FM 发射器电路
这里我们构建了一个无线 FM 发射器，它使用射频通信来传输中等或低功率的 FM 信号。该发射器的最大传输范围约为 2 公里。
1. FM 发射器电路原理
FM 传输通过音频预放大、调制然后传输的过程完成。这里我们采用了相同的公式，首先放大音频信号，使用振荡器生成载波信号，然后用放大后的音频信号对载波信号进行调制。放大由放大器完成，而调制和载波信号生成则由可变频率振荡器电路完成。频率设置在 FM 频率范围内的任意位置，从 88MHz 到 108MHz。然后使用功率放大器放大来自振荡器的 FM 信号功率，以产生低阻抗输出，与天线匹配。
2. 2 公里 FM 发射器电路图
2.1 电路元件
| 元件名称 | 值 |
|---|---|
| R1 | 18K |
| R2 | 22K |
| R3 | 90K |
| R4 | 5K |
| R5 | 540 欧姆 |
| R6 | 9K |
| R7 | 40K |
| R8 | 1K |
| R9 | 20K |
| C1 | 5uF，电解电容 |
| C2 | 47uF，电解电容 |
| C3 | 0.01uF，电解电容 |
| C4 | 15uF，电解电容 |
| C5 | 0.01uF，陶瓷电容 |
| C6 | 20pF，可变电容 |
| C7 | 10pF，陶瓷电容 |
| C8 | 20pF，可变电容 |
| L1、L2 | 0.2uH |
| 天线 | 30 英寸长的导线或伸缩天线 |
| V1 | 9V 电池 |
| 音频输入 | 麦克风 |
3. FM 发射器电路设计
3.1 音频预放大器设计
这里我们设计了一个简单的单级共发射极放大器作为预放大器。
a) Vcc 的选择：这里我们选择了 NPN 双极型晶体管 BC109。由于该晶体管的 VCEO 约为 40V，我们选择了一个小得多的 Vcc，约为 9V。
b) 负载电阻 R4 的选择：为了计算负载电阻的值，我们首先需要计算静态集电极电流。假设该值约为 1mA。集电极电压需要约为 Vcc 的一半。这给出了负载电阻 R4 的值为：Vc/Iq = 4.5K。我们选择了一个 5K 电阻以获得更好的操作效果。
c) 电压分压电阻 R2 和 R3 的选择：为了计算电压分压电阻的值，我们需要计算偏置电流以及电阻上的电压。偏置电流近似为基极电流的 10 倍。现在基极电流 Ib 等于集电极电流除以电流增益 hfe。这给出了 Ib 的值为 0.008mA。因此，偏置电流为 0.08mA。
基极上的电压 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。这给出了 Vb 为 1.78V。
因此，R2 = Vb/Ibias = 22.25K。这里我们选择了一个 22K 电阻。
R3 = (Vcc - Vb)/Ibias = 90.1K。这里我们选择了一个 90K 电阻。
d) 发射极电阻 R5 的选择：R5 的值由 Ve/Ie 给出，其中 Ie 是发射极电流，近似等于集电极电流。这给出了 R5 = (Ve/Ie) = 540 欧姆。这里我们选择了一个 500 欧姆电阻。它用于旁通发射极电流。
e) 耦合电容 C1 的选择：这里这个电容的作用是调制通过晶体管的电流。较大的值表示低频（低音），而较小的值增加高频（高音）。这里我们选择了一个 5uF 的值。
f) 麦克风电阻 R1 的选择：这个电阻的作用是限制通过麦克风的电流，该电流应小于麦克风能够承受的最大电流。假设通过麦克风的电流为 0.4mA。这给出了 Rm = (Vcc - Vb)/0.4 = 18.05K。这里我们选择了一个 18K 电阻。
g) 旁通电容 C4 的选择：这里我们选择了一个 15uF 的电解电容，用于旁通直流信号。
3.2 振荡器电路设计
a) 选频网络元件 — L1 和 C6 的选择：我们知道振荡频率由以下公式给出
这里我们需要一个介于 88MHz 到 100MHz 之间的频率。假设选择一个 0.2uH 的电感。这给出了 C6 的值约为 12pF。这里我们选择了一个 5 到 20pF 范围内的可变电容。
b) 选频电容 C9 的选择：这个电容的作用是使选频网络保持振动。由于这里我们使用的是 BJT 2N222，我们更倾向于将 C9 的值选择在 4 到 10pF 之间。让我们选择一个 5pF 的电容。
c) 偏置电阻 R6 和 R7 的选择：使用与预放大器设计中相同的计算方法，我们选择偏置电阻 R6 和 R7 的值分别为 9K 和 40K。
d) 耦合电容 C3 的选择：这里我们选择了一个约 0.01uF 的电解电容作为耦合电容。
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，我们得到发射极电阻的值约为 1K。
3.3 功率放大器电路设计
由于我们需要低功率输出，我们更倾向于使用输出端带有 LC 选频网络的甲类功率放大器。选频网络元件的值与振荡器电路中的相同。这里我们选择偏置电阻约为 20K，耦合电容约为 10pF。
3.4 天线的选择
由于传输范围约为 2 公里，我们可以使用一根约 30 英寸长的伸缩天线或导线来制作天线，这大约是传输波长的 1/4。
4. FM 发射器电路的理论
从麦克风获取的音频信号是一个非常低的信号，其电压仅为毫伏级。这个极小的电压需要首先被放大。一个双极型晶体管的共发射极配置，偏置在甲类区域工作，可以产生一个放大后的反相信号。
这个电路的另一个重要方面是考毕兹振荡器电路。这是一个 LC 振荡器，能量在电感和电容之间来回移动，形成振荡。它主要用于射频应用。
当这个振荡器被施加一个电压输入时，输出信号是输入信号和振荡输出信号的混合，产生一个调制信号。换句话说，振荡器产生的电路频率会随着输入信号的应用而变化，产生一个调频信号。
5. 如何操作 FM 发射器电路？
来自麦克风或其他设 备的音频输入首先使用 BC109 的共发射极配置进行放大。然后通过耦合电容将放大后的信号输入到振荡器电路。振荡器电路生成的信号频率由可变电容的值决定。从晶体管的发射极输出的信号通过耦合电容耦合到功率放大器晶体管的输入端。随着这个信号被放大，功率放大器部分中的可变电容倾向于保持与振荡器相匹配的输出。然后使用天线传输放大后的射频信号。
6. FM 发射器电路的应用
该电路可用于任何地方，通过 FM 传输传输音频信号，特别适用于机构和组织。
7. 限制
该电路主要用于教育目的，可能需要更多的实际操作方法。