采用电容式三点振荡电路。 方案二：采用石英晶体振荡器石英晶体振荡器是利用石英晶体谐振器作滤波元件构成的振荡器，其振荡器频率由石英谐振器决定。与LC谐振回路相比，石英晶体谐振器具有很高的标准性和极高的品质因数。天线的选择

7、：方案一：鞭状天线 最简单的天线就是鞭状天线(WHIP)，所谓的鞭状天线指的就是一根长四分之一波长的导管或导线站立在接地面上，最普遍的例子就是汽车上用的天线，以及做为广播接收天线、市民波段天线、及业余无线电用天线，甚至是大哥大的天线。 四分之一波长鞭状天线的尺寸并不小，对于1MHz的AM广播波段而言，四分之一波长大约是75公尺左右，但是对于FM广播波段而言，比如是100MHz，则四分之一波长大约是75公分，这种四分之一波长的尺寸会随着频率的上升而逐渐缩小。例如频率到了1000MHz，四分之一波长就只剩下7.5公分，如果以公分为单位的话，四分之一波长就是以7500去除以频率(MHz)。但这算出来

8、的长度只是一个参考基准点，因为实际应用时，天线长度可能需要长一些，也可能需要短一点。如天线主体肥胖时，可能就要短一些，或者不是从天线底端做馈送点，可能要短一些；至于天线体所摆放的接地面太小时，那么天线体可能就要适度地加长了。 鞭状天线可不一定非要是四分之一波长不可，另一种不同型式的鞭状天线称之为短鞭状天线。通常一根垂直的地面天线，其馈送点会呈现出电容性，为了弥补这电容性，可以采用电感来去除它。因此缩短了的鞭状天线，在靠近接地面端就必须要使用电感来去除电容性，这里的电感可以让天线体本身缠绕呈线出来。方案二：弹簧(线圈)天线 这种天线通常由长度是标准鞭状天线长度2到3倍左右的绕线所构成，这些线就缠

9、绕成空心线圈般。至于缠绕圈数，则与线径大小、缠绕的直径大小、以及圈距大小等有关。 这样的天线必须要调整到与工作频率呈现谐振状态，而且可以由缠绕的圈距之压缩与拉开来调整谐振频率。如果缠绕是采用密绕的方式，那么绕成的线圈长度必须要小于十分之一波长，这类天线有很尖锐的调谐点，所以必须要小心的调整。此天线的实数阻抗值小于20奥姆，而且这阻值与天线缠绕的直径大小以及和接地面的相关位置有关。可行性分析： 音频放大电路采用专用的音频芯片固然好，但成本高，可以调试的环节少，不利于动手能力的培养，违背了课程设计的初衷，故不予采用。 振荡电路的设计采用石英晶体振荡器能得到较为准确的频率和很高的品质因数，但对于一个

10、振荡电路而言，没用什么优势可言，不能动态的调节振荡频率，考虑到本次课程设计的目的，在于利用所学的高频知识来制作一个发射机，为了有更多的调试和测试空间，故采用电容式三点振荡电路。 天线的选择考虑到制作的使用性和方便性，采用简单的鞭状天线，当然也可采用弹簧状天线，只不过用到的天线的长度需要的更多。可以分别做一个，再测试他们的效果的差别，最后决定采取哪一种天线。六、设计原理 输入20Hz-2000Hz的音频信号，通过音频放大电路放大后加入载波进行调制，由天线发送出去，在接收机端接收到后进行滤波，解调，再由音频放大电路驱动扬声器将音频信号无失真的还原。(a)硬件系统方框图（b）硬件电路图电路说明：1）

11、MIC是驻极体话筒，它的作用就是感应空气中声波的微弱振动，并输出跟声音变化规律一样的电信号，本方案选用的是灵敏度较高的话筒，一般可以输出几十毫伏以上的音频信号，这个信号足以调制下一级的高频振荡信号的频率。注意：话筒有正负之分，一般和外壳相通的是负极。2）R1是MIC驻极体话筒的偏置电阻，有了这个电阻，话筒才能输出音频信号，这是因为MIC话筒内部本身有一级场效应管放大电路，用来阻搞匹配和提高输出能力等作用。3）C5是音频信号耦合电容，将话筒感应输出的声音电信号传递到下一级。4）C2是Q9018的基极滤波电容，一方面滤除调频杂音，另一方面让Q9018的高频电位为0,对50MHZ以上的高频电路来说，

12、Q9018是一个共基极放大电路，这是最后能形成振荡的基础，因为振荡电路的基础条件就是必须具备一定的增益，再就是具备合适相位的反馈（一般是正反馈）。5）R2是Q9018的基极偏置电阻，给Q提供一个较小的基极电流，Q将会有一个较大的发射极电流到R3,由于R2、R3中的电流作用会在各自电阻上产生压降并互相影响，结果会自动稳定在某一数值状态，也就是书上讲的射极跟随器。6）R3是Q9018的发射极电阻，这里起稳定直流工作点的作用，和C3还组成了高频信号负载电阻作用，也是整个高频振荡回路的一部分。7）C8和L组成并联谐振回路，起到选择振荡频率的主要作用，改变C8和容量或者改变L的形状（包括圈数），可以方便

13、的改变了射频率。8）C7是高频信号输出耦合电容，目的是为了让高频信号变成无线电波幅射到天空中，因此，天线最好竖起向上，长度最好等于无线电波的波长或其整数倍，四周应该开阔，不要有金属物阻挡。9）C6是反馈电容，电路起振的关键元件就是它。分析本电路的高频状态时，集电极是输出，发射极是输入，输出信号通过C6加到输入端，产生强烈的正反馈，自然就产生振荡了，这实际上也就是书中说的电容三点式振荡电路。10）C1、C4是电源滤波电容，给交流电信号提供回路，减小电源的交流内阻。11）X1是信号输出端，X2是电源输入端。七、PCB板设计与制作印刷电路板的制作过程： 设计印刷板图。最终使用的印刷板图必须是比例为1

14、：1的镜像图，也就是将印刷电路板翻过来，敷铜的一面朝着观察者所看到的图形。 敷铜板的处理。用高精密水砂纸砂去铜箔上的氧化层，用牙膏将敷铜面上的污物洗掉。 把镜像的印刷电路板图粘在铜板上。钻孔。一般元件用直径为0.80.9mm的钻头来钻孔，引脚大的元件（如：接线柱）一般用直径11.2mm的钻头钻孔。钻孔时最好用模板，因为打印可能不是很标准的，这样也可以防止钻头钻孔时振动断了。钻好空后揭去图纸，用砂纸砂去板上留下的许多毛刺。用黑色的油性笔画出要保留的线，周围没用到的面板用胶带粘住。 腐蚀。取适量的三氯化铁加入适量的溶解在搪瓷盆（或快餐盒）中，可按大约1：5（三氯化铁1，水5）再将检查无误后，把电路

15、板放入药液中时，宜将敷铜的那 一面朝下，轻轻地平放下，让它浮在液面上，这种位置腐蚀速度最快，如果将敷铜面朝上并沉入液中，那么铜与三氯化铁的反应物必将沉积在铜箔上，导致进一步腐 蚀受阻，严重影响腐蚀速度和质量；为了加快腐蚀速度，可以用一根筷子不停地搅动。 上助焊剂。腐蚀好后，取出印刷电路板，用水冲洗干净，用酒精擦洗掉画在电路板上的油性线。稍待晾干后，用软毛刷醮“松香酒精溶液”刷涂两遍。经过这样处理的铜箔线条能经久不氧化、不变色，焊接时很容易吃锡，使焊接质量得到保证。松香酒精溶液的制 作方法是：取一个小瓶子，倒入若干酒精，然后放入若干优质松香，盖好盖子等待一个小时左右，松香就能全部溶解，松香与酒精

16、的比例大约取1：3。 焊接。用万用表电阻档仔细检查电路板，看是否碰线及断线，特别是+9伏电源线与地线；没有故障后，插上元件焊接，安装集成电路插座时要注意方向，有缺口的 一端的两个引脚分别是集成电路的第一脚和最后一脚，这样在以后插集成电路时才不易插错方向。八、发射距离分析 发射机的频率越高，由公式【Lfs】(db)=32.44+20lgd(km)+20lg f(MHZ)知衰减越大。因此尽可能的把谐振频率降到80MHZ以下，避免广播频率的干扰（80MHZ以下的广播台少），毕竟小型发射机比不上大功率的发射机。要增加发射距离，就想想办法增加发射机的功率。采用的三极管9018的工作电流不是很大，可以采用

17、大功率三极管来增加发射的距离如D40，D50,2N3866等，工作电流能达到6080mA，但以上三极管很难买到，一般需网购，而且价格较高。相对而言C2503,C1970是一个不错的选择。九、调试及测试点 先检测三极管是否处于放大状态，用万用表检测集电极电压Ubc0,发射极Ube0若不满足则说明三极管的工作状态不在放大区，偏置电阻的值可能被焊接错了，这是可以用万用表的欧姆档测下R1.R2的值，看R2=？10R1，可以用电感测试仪测下电感的值，用公式f=1/2LC粗略计算出谐振频率，再用收音机在这个频率附近搜索，发现其具体频率。天线的长度理论值为波长的1/4，实际制作并不需要那么长，10cm就可以

18、，当然为了有更好的接收效果及接收距离，可以将天线制作为波长的1/4，通常一根垂直的地面天线，其馈送点会呈现出电容性，为了弥补这电容性，可以采用电感来去除它。在靠近接地面端就必须要使用电感来去除电容性，这里的电感可以让天线体本身缠绕呈线出来。因此制作天线的时候可以将天线底部绕制成螺旋状，以除去馈点的电容性。还有就是阻抗匹配和功率匹配问题。放大器的阻抗匹配是指放大器输出阻抗和下一级放大器或负载的输入阻抗相等或相近。如果相差较大，就是不匹配状态。只有匹配状态才能实现比较理想的功率传递。由于高频功率放大器工作于非线性状态，所以线性电路和阻抗匹配（即：负载阻抗与电源内阻相等）这一概念不能适用于它。因为在

19、非线性（如：丙类）工作的时候，电子器件的内阻变动剧烈：通流的时候，内阻很小；截止的时候，内阻接近无穷大。因此输出电阻不是常数。所以所谓匹配的时候内阻等于外阻，也就失去了意义。因此，高频功率放大的阻抗匹配概念是：在给定的电路条件下，改变负载回路的可调元件，使电子器件送出额定的输出功率至负载。这就叫做达到了匹配状态。功率匹配是指源阻抗与负载阻抗匹配，以获得最大的功率输出。可以调节电容C8的容量和改变L的形状来调节发射频率（因为采用的是固定电容，所以只有改变L的形状来实现阻抗匹配。当然也可以找一可变电容来代替C8。），来实现功率匹配和阻抗匹配。十、测试结果在空旷的地方，测得传输的距离约为60米，达到

20、的要求的标准，通过接收机（收音机）能听到清晰的音频输入端的音频信号（音乐）。在室内的房子测试，在室外接受，无失真的传输距离约为20米。十一、课程设计总结 理论计算的值给了调试一个方向，调试调频发射机尽管可以在64MHZ108MHZ这个频带上进行搜索调试，对于简单的发射机而言这个过程量不大，但如果是一个多频发射机，没有理论的计算就有可能漏掉一些频率点。因此，对于理论计算还是不能忽视的。当我在自己理论的推导下找出谐振点，我的成功不止是调试成功了一个调频发射机，还证明了我的理论推导是正确的。而且我的理论知识也转化为实际能力。在不断地摸索中，我的动手能力和理论推导能力完美的结合到一起了，这也是课程设计

21、目的之所在。从刚开始谐振频率76.4MHZ，传播距离20米，到后来的78.5MHZ，传播距离60米，期间是一个探索的过程，也是一个收获的过程。调试出来后，我依照理论的推导，修改选频网络的谐振频率，调节天线的长度，换用不同形状的天线来增加传播的距离，期间也有迷茫的时候，有时传播的距离反而比上一次近了，接受到得效果也差了很多。直觉告诉自己应该是发射天线的阻抗匹配和功率匹配出现了问题，在课本上我也找到了理论依据，也找到了解决的办法，最后将传输距离提高了一倍多，那是感觉自己所学的理论知识可不是虚的。同时，我也明白了，对知识的探索不能停下脚步，你调试出结果后，应该思考一下有没方法可以改善你的作品，使作品

22、更加完美；能不能将你所做的扩展下，改装成具有其他功能的作品；有没有更好的方案来完成你的这个设计，尽管结果出来了，这个结果是不是最优解，能不能被证明，一些参数达到了极限值吗，如此等等。就像赛跑者，比赛的终点并不意味着赛程的结束，而是新的开始！附录一：电路原理图附录二：生成PCB图附录三：实物成品图附录四：使用元器件一览表位号名称型号及类型数量R1,R4,R8电阻1/6W5%2.2K3R2,R3,R6,R10 334R51M1R7,R922K2C1,C2,C3,C10瓷片电容C15-C16和C9并联，可装可不装，板上设计有安装位1044C4,C116812C5,C7,C10,C12304C6,C8102C9,C15,C161033C14电解电容33U1Q1三极管90141Q2,Q390182L14.5T1L2,L3 5.5T2W1可调电阻470K(500K)1插针2针13针1天线50cm导线1话筒1电路板1说明书1胶袋1附录五、参考文献1.张肃文.高频电子线路高等教育出版社，2000.2.南利平.通信原理清华大学出版社，2002.3曾兴雯.刘乃，陈健通信电子线路科学出版社.20064.李建东.郭梯云移动通信西安电子科技大学出版社，20065.攀昌信.曹丽娜通信原理国防工业出版社。20086.谢自美.电子线路设计华中科技大学出版社，200215