變?nèi)荻O管調(diào)頻課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　1方案選擇：4</b></p><p>　　2調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分析5</p><p>　　2.1FM調(diào)制原理：5</p><p>

2、;　　2.2 變?nèi)荻O管直接頻率調(diào)制的原理：5</p><p>　　2.3 三極管的參數(shù)7</p><p>　　3單元電路設(shè)計(jì)分析8</p><p>　　3.1LC振蕩電路8</p><p>　　3.2調(diào)制靈敏度10</p><p>　　3.3增加穩(wěn)定度的措施：11</p>&l

3、t;p>　　3.3.1震蕩回路參數(shù)LC11</p><p>　　3.3.2溫度補(bǔ)償法11</p><p>　　3.3.3回路電阻12</p><p>　　3.3.4加緩沖級(jí)12</p><p>　　3.3.5有源器件的參數(shù)13</p><p>　　4各單元電路元器件參數(shù)設(shè)置：14</p

4、><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置：14</p><p>　　4.2調(diào)頻電路的直流參數(shù)設(shè)置14</p><p>　　4.3交流電路參數(shù)設(shè)置：14</p><p>　　4.4 計(jì)算調(diào)制信號(hào)的幅度16</p><p>　　5 仿真結(jié)果及分析............................

5、......................................................17</p><p>　　6 元器件清單..................................................................................21 7 設(shè)計(jì)體會(huì)..................................

6、........................................................22 8 參考文獻(xiàn)..........................................................................................23 </p><p><b>　　摘要</b></p>

7、<p>　　調(diào)頻電路具有抗干擾性能強(qiáng)、聲音清晰等優(yōu)點(diǎn)，獲得了快速的發(fā)展。主要應(yīng)用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙控。調(diào)頻電臺(tái)的頻帶通常大約是200～250kHz，其頻帶寬度是調(diào)幅電臺(tái)的數(shù)十倍，便于傳送高保真立體聲信號(hào)。由于調(diào)幅波受到頻帶寬度的限制，在接收機(jī)中存在著通帶寬度與干擾的矛盾，因此音頻信號(hào)的頻率局限于30～8000Hz的范圍內(nèi)。在調(diào)頻時(shí)，可以將音頻信號(hào)的頻率范圍擴(kuò)大至30～15000Hz，使音頻信號(hào)的頻譜分量更為豐富，

8、聲音質(zhì)量大為提高。</p><p>　　變?nèi)荻O管調(diào)頻電路是一種常用的直接調(diào)頻電路，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信和自動(dòng)頻率微調(diào)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是工作頻率高，固有損耗小且線路簡單，能獲得較大的頻偏，其缺點(diǎn)是中心頻率穩(wěn)定度較低。較之中頻調(diào)制和倍頻方法，這種方法的電路簡單、性能良好、副波少、維修方便，是一種較先進(jìn)的頻率調(diào)制方案。</p><p>　　本課題載波由LC電容反饋三端振蕩器組成主振回路，振蕩頻率有電

9、路電感和電容決定，當(dāng)受調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率受調(diào)制信號(hào)的控制，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。</p><p>　　關(guān)鍵詞：調(diào)頻、變?nèi)荻O管、LC</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Frequency modulation circuit has strong anti-jamming

10、 performance, clear voice etc, and got rapid development. Mainly used in FM radio, broadcast television, communication and remote control. FM radio band usually is about 200 ~ 250 KHZ, the band width is am radio dozens o

11、f times, convenient delivery hi-fi stereo signal. Due to the modulation wave by bandwidth limit, in the receiver there are pass band width and interference of the contradiction, therefore audio signal frequency limited t

12、o 30 ~ 8</p><p>　　Varactor frequency modulation circuit is a kind of commonly used direct frequency modulation circuit, which are widely used in mobile communication and automatic frequency adjustment system

13、. Its advantage is with high working frequency, the inherent loss small and simple lines, can obtain larger deviation, its shortcoming is center frequency stability is low. Compared with intermediate frequency modulation

14、 and frequency multiplication method, the method of the circuit is simple, the performance </p><p>　　This topic carrier by LC capacitance feedback three end oscillator composition driver circuit, oscillation

15、 frequency is circuit inductance and capacitance decision, when be modulation signal control of the varactor access carrier oscillator in the oscillation circuit, the oscillation frequency modulation signal by the contro

16、l, so as to realize the frequency modulation. </p><p>　　Keywords: FM, varactor, LC </p><p><b>　　1方案選擇</b></p><p>　　產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的電路叫做調(diào)頻器，對他有4個(gè)主要的要求：</p><p>　　已調(diào)波的瞬

17、時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成比例變化。</p><p>　　未調(diào)制時(shí)的載波頻率即已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度。</p><p>　　最大頻偏與調(diào)制頻率無關(guān)。</p><p>　　無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡量小。</p><p>　　產(chǎn)生調(diào)頻的方法主要?dú)w納為兩類：</p><p>　　1 用調(diào)制信號(hào)直接控制載波的瞬時(shí)頻率——直接調(diào)

18、頻。</p><p>　　2先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相，結(jié)果得到調(diào)頻波——間接調(diào)頻。</p><p>　　變?nèi)荻O管調(diào)頻的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得較大的頻移（相對于間接調(diào)頻而言），線路簡單，并且?guī)缀醪恍枰{(diào)制功率，其主要缺點(diǎn)是中心頻率的穩(wěn)定度低。</p><p>　　在滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)的基礎(chǔ)上盡量簡化電路。因此本次課程設(shè)計(jì)采用2CC1C變?nèi)荻O管進(jìn)行直接調(diào)頻電

19、路設(shè)計(jì)。</p><p>　　2調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分析</p><p>　　2.1FM調(diào)制原理：</p><p>　　FM調(diào)制是靠信號(hào)使頻率發(fā)生變化，振幅可保持一定，所以噪聲成分易消除。</p><p><b>　　設(shè)載波,調(diào)制波。</b></p><p>　　或，此時(shí)的頻率偏移量△f為最大頻率偏

20、移。</p><p>　　最后得到的被調(diào)制波 , V m 隨Vs的變化而變化。</p><p><b>　　為調(diào)制系數(shù)</b></p><p>　　2.2變?nèi)荻O管直接頻率調(diào)制的原理：</p><p>　　變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種半導(dǎo)體二極管，它是一種電壓控制可變電抗元件，

21、它的結(jié)電容Cj與反向電壓VR存在如下關(guān)系：</p><p>　　式中，VD為PN結(jié)的勢壘電壓（內(nèi)建電勢差），Cj0為VR為0時(shí)的結(jié)電容，γ為系數(shù)，它的值隨半導(dǎo)體的摻雜濃度和PN結(jié)的結(jié)構(gòu)不同而異：對于緩變結(jié)，γ=1/3；突變結(jié)：γ=1/2;對于超突變結(jié)，γ=1~4，最大可達(dá)6以上。</p><p>　　圖2.1 變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線</p><p>　　變?nèi)?/p>

22、二極管的Cj-v特性曲線如圖2.1所示。</p><p>　　加到變?nèi)荻O管上的反向電壓包括直流偏壓V0和調(diào)制信號(hào)電壓VΩ(t)=VΩcosΩt，即。</p><p>　　結(jié)電容在vR(t)的控制下隨時(shí)間的變化而變化。把受到調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)荻?jí)管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩回路的頻率已收到調(diào)制信號(hào)的控制。適當(dāng)選擇調(diào)頻二極管的特性和工作狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。設(shè)電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，

23、在靜態(tài)工作點(diǎn)Q處，曲線的斜率為</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　2.3三極管的參數(shù)</b></p><p>　　圖2.2高頻三極管的參數(shù) </p><p>　　3 單元電路設(shè)計(jì)分析</p><p>　　3.1LC振蕩電路</p

24、><p>　　本電路采用常見的電容三點(diǎn)式震蕩電路實(shí)現(xiàn)LC振蕩，如圖3.1，簡便易行，變?nèi)荻O管電容作為組成LC振蕩電路的一部分，電容值會(huì)隨加在其兩端的電壓的變化而變化，從而達(dá)到了變頻的目的。</p><p>　　Rc，Re，RB1，RB2設(shè)置LC震蕩電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，L1，C1構(gòu)成LC震蕩電路，CC,DC接入LC振蕩電路改變振蕩頻率構(gòu)成調(diào)頻電路。R1、R2、R3提供變?nèi)荻O管工作所需的直流偏置

25、。信號(hào)VΩ從C5接入，電感L2是一低通線圈，可以過濾掉信號(hào)的高頻部分。圖3.2為調(diào)頻電路的交流等效電路。變?nèi)荻O管的接入方式為部分接入，如果去掉與之串聯(lián)的CC則為全部接入。</p><p>　　圖3.1調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　圖3.2三點(diǎn)式振蕩電路</p><p><b>　　3.2調(diào)制靈敏度</b></p>

26、<p>　　單位調(diào)制電壓所引起的最大頻偏稱為調(diào)制靈敏度，以Sf表示，單位為 kHz/V，即</p><p>　　VΩm為調(diào)制信號(hào)的幅度；△fm為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化△Cj時(shí)引起的最大頻偏。</p><p>　　∵回路總電容的變化量為</p><p>　　在頻偏較小時(shí)，△fm與△C∑的關(guān)系可采用下面近似公式，即</p><p>　　

27、∴ p↑ △f ↑ ，△Cj↑ △f ↑。 </p><p>　　調(diào)制靈敏度 式中，△C∑為回路總電容的變化</p><p>　　量；CQ∑為靜態(tài)時(shí)諧振回路的總電容， 即</p><p>　　∴ C1↓Sf↑ △f↑</p><p>　　調(diào)制靈敏度Sf可以由變?nèi)荻O管Cj-v 特性曲線上VQ處的斜率kc計(jì)算。Sf越大，說明調(diào)制

28、信號(hào)的控制作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的頻偏越大。 改變CC的值可以使變?nèi)荻O管的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。</p><p>　　3.3增加穩(wěn)定度的措施：</p><p>　　3.3.1震蕩回路參數(shù)LC</p><p>　　顯然LC如有變化，必然引起震蕩頻率的變化，影響LC變化的因素有：元件的機(jī)械變形，周圍溫度變化的影響，適度，氣壓的變化，因此為了維持LC的數(shù)值不變，首先就應(yīng)選取

29、標(biāo)準(zhǔn)性高的，不易發(fā)生機(jī)械變形的元件；其次，應(yīng)盡量維持振蕩器的環(huán)境溫度的恒定，因?yàn)楫?dāng)溫度變化時(shí)，不僅會(huì)使LC的數(shù)值發(fā)生變化，而且會(huì)引起電子器件的參數(shù)變化，因此高穩(wěn)定度的振蕩器可以封閉在恒溫箱（杜瓦瓶）內(nèi)，LC采用溫度系數(shù)低的材料制成。</p><p>　　3.3.2溫度補(bǔ)償法</p><p>　　使L與C的變化量與△L與△C的變化量相互抵消以維持恒定的震蕩頻率，其原理如下：</p&g

30、t;<p>　　若回路的損耗電阻r很小，即Q值很高，則振蕩頻率可以近似的用回路的固有頻率f0來表示。</p><p>　　由于外界因素的影響，使LC產(chǎn)生微小的變量△L、△C，因而引起振蕩頻率的變化為</p><p>　　若選用合適的負(fù)溫度系數(shù)的電容器 （電感線圈的溫度系數(shù)恒為正值）， 使得△C/C與△L/L互相抵消，則△f可減為零。這就是溫度補(bǔ)償法。</p>

31、<p>　　3.3.3回路電阻</p><p>　　r的大小是由振蕩器的負(fù)載決定的，負(fù)載重時(shí)，r大，負(fù)載輕時(shí)r小，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，振蕩頻率也隨之變化。為了減小r的影響盡量使負(fù)載小且穩(wěn)定，r越小，回路的Q值越高，頻率的穩(wěn)定度也越高，</p><p>　　3.3.4加緩沖級(jí)</p><p>　　為了減弱后級(jí)電路對主振器的影響，可在主振器后面加入緩沖級(jí)。所謂緩

32、沖級(jí)，就是實(shí)際上是一級(jí)不需要推動(dòng)功率的放大器（工作于甲類）。</p><p>　　3.3.5有源器件的參數(shù)</p><p>　　晶體管為有源器件時(shí)，若他的工作狀態(tài)（電源電壓或周圍溫度等）有所改變，則晶體管的h參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，即引起振蕩頻率的改變。為了維持晶體管的參數(shù)不變，應(yīng)該采用穩(wěn)壓電源，和恒溫措施。</p><p>　　采用高穩(wěn)定度LC振蕩電路</p>

33、<p>　　例如采用克拉潑電路如圖3.2所示：</p><p>　　C1>>C3,C2>>C3,Cb為基極耦合電容，C3為可變電容，他的作用是把L與C1，C2分隔開，使反饋系數(shù)僅取決于C1，C2的比值，振蕩頻率基本上由L和C3決定。這樣，C3就減弱了晶體管與振蕩電路之間的耦合，使折算到回路內(nèi)的有源器件的參數(shù)減小，提高了頻率的穩(wěn)定度，另一方面，不穩(wěn)定電容（如分布電容）則與C1，

34、C2并聯(lián)，基本上不影響震蕩頻率。C3越小，則頻率的穩(wěn)定度越好，但起振也就越困難。因此C3也不能無限制的減小。</p><p>　　4各單元電路元器件參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　ICQ一般為(1~4)mA。ICQ偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重，頻率穩(wěn)定性變差。取ICQ=2mA。取VCEQ=1/2VCC=

35、6V。可以求出Rc+Re=3KΩ，取Rc=2KΩ，Re=1KΩ；</p><p>　　β=60，IBQ=β×IBQ，為使減小IBQ對偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)效果的影響，取RB1和RB2上流過的電流IB>>IBQ，取RB1=28KΩ，RB2=8.2KΩ。</p><p>　　4.2調(diào)頻電路的直流參數(shù)設(shè)置</p><p>　　根據(jù)2CC1C數(shù)據(jù)手冊提供

36、的變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線（如圖1），取變?nèi)荻O管的正常工作的反向偏置電壓為4V，R1與R2為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時(shí)的反向直流偏置電壓VQ，電阻R3稱為隔離電阻，常取R3>>R2，R3>>R1，以減小調(diào)制信號(hào)VΩ對VQ的影響。已知 VQ=4V，若取 R2=10k ，隔離電阻R3=150kΩ。則R1=20KΩ</p><p>　　4.3交流電路參數(shù)設(shè)置：</p><p

37、>　　由LC震蕩頻率的計(jì)算公式可求出，若取C1=100pF，則L1≈10H。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整L1的圈數(shù)或C1的值。</p><p>　　電容C2、C3由反饋系數(shù) F 及電路條件C1<<C2，C1<<C3 所決定，若取C2=510 pF，由，則取 C3=3000 pF，取耦合電容 Cb=0.01F。</p><p>

38、　　本題給定變?nèi)荻O管的型號(hào)為2CC1C，已測量出其Cj-v 曲線如圖1所示。取變?nèi)莨莒o態(tài)反向偏壓VQ=－4V，由特性曲線可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容CQ=75pF。2CC1C屬于突變結(jié)，γ=0.5，圖4為變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路，接入系數(shù)p及回路總電容C∑分別為</p><p>　　為減小振蕩回路高頻電壓對變?nèi)莨艿挠绊懀?p應(yīng)取小，但p過小又會(huì)使頻偏達(dá)不到指標(biāo)要求。可以先取p=0.2，然后在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試。當(dāng)V

39、Q=－4V時(shí)，對應(yīng)CQ=75pF，則CC 18.8 pf 。取標(biāo)稱值20pF。</p><p>　　圖4.1交流等效電路圖</p><p>　　4.4計(jì)算調(diào)制信號(hào)的幅度</p><p>　　為達(dá)到最大頻偏△fm的要求，調(diào)制信號(hào)的幅度VΩm，可由下列關(guān)系式求出。</p><p>　　由Cj-v 曲線得變?nèi)莨?2CC1C 在VQ= – 4

40、V 處的斜率</p><p>　　PF/V,得調(diào)制信號(hào)的幅度</p><p>　　VΩm=ΔCj / kc= 0.92V。</p><p>　　調(diào)制靈敏度Sf 為KHz/V</p><p>　　5 仿真結(jié)果及分析 </p><p>　　5.1 輸入3kHz、振幅為10V的正弦波調(diào)制信號(hào)，仿真結(jié)果如下：<

41、/p><p>　　圖5.1 調(diào)制信號(hào)波形</p><p>　　5.2 輸出調(diào)頻波波形</p><p>　　圖5.2 已調(diào)信號(hào)波形</p><p>　　5.3 頻率計(jì)仿真結(jié)果</p><p>　　圖5.3 已調(diào)信號(hào)低頻率</p><p>　　圖5.4 已調(diào)信號(hào)高頻率</p>&l

42、t;p>　　由仿真結(jié)果可看出，已調(diào)信號(hào)的頻率隨著調(diào)制信號(hào)在4.767MHz~4.849MHz之間緩變，說明實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的調(diào)頻，只是變化幅度太小，看不出調(diào)頻波。</p><p><b>　　6 元器件清單</b></p><p><b>　　7 設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　通過本周的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到課本上的知

43、識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了思考和解決實(shí)際問題的能力。這次做課程設(shè)計(jì)，給我留下了很深的印象。上了三年大學(xué)，學(xué)了三年通信，發(fā)覺自己竟然連一只二極管還沒有學(xué)會(huì)?？磥碜鍪裁炊家凶犯蟮椎木?。不然什么都只是知道，卻什么都不精通，這是將來走上社會(huì)最忌諱的。雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到了知識(shí)和實(shí)踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識(shí)，才能有清晰的思路，

44、知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個(gè)問題。就以這次課程設(shè)計(jì)為例，剛拿到題目的時(shí)候，大致看一下要求，根據(jù)平時(shí)所學(xué)的知識(shí)，腦海中就立刻會(huì)想到應(yīng)該用到的元器件，然后再去圖書館去查這些元器件的資料，很快地初步方案以及大概的電路原理圖就出來了。但是，在具體的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎(chǔ)知識(shí)掌握得不牢固。所以，這次課程設(shè)計(jì)在讓我認(rèn)識(shí)了知識(shí)的重要性之外，更讓我明白了自己理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的欠缺。</p><

45、p>　　一周的課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但是在這期間所學(xué)的知識(shí)和老師的指導(dǎo)卻讓我難以忘記。</p><p><b>　　8 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1：李銀華電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京航空航天大學(xué)出版社2005.6</p><p>　　2：謝自美電子線路設(shè)計(jì)·試驗(yàn)·測試華中科技大學(xué)出版社2003</

46、p><p>　　3：張肅文高頻電子電路高等教育出版社2004.11</p><p>　　4：陽昌漢高頻電子電路哈爾濱工程大學(xué)出版社2001</p><p>　　4：張鳳言電子電路基礎(chǔ)高等教育出版社1995</p><p>　　5：陽昌漢高頻電子線路學(xué)習(xí)與解題指導(dǎo)哈爾濱工程大學(xué)出版 2004</p><p