調頻發(fā)射電路

我們正在建造一個無線調頻發(fā)射器，它使用射頻通信來發(fā)射中功率或低功率調頻信號。最大傳輸距離約為 2 千米。

調頻發(fā)射器電路原理：

調頻傳輸是通過音頻預放大、調制然后傳輸?shù)倪^程完成的。在這里，我們采用了相同的公式，首先放大音頻信號，使用振蕩器產(chǎn)生載波信號，然后用放大的音頻信號對載波信號進行調制。放大由放大器完成，而調制和載波信號的產(chǎn)生則由變頻振蕩電路完成。頻率設定在 88MHz 至 108MHz 的調頻頻率范圍內。振蕩器產(chǎn)生的調頻信號功率通過功率放大器放大，產(chǎn)生低阻抗輸出，與天線匹配。

2 千米調頻發(fā)射器電路圖：

電路元件：

調頻發(fā)射器電路設計：

音頻前置放大器的設計：

在此，我們設計一個簡單的單級共射極放大器作為前置放大器。

a) 選擇 Vcc：我們選擇了 NPN 雙極結型晶體管 BC109。由于該晶體管的 VCEO 約為 40V，因此我們選擇了更低的 Vcc，約為 9V。

b) 選擇負載電阻 R4：要計算負載電阻的值，我們首先需要計算靜態(tài)集電極電流。假設該值約為 1mA。集電極電壓約為 Vcc 的一半。因此，負載電阻 R4 的值為 ：  Vc/Iq = 4.5K。為了更好地工作，我們選擇 5K 電阻。

c) 選擇分壓電阻 R2 和 R3： 要計算分壓電阻的值，我們需要計算偏置電流以及電阻兩端的電壓。偏置電流近似為基極電流的 10 倍。基極電流 Ib 等于集電極電流除以電流增益 hfe。由此得出 Ib 的值為 0.008mA。因此偏置電流為 0.08mA。

基極電壓 Vb 假設比發(fā)射極電壓 Ve 高 0.7V?，F(xiàn)在假設發(fā)射極電壓為 Vcc 的 12%，即 1.08V。這樣，Vb 就是 1.78V。

因此，R2 = Vb/Ibias = 22.25K。這里我們選擇 22K 電阻。

R3= (Vcc-Vb/Ibias = 90.1K。這里我們選擇 90K 電阻器。

d) 發(fā)射極電阻器 R5 的選擇：R5 的值由 Ve/Ie 得出，其中 Ie 是發(fā)射極電流，約等于集電極電流。由此得出 R5 = (Ve/Ie) = 540 歐姆。這里我們選擇 500 歐姆電阻。 它的作用是旁路發(fā)射極電流。

e) 耦合電容器 C1 的選擇：該電容器的作用是調節(jié)通過晶體管的電流。電容值越大，表示頻率越低（低音），而電容值越小，表示頻率越高（高音）。這里我們選擇 5 uF 的值。

f) 選擇麥克風電阻 R1： 該電阻器的作用是限制通過麥克風的電流，其值應小于麥克風可承受的最大電流。假設通過麥克風的電流為 0.4mA。由此得出 Rm = (Vcc-Vb)/0.4 = 18.05K。這里我們選擇 18K 電阻器。

g) 旁路電容器 C4 的選擇：這里我們選擇一個 15 uF 的電解質電容器，用于旁路直流信號。

設計振蕩器電路：

a) 選擇電容電路元件 - L1 和 C6：我們知道振蕩頻率為

f = 1/(2∏√LC)

這里我們需要的頻率在 88 MHz 至 100 MHz 之間。讓我們選擇一個 0.2uH 的電感器。這樣，C6 的值約為 12pF。在此，我們選擇 5 至 20pF 范圍內的可變電容器。

b) 選擇水箱電容器 C9：該電容器的作用是保持水箱電路振動。由于這里使用的是 BJT 2N222，我們希望 C9 的值在 4 至 10 pF 之間。讓我們選擇一個 5 pF 的電容器。

c) 選擇偏置電阻 R6 和 R7：使用與前置放大器設計相同的偏置電阻計算方法，我們選擇偏置電阻 R6 和 R7 的值分別為 9 K 和 40 K。

d) 選擇耦合電容器 C3：這里我們選擇約 0.01 uF 的電解質電容器作為耦合電容器。

e) 發(fā)射極電阻 R8 的選擇：使用與放大器電路相同的計算方法，我們得出發(fā)射極電阻的值約為 1K。

設計功率放大器電路：

由于我們需要低功率輸出，因此我們傾向于在輸出端使用帶有 LC 坦克電路的 A 類功率放大器。電容電路元件的數(shù)值與振蕩電路相同。在此，我們選擇約 20 K 的偏置電阻和約 10 pF 的耦合電容器。

選擇天線：

由于射程約為 2 千米，我們可以使用棍狀天線或 30 英寸左右的導線來準備天線，這大約是發(fā)射波長的 1/4 英寸。

調頻發(fā)射器電路背后的理論：

來自麥克風的音頻信號電平非常低，只有毫伏左右。這種極小的電壓首先需要放大。雙極晶體管的共發(fā)射極結構偏置在 A 類區(qū)域工作，產(chǎn)生放大的反相信號。

該電路的另一個重要方面是 colpitt 振蕩器電路。這是一種 LC 振蕩器，能量在電感器和電容器之間來回移動，形成振蕩。它主要用于射頻應用。

當給該振蕩器輸入電壓時，輸出信號是輸入信號和振蕩輸出信號的混合信號，產(chǎn)生調制信號。 換句話說，振蕩器產(chǎn)生的電路頻率隨輸入信號的變化而變化，從而產(chǎn)生頻率調制信號。

如何操作調頻發(fā)射器電路？

從麥克風或任何其他設備輸入的音頻首先通過 BC109 的共發(fā)射極配置進行放大。放大后的信號通過耦合電容器送入振蕩電路。 振蕩電路產(chǎn)生的信號頻率由可變電容的值決定。晶體管發(fā)射極的輸出信號通過耦合電容器耦合到功率放大器晶體管的輸入端。當該信號被放大時，功率放大器部分的可變電容趨向于保持與振蕩器相匹配的輸出。放大后的射頻信號通過天線發(fā)射。

調頻發(fā)射器電路的應用：

該電路可用于任何地方，尤其是機構和組織，利用調頻傳輸音頻信號。

局限性：

本電路用于教學目的，可能需要更實用的方法。