FM调频发射器一.doc

FM调频发射器
课程设计报告

课程名称： 电子技术课程设计
设计题目： FM调频发射器
系 别： 机 电 工 程 系
专业班级： 商检#班
学生姓名： ###
学 号 ： ######
指导老师：
设计时间： 2010－11－30

机电工程系课程设计任务书
专业
班级

学
号

学生姓名

指导
教师

设计题目
FM调频发射器的设计与制作
主要
设计
内容
1、FM调频发射器的设计与制作
2、FM调频发射器的工作原理及分析
3、FM调频发射器的发展
4、总结与体会
主要
技术
指标
1、电源电压VCC 2.7V-3.6V
2、最大工作电流IC 32mA
3、FM发射频率Fr FM 88.0-108.0MHZ
4、最大射频功率Pmax 115dBuV
工作计划
1、制作要求 自行装配，并能发现问题和解决问题。
2、编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸。
主
要
参
考
资
料
及
文
献
[1]童诗白，华成英. 模拟电子技术基础.北京: 高等教育出版社, 1989  
[2]庄国臣，等.电磁发射器及应用［Ｊ］．电工技术杂志，1997，6
[3]杨志忠主编.数字电子技术（第三版）.北京：高等教育出版社，2008.
[4]电子世界：1999年 第7期 No.7 1999
[5]李忠国主编.数字电子技能实训.北京：人民邮电出版社，2006
[6]康华光主编.电子技术基础.北京：高等教育出版社，1999.
[7]郝文玲主编.电工技术.郑州：河南科技出版社，2009.
[8]网上收索：

目录

1、选题的意义 …………………………………………………………………3
2、FM调频发射器的设计 ………………………………………………………4
2.1、设计的目的和任务 ………………………………………………………4
2.2、参数的选择 ………………………………………………………………4
3、FM调频发射器的工作原理及分析 …………………………………………5
3.1、FM调频发射器的工作原理 ………………………………………………5
3.2、元器件的选用 ……………………………………………………………6
3.3、FM调频发射器的制作 ……………………………………………………6
4、信号发射器的发展 …………………………………………………………11
5、总结与体会 …………………………………………………………………13
参考文献 ……………………………………………………………………13
课程设计综合成绩评定表 ……………………………………………………14

1、选题的意义
FM调频发射器是一种在短距离使用FM广播进行调频发射，让所有在有效距离内的FM接收设备能够在指定频段内，接受到发射器所发射的信号，该发射器做为短距离的音频信号共享设备。
FM调频发射器外形时尚，多颜色可选，体积小巧，四频段可调，具有超强调频信号发射以及超强抗干扰能力，确保原声发射。FM调频发射器具有微调功能，频段设定一致后，也可对发射效果进行微调，确保音质完美,FM调频发射器可以超远距离发射接收，保守12米距离，便捷移动使用,超长时间电量使用，FM调频发射器使用2节七号电池，连续使用20小时另外，FM调频发射器还有一个3.5毫米标准耳机插头，可与多种音频设备连接（MP3/PDA/CD/DV/移动DVD/笔记本电脑等）与任何FM调频接收系统，无线连接-车载FM广播系统/家庭音响FM广播系统/个人、学校、行业等FM调频接收设备。
FM调频发射器将音源所播放的音频文件信号，在这些FM调频设备上进行完美接收播放。 无线广播，相信大家都不会陌生，只要用台小小接收机就能耳听八方、纵横全球。家里的电视机、收音机，车里的汽车收音机，校园里的语音无线耳机等都是无线广播的接收机，大家天天在用。图1所示为我们常用的收音机。

图1 常用收音机

2、FM调频发射器设计
2.1、设计的目的和任务
1.目的：
（1）了解FM调频发射器的发射过程
（2）了解FM调频发射器的应用
（3）了解调制、调幅、调频、调谐、解调、电谐振在电磁波发射、接收过程中的作用
（4）通过电磁波的产生、发射、接收过程及基本电路的简单分析，领会无线电波在现实生活中、生产中的作用
2.任务：
（1）分析无线电波的工作原理并画出其相应的电路图
（2）设计要求及参数的选择
（3）设计要求
（4）画出电路原理图（或电路仿真图）
（5）元器件及参数选择
（6）电路仿真及测试
2.2参数的选择：
（1）电源电压VCC 2.7V-3.6V
（2）最大工作电流IC 32mA
（3）FM发射频率Fr FM 88.0-108.0MHZ
（4）最大射频功率Pmax 115dBuV
（5）立体声分离度Ss 35dB
（6）负载频抑制SCR 50dB
（7）滤波器-3dB低端Af1 25HZ
（8）滤波器-3dB高端AFH 16KHZ
（9）调制频偏FM 68.25KHZ
（10）音频相应平坦度RF（30HZ-15KHZ）±1.5Db
（11）输入阻抗Ri 56kOhm
（12）音频输入幅值Vain 350mVp-p

3、FM调频发射器的工作原理及分析
3.1、FM调频发射器的工作原理

图3-1 电路原理图
工作原理：如图3-1中，Q1是共发射极变压器耦合振荡电路：负载是变压器T的初级线圈，集电极输出信号经T耦合后，由次级C1送给基极，构成正反馈，起振。基极同时送入低频调制信号，对产生的高频振荡进行幅度调制。
Q2是缓冲放大级，Q1的输出井C3耦合到Q2的（图中右边的“Q1”）基极，L1是Q2的负载电感；并经C4/L2串联谐振电路送到天线发射。R2接地，也就是零偏置，由于输入信号幅度较大，且是以C4/L2谐振回路来选频的，所以不怕失真，这样效率较高。
T、L1和9V处应该有一个连接点，这个电路由于基极没有偏置电流，电路都工作在丙类放大。T的初、次级间相位是相反的，就是Q1集电极电流增加时T的初级感生电动势右正左负，次级产生左正右负的感生电动势，对C1的充电电流加大，当集电极电流减小时与上述情况相反。频率由C的容量、T的电感决定。
发射功率现在这些参数不能决定，电压知道，关键是电流不知道，电流（交流电流）由Q2（后边三极管应该是Q2）的电流、基极的驱动、L1的阻抗决定。
3.2、元器件的选用
电路有关参数的名称
所选参数的大小

电阻
1K、3.3K、47K、4.7K、4.3K
51K、6.8K、20K
电解电容
1μF、10μF
普通电容
2000PF、1μF、40PF、20PF、12PF、68PF
三极管
9014一个、9018两个
电感线圈
0.47mm&6T三个
发射天线
一根
直流电源供电（直稳）
3.7V
3.3、FM调频发射器的制作
声音清晰不跑频，调制在96MHZ附近，有障碍发射范围大概在90米左右。使用一条36CM软线做发射天线。
电路改进:可调频改进，改换振荡单元的振荡参数可以实现频率的调制。
古人采用烽火台、鸽子、驿站、邮差等作为传递信息的方式。而现在的我们采用广播、电视、电话、手机、互联网等作为传递信息的方式。
现在的传递方式有有线和无线之分。无线主要依靠电磁波，在无线电技术中使用的电波成为无线电波。
无线电波要想有效地向外界放射信号，振荡电路必须具有足够高的振荡频率，因为频率越高发射电磁波的本领越大；振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，只有这样才能有效的把电磁能（电磁波）传播出去；要满足这两个条件就必须把振荡电路改装成开放电路。如图所示：观察一下其磁场的变化。

图3-2a 图3-2b 图3-2c 图3-2d

图3-2 发射高频率的电磁波
图3-2a中电路的极板倾斜，张口变大，便于把电磁能辐射出去；线圈的匝数变少，其自感系数变小，便于放射高频率的电磁波。图3-2c中电容极板间的距离增大，正对面积减少，线圈匝数进一步减少，便于发射高频率的电磁波，图3-2d中电容器极板间的距离进一步增大正对面积减少至为零，线圈匝数为零，以便能发射更高频率的电磁波。
那么，实际中的电磁波是如何发送电磁波呢？如图3-3所示：

图3-3 线圈发射原理 图3-4 电磁波发射电路
电磁波发射电路如图3-4所示，在实际应用中常把开放电路的下端根地连接，跟地连接的导线叫做地线。线圈上部接到比较高的导线上，这条导线叫做天线，天线和地线形成了一个敞开的电容器，电磁波就是这样的开放电路发射出去的。电视发射塔要建的很高，是为了使电磁波发射的较远，实际发射无线电波的装置中还需要在开放电路旁加一个振荡电路与之耦合。如上图所示，振荡器电路产生的高频率振荡电流通过L的自感产生的自感电动势，同时产生自感电流，振荡电流在开放电路中激发出电磁波，向四周发射。
发射电磁波是为了利用它传递某种信号。要想使电磁波传得远，就必须使用高频率的电磁波。但我们要传递的信却是一些低频信号，如：声音信号频率，只有几百至几千赫兹。图像信号频率也不过上万赫兹，不可能把它们直接发送出去，这就要求发送的电磁波随信号而改变。
调幅：使高频振荡电流振幅随信号的强弱而改变
调频：使高频振荡电流的频率随调制信号的强弱而改变
调制：低频信号叠加在高频振荡电流上这就是调制，调制后的振荡电流通过互感作用经开放电路向外发射出电磁波。
电磁波在空中传播时，如果遇到导体会使导体产生感应电流，感应电流的频率跟激起它的电磁波的频率相同。因此利用放在电磁波传播空间就可以接收到电磁波了。如图3-5所示为发射系统控制回路。

电

源
储能元件
开关控制
线圈
触发装置
检测装置
图3-5 发射系统控制回路
说到接收距离和接收机灵敏度、传播环境、天线高度，天线增益有关，笼统说也就是理想距离，实际距离还有较大差别。
使用可变电容调谐，更均匀细致，天线和检波的抽头使回路达到匹配。如图：

图3-6可变电容调谐电路
1）高频三极管V1和电容C3、C5、C6组成一个电容三点式的振荡器
　　2）C4、L组成一个谐振器：谐振频率就是调频话筒的发射频率，根据图中元件的参数发射频率可以在88～108MHZ之间，正好覆盖调频收音机的接收频率，通过调整L的数值（拉伸或者压缩线圈L）可以方便地改变发射频率，避开调频电台。发射信号通过C4耦合到天线上再发射出去。
　　3）R4是V1的基极偏置电阻，给三极管提供一定的基极电流，使V1工作在放大区。
　　4）R5是直流反馈电阻，起到稳定三极管工作点的作用。
　　5）话筒MIC采集外界的声音信号。
　　6）电阻R3为MIC提供一定的直流偏压，R3的阻值越大，话筒采集声音的灵敏度越弱，电阻越小话筒的灵敏度越高。
　　7）话筒采集到的交流声音信号通过C2耦合和R2匹配后送到三极管的基极。
　　8）电路中D1和D2两个二极管反向并联，主要起一个双向限幅的功能，二极管的导通电压只有0.7V，如果信号电压超过0.7V就会被二极管导通分流，这样可以确保声音信号的幅度可以限制在正负0.7V之间，过强的声音信号会使三极管过调制，产生声音失真甚至无法正常工作。
9）CK是外部信号输出插座，可以将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号源通过专用的连接线引入调频发射机，外部声音信号通过R1衰减和D1、D2限幅后送到三极管基极进行频率调制。
　　10）电路中发光二极管D3用来指示工作状态，当调频话筒得电工作时就会点亮，R6是发光二极管的限流电阻。C8、C9是电源滤波电容，因为大电容一般采用卷绕工艺制作的，所以等效电感比较大，并联一个小电容C8可以使电源的高频内阻。
11）电路中K1和K2是一个开关，它有三个不同的位置，拨到最左边时断开电源，最右边是K1、K2接通做调频话筒使用，中间位置是K1接通,K2断开，做无线转发器使用，因为做无线转发器使用是话筒不起作用，但是话筒会消耗一定的静态电流，所以断开K2可以降低耗电、延长电池的寿命。

图3-7 电路实物图
　　通过改变三极管的基极和发射极之间电容来实现调频的，当声音电压信号加到三极管的基极上时，三极管的基极和发射极之间电容会随着声音电压信号大小发生同步的变化，同时使三极管的发射频率发生变化，实现频率调制。
　　注(pcb图中的折线部分是内制天线,该设计完成后就不需要在搭配天线了.简单调试后就可以工作了!若觉发射距离不理想可适当增大电源电压.该电路中的9018可以承受12V以内的电压;还可以在电路中在加一级调制放大,也能有效的 增加发射距离!!!接受机可用调频收音机代替!!!)
图3-7是一种FM调频发射机的PCB图。其载频fc=88～108MHz，输入调制信号频率为50Hz～15kHz，最大频偏为75kHz。由图可知，调频方式为间接调频。由高稳定度晶体振荡器产生fc1=200kHz的初始载波信号送入调相器，由经预加重和积分的调制信号对其调相。调相输出的最大频偏为25Hz，调制指数mf<0.5。
4、信号发射器的发展
其实“无电源收音机”已经有了很悠久的历史。最早叫矿石收音机（使用铅锌矿石检波），虽然它十分简陋，但在无线电的发展历史上占有一席之地，就是现在也仍然是青少年无线电爱好者的入门途径，在培养兴趣，熟悉基本原理，锻炼制作技巧等方面有无可取代的优越性。
无电源收音机不是不消耗电能，而是不需配备电源。它工作消耗的电能也来源于天线，天线的优劣决定了接收效果。良好的室外天线，采用铜或铜绞线，从强度考虑直径应大于4mm，高出屋顶10米，倒L时水平长度20米，二端用瓷绝缘子，引下线和墙窗有良好绝缘，本地台功率强，距离近时天线可以简化，同时也要有良好的地线，导线要粗，接地电阻要小，深埋达到冬天冻土层以下。所有导线的接头最好锡焊。类似的无电源收音机，还有采用地电池的，就是用铁铜或铝铜，锌炭电极，相距10厘米埋入地下，引线也用同种金属，如果做得好，测得的空载电压大于1.8V。无源收音机所用元器件为了尽量减少损耗，应该有所选择。用于绕制线圈的铜线要尽量用粗线（或多股合线）；各种支持物骨架使用有机玻璃；电容要用高频瓷片；电解用钽质；耳机用高阻抗式；可变电容用空气式；凡是二极管均用锗2AP3、2AP9；三极管选用PNP高频管3AG14或3AG80E等。制作工艺的要点是使用环氧或有机玻璃安装板，连线争取尽量短和粗，必须锡焊等。以上文字和电路为我们展示了无源收音机的发展轨迹。
随着数字技术的发展，声音技术也开始由模拟方式向数字方式过度，出现了数字调幅、数字调频、DAB等数字声音广播技术。下面我就粗略的说一下数字信号发射电路：
调频发射机由激励器、功放、滤波器、定向耦合器、电源分配系统、控制系统、制冷系统构成；激励器采用进口的30W调频立体声激励器，根据用户要求可以采用1个或2个激励器，采用2台激励器时可以构成一主一备形式，以提高发射机的稳定可靠性。
激励器输出直接驱动发射机的功率放大器。功率放大器由多个最大输出功率700W的功放模块组成，通过合适的功率分配和功率合成、实现大功率输出。调频5KW发射机的功率放大器由1个10分配器、10个功放模块、1个10合成器组成；每两个功放模块构成一个热插拔功放单元。
滤波器采用低通形式的滤波器，对发射机的高次谐波、杂散发射进行滤波；定向耦合器耦合出正向功率和反向功率送到中央控制单元，进行检波、放大，向激励器送出相应的AGC电压或负载大驻波保护控制信号。
控制系统对整台发射机的各部件的工作状态进行采集和监控，对采集的数据进行处理后，根据各部件的工作状态对发射机的工作进行适当的调整；同时控制系统接受外界的控制命令控制发射机工作。
电源分配系统对输入的交流电源经合理变换和分配，为发射机的各个部分提供合适的电源。
发射机主要采用强迫风冷形式，整个制冷系统由多个轴流风机构成，在机柜后部的进口风机吹风，在机柜顶部排风；激励器、电源由自带的风机吹风制冷。
广播发送的是数字信号。
如图4-1为最初的收音机——矿石收音机。

图4-1 矿石收音

5、总结与体会
通过这次对FM调频发射器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我更进一步的了解了FM调频发射器的设计理念及发射原理，加深了对电子技术的理解，巩固了理论知识，强化了动手能力，使思维更细腻化。虽然这次课程设计中让我发现自己的专业知识还很欠缺，实践操作能力不是很强，重要的是这次设计给了我很大的收获，通过这次的课程设计我懂得了应如何让书本上的知识变成现实中可以见到的，以另外一种形式存在。对我们学生来说，理论与实践同样重要，这是我们以后在工作中证明自己能力的一个重要标准。
根据各种理论知识设计个FM调频发射器感觉不是很难，很多理论都是从书本上学到的。根据书本上的知识再加上自己理解设计出电路没什么问题，可是在焊接的过程中总有眼高手低的感觉，不是缺这就是忘那，焊接的焊点也不是很完美。这时才感觉到原来细心才是最重要的，只要细心无论多难的事都能慢慢来做。知识可以从课本从网上等各种渠道获得，但是细心只能从平时自己的锻炼中慢慢积累。

参考文献：
[1]童诗白，华成英. 模拟电子技术基础.北京: 高等教育出版社, 1989  
[2]庄国臣，等.电磁发射器及应用［Ｊ］．电工技术杂志，1997，6
[3]杨志忠主编.数字电子技术（第三版）.北京：高等教育出版社，2008.
[4]电子世界：1999年 第7期 No.7 1999
[5]李忠国主编.数字电子技能实训.北京：人民邮电出版社，2006
[6]康华光主编.电子技术基础.北京：高等教育出版社，1999.
[7]郝文玲主编.电工技术.郑州：河南科技出版社，2009.
[8]网上收索：
课程设计综合成绩评定表
姓名

学号

班级
0
课程名称
电子技术课程设计
设计题目
FM调频发射器
指导教师评语

指导教师签字：
年 月 日
设计报告成绩综合评定
项 目
标准
成绩
1、计算和绘图能力
10

2、综合运用专业知识能力
20

3、运用计算机能力和外语能力
10

4、查阅资料、运用工具书的能力
10

5、独立完成设计能力
10

6、书写情况（文字能力、整洁度）
10

7、表述能力（逻辑性、条理性）
10

平时考核成绩（20）
设计考核成绩（80）
综合成绩

教研室主任签名： 年 月 日
14