调频发射电路

我们正在建造一个无线调频发射器，它使用射频通信来发射中功率或低功率调频信号。最大传输距离约为 2 千米。

调频发射器电路原理：

调频传输是通过音频预放大、调制然后传输的过程完成的。在这里，我们采用了相同的公式，首先放大音频信号，使用振荡器产生载波信号，然后用放大的音频信号对载波信号进行调制。放大由放大器完成，而调制和载波信号的产生则由变频振荡电路完成。频率设定在 88MHz 至 108MHz 的调频频率范围内。振荡器产生的调频信号功率通过功率放大器放大，产生低阻抗输出，与天线匹配。

2 千米调频发射器电路图：

电路元件：

调频发射器电路设计：

音频前置放大器的设计：

在此，我们设计一个简单的单级共射极放大器作为前置放大器。

a) 选择 Vcc：我们选择了 NPN 双极结型晶体管 BC109。由于该晶体管的 VCEO 约为 40V，因此我们选择了更低的 Vcc，约为 9V。

b) 选择负载电阻 R4：要计算负载电阻的值，我们首先需要计算静态集电极电流。假设该值约为 1mA。集电极电压约为 Vcc 的一半。因此，负载电阻 R4 的值为 ：  Vc/Iq = 4.5K。为了更好地工作，我们选择 5K 电阻。

c) 选择分压电阻 R2 和 R3： 要计算分压电阻的值，我们需要计算偏置电流以及电阻两端的电压。偏置电流近似为基极电流的 10 倍。基极电流 Ib 等于集电极电流除以电流增益 hfe。由此得出 Ib 的值为 0.008mA。因此偏置电流为 0.08mA。

基极电压 Vb 假设比发射极电压 Ve 高 0.7V。现在假设发射极电压为 Vcc 的 12%，即 1.08V。这样，Vb 就是 1.78V。

因此，R2 = Vb/Ibias = 22.25K。这里我们选择 22K 电阻。

R3= (Vcc-Vb/Ibias = 90.1K。这里我们选择 90K 电阻器。

d) 发射极电阻器 R5 的选择：R5 的值由 Ve/Ie 得出，其中 Ie 是发射极电流，约等于集电极电流。由此得出 R5 = (Ve/Ie) = 540 欧姆。这里我们选择 500 欧姆电阻。 它的作用是旁路发射极电流。

e) 耦合电容器 C1 的选择：该电容器的作用是调节通过晶体管的电流。电容值越大，表示频率越低（低音），而电容值越小，表示频率越高（高音）。这里我们选择 5 uF 的值。

f) 选择麦克风电阻 R1： 该电阻器的作用是限制通过麦克风的电流，其值应小于麦克风可承受的最大电流。假设通过麦克风的电流为 0.4mA。由此得出 Rm = (Vcc-Vb)/0.4 = 18.05K。这里我们选择 18K 电阻器。

g) 旁路电容器 C4 的选择：这里我们选择一个 15 uF 的电解质电容器，用于旁路直流信号。

设计振荡器电路：

a) 选择电容电路元件 - L1 和 C6：我们知道振荡频率为

f = 1/(2∏√LC)

这里我们需要的频率在 88 MHz 至 100 MHz 之间。让我们选择一个 0.2uH 的电感器。这样，C6 的值约为 12pF。在此，我们选择 5 至 20pF 范围内的可变电容器。

b) 选择水箱电容器 C9：该电容器的作用是保持水箱电路振动。由于这里使用的是 BJT 2N222，我们希望 C9 的值在 4 至 10 pF 之间。让我们选择一个 5 pF 的电容器。

c) 选择偏置电阻 R6 和 R7：使用与前置放大器设计相同的偏置电阻计算方法，我们选择偏置电阻 R6 和 R7 的值分别为 9 K 和 40 K。

d) 选择耦合电容器 C3：这里我们选择约 0.01 uF 的电解质电容器作为耦合电容器。

e) 发射极电阻 R8 的选择：使用与放大器电路相同的计算方法，我们得出发射极电阻的值约为 1K。

设计功率放大器电路：

由于我们需要低功率输出，因此我们倾向于在输出端使用带有 LC 坦克电路的 A 类功率放大器。电容电路元件的数值与振荡电路相同。在此，我们选择约 20 K 的偏置电阻和约 10 pF 的耦合电容器。

选择天线：

由于射程约为 2 千米，我们可以使用棍状天线或 30 英寸左右的导线来准备天线，这大约是发射波长的 1/4 英寸。

调频发射器电路背后的理论：

来自麦克风的音频信号电平非常低，只有毫伏左右。这种极小的电压首先需要放大。双极晶体管的共发射极结构偏置在 A 类区域工作，产生放大的反相信号。

该电路的另一个重要方面是 colpitt 振荡器电路。这是一种 LC 振荡器，能量在电感器和电容器之间来回移动，形成振荡。它主要用于射频应用。

当给该振荡器输入电压时，输出信号是输入信号和振荡输出信号的混合信号，产生调制信号。 换句话说，振荡器产生的电路频率随输入信号的变化而变化，从而产生频率调制信号。

如何操作调频发射器电路？

从麦克风或任何其他设备输入的音频首先通过 BC109 的共发射极配置进行放大。放大后的信号通过耦合电容器送入振荡电路。 振荡电路产生的信号频率由可变电容的值决定。晶体管发射极的输出信号通过耦合电容器耦合到功率放大器晶体管的输入端。当该信号被放大时，功率放大器部分的可变电容趋向于保持与振荡器相匹配的输出。放大后的射频信号通过天线发射。

调频发射器电路的应用：

该电路可用于任何地方，尤其是机构和组织，利用调频传输音频信号。

局限性：

本电路用于教学目的，可能需要更实用的方法。