_南華大學《通信線路》設計報告變?nèi)荻O管調(diào)頻電路設計姓名：王佳杰學號：20114400218專業(yè)班級：通信1102班指導老師：鄧賢君所在學院：電氣工程學院2014年6月12日_摘要隨著電子與通信技術的不斷進步，各種新興電子產(chǎn)品的開發(fā)速度越來越快?，F(xiàn)代計算機技術和微電子技術的進一步結(jié)合和發(fā)展使得電子電路和通信線路出現(xiàn)了二個分支。一個是朝著更高集成度的集成電路發(fā)展：而另一個是利用分立元件和硬件描述語言對新型器件進行專門設計。謝謝閱讀調(diào)頻廣播具有抗干擾性能強、聲音清晰等優(yōu)點，獲得了快速的發(fā)展。調(diào)頻電臺的頻帶通常大約是200～250kHz，其頻帶寬度是調(diào)幅電臺的數(shù)十倍，便于傳送高保真立體聲信號。由于調(diào)幅波受到頻帶寬度的限制，在接收機中存在著通帶寬度與干擾的矛盾，因此音頻信號的頻率局限于30～8000Hz的范圍內(nèi)。在調(diào)頻時，可以將音頻信號的頻率范圍擴大至30～15000Hz，使音頻信號的頻譜分量更為豐富，聲音質(zhì)量大為提高。精品文檔放心下載目前，應用最廣泛的是采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻技術，即利用二極管反偏工作的PN結(jié)呈現(xiàn)的勢壘電容，它與回路中的電感共同構(gòu)成振蕩器的振蕩回路，從而作為振蕩謝謝閱讀頻率直接調(diào)頻電路。它具有工作頻率高、固有損耗小和使用方便等優(yōu)點。感謝閱讀變?nèi)荻O管為特殊二極管的一種。當外加順向偏壓時，有大量電流產(chǎn)生，PN（正負極）接面的耗盡區(qū)變窄，電容變大，產(chǎn)生擴散電容效應；當外加反向偏壓精品文檔放心下載時，則會產(chǎn)生過渡電容效應。但因加順向偏壓時會有漏電流的產(chǎn)生，所以在應用上均供給反向偏壓。精品文檔放心下載在變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路中，變?nèi)荻O管作為一壓控電容接入到諧振回路中，有所學的正弦波振蕩器章節(jié)中，我們知道振蕩器的振蕩頻率由諧振回路的諧謝謝閱讀_振頻率決定。因此，當變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨加到變?nèi)荻O管上的電壓變化時，謝謝閱讀由變?nèi)荻O管的結(jié)電容和其他回路元件決定的諧振回路的諧振頻率也就隨之變謝謝閱讀化，若此時諧振回路的諧振頻率與加到變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號呈線性關系，就感謝閱讀完成了調(diào)頻的功能，這也是變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理。目錄1系統(tǒng)方案論證 51.1電路設計原理 51.2電路的設計方案 51.3電路設計 51.4主振電路設計原理分析 71.5變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設計原理分析 71.6調(diào)頻信號分析 91.7變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 102電路工作分析 112.1諧振回路總電容 112.2調(diào)制靈敏度 11_3電路元器件參數(shù)................................................................................123.1振蕩回路參數(shù)LC......................................................................123.2溫度補償法...............................................................................123.3回路電阻..................................................................................................123.4加緩沖級..................................................................................................123.5有源器件的參數(shù).....................................................................................134電路元器件參數(shù)設置.......................................................................................134.1LC震蕩電路直流參數(shù)設置....................................................................134.2變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設置.....................................................................134.3T2管參數(shù)設置........................................................................................124.4調(diào)制信號的幅度計算..........................................................................1545元器件清單........................................................................................................146電路仿真結(jié)果....................................................................................................147課程設計心得與體會.......................................................................................148主要參考文獻....................................................................................................14附件1電路仿真原理圖......................................................................................14附件2PCB圖.......................................................................................................14_1.系統(tǒng)方案論證1.1電路設計原理變?nèi)荻O管為特殊二極管的一種。當外加順向偏壓時，有大量電流產(chǎn)生， PN謝謝閱讀（正負極）接面的耗盡區(qū)變窄，電容變大，產(chǎn)生擴散電容效應；當外加反向偏壓感謝閱讀時，則會產(chǎn)生過渡電容效應。但因加順向偏壓時會有漏電流的產(chǎn)生，所以在應用謝謝閱讀上均供給反向偏壓。在變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路中，變?nèi)荻O管作為一壓控電容接入到諧振回路中，精品文檔放心下載有所學的正弦波振蕩器章節(jié)中，我們知道振蕩器的振蕩頻率由諧振回路的諧振頻精品文檔放心下載率決定。因此，當變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨加到變?nèi)荻O管上的電壓變化時，由變謝謝閱讀容二極管的結(jié)電容和其他回路元件決定的諧振回路的諧振頻率也就隨之變化，若精品文檔放心下載此時諧振回路的諧振頻率與加到變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號呈線性關系，就完成了感謝閱讀調(diào)頻的功能，這也是變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理。_1.2電路的設計方案變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路由于變?nèi)荻O管的電容變化范圍大，因而工作頻率變化就謝謝閱讀大，可以得到較大的頻偏，且調(diào)制靈敏度高、固有損耗小、使用方便、構(gòu)成的調(diào)頻器電謝謝閱讀路簡單。因而變?nèi)荻O管直接調(diào)管頻器是一種應用非常廣泛的調(diào)頻電路。感謝閱讀1.3電路設計變?nèi)荻O管調(diào)頻電路主要是由主振電路和變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路構(gòu)成，電路如圖精品文檔放心下載所示。不加調(diào)制信號_加入調(diào)制信號1.4主振電路設計原理分析端口通過濾直電容C82輸入頻率為1KHz大小為200mv的調(diào)制信號，并且頻率由零慢慢增大，端口12輸出調(diào)頻信號。T1,T2為3DG12C三極管，C9、C10、C7、L4、CC1、C8為主振回路，D1為Bb910變?nèi)荻O管。為了減小三極管的極間電容Cce、感謝閱讀Cbe、Ccb這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，要求C9>C7,C10>C7，且C7越小，這精品文檔放心下載種影響就越小，回路的標準性也就越高。則回路的諧振頻率是謝謝閱讀1fo 2πLC本電路采用常見的電容三點式振蕩電路實現(xiàn)LC振蕩，簡便易行。式中，L為LC振蕩電路的總電感量，C為振蕩電路中的總電容，主要取決于C3、C7、C8、Cc1及變?nèi)荻O管反偏時的結(jié)電容Cj。，變?nèi)荻O管電容Cj作為組成LC振蕩電路的一部分，電容值會隨加在其而端的電壓的變化而變化，從而達到變頻的目的。R4、R5、R6、R7和感謝閱讀_W2調(diào)節(jié)并設置電容三點式振蕩器中T1管的靜態(tài)工作點，R8、R9、R10調(diào)節(jié)并設置精品文檔放心下載T2管的靜態(tài)工作點，C7、C9、C10以及L4、CC1、C8構(gòu)成LC振蕩電路。電容三點謝謝閱讀式振蕩器電路等效電路如下圖所示。7 L1.2uHT311C9100pF 3DG12C6C10330pF電容三點式振蕩器等效電路1.5變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設計原理分析1.1中，直接調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管(Bb910)D1，耦合電容C1、C3、C82，偏謝謝閱讀C，（C3由不同置電阻R1、R2，隔離電阻R3和電位器W1構(gòu)成。接入系數(shù)p3CCj3電容值的電容代替，保證接入系數(shù)不同）其中等效電路圖如下圖所示。C31 2CaL CJ3變?nèi)荻O管部分接入等效圖_CCCQCa3Q無調(diào)制時，諧振回路的總電容為：CC3Q式中CaC8CC1C7，（由于C9和C10電容值遠大于C7,C9和C10可串聯(lián)忽略）CQ為靜態(tài)工作點是所對應的變?nèi)荻O管結(jié)電容。精品文檔放心下載調(diào)頻電路中，R1、R2、R3和W1調(diào)節(jié)并設置變?nèi)荻O管的反偏工作點電壓V，調(diào)制感謝閱讀Q，信號vΩ經(jīng)C82和高頻扼流圈L1加到二極管上。為了使VQ和vΩ能有效的加到變?nèi)莨苌希兄x閱讀而不至于被振蕩回路中L4所短路，須在變?nèi)莨芎蚅4之間接入隔直流電容C3，要求它對高頻接近短路，而對調(diào)制頻率接近開路。C1為高頻濾波電容，要求它對高頻的容抗很小，近似短路，而對調(diào)制頻率的容抗很大，近似開路。信號VΩ從端口通過C82輸入，精品文檔放心下載C82為隔直電容，濾除輸入信號中摻雜的直流成分。電感L1為高頻扼流圈，要求它對高頻的感抗很大，近似開路，而對直流和調(diào)制頻率近似短路。對高頻而言，L1相當于斷路，C3相當于短路，因而C3和二極管D1接入LC振蕩電路，并組成振蕩器中的電抗分量，等效電路如下左圖所示。對直流和調(diào)制頻率而言，由于C3的阻斷，因而VQ感謝閱讀和vΩ可以有效的加到變?nèi)莨苌?，不受振蕩回路的影響，等效電路如下右圖所示。感謝閱讀C311 2VQCaD12L CJVΩ33高頻通路 直流和調(diào)制頻率通路_1.6調(diào)頻信號分析FM調(diào)制是靠調(diào)頻使信號頻率發(fā)生變化，振幅可保持不變，所以噪聲易消除。精品文檔放心下載設載波VcVcmcoswct,調(diào)制波VsVsmcoswst。感謝閱讀wmwcwcoswst或fmfcfcos2fst，此時的頻率偏移量謝謝閱讀△f為最大頻率偏移。最后得到的被調(diào)制波VmVcmsinm,Vm隨Vs的變化而變化。謝謝閱讀twdtwt(w/w)sinwt謝謝閱讀m0mcssVVsinmcmmVsin[wt(w/w)sinwt]謝謝閱讀cm c s sVsin(wtmsinwt)cm c smwfws fs為調(diào)制系數(shù)1.7變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路變?nèi)荻O管具有PN結(jié)，利用PN結(jié)反向偏置時勢壘電容隨外加反向偏壓變化的機理，在制作半導體二極管的工藝上進行特殊處理，以控制半導體的摻雜濃度和摻雜分布，可以使二極管的勢壘電容靈敏地隨反偏電壓變化且呈現(xiàn)較大的變化，這樣就制作成了變?nèi)荻O管。感謝閱讀變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj，與在其而端所加反向電壓u之間存在著如下關系：謝謝閱讀CjCj………（Ⅰ）0un1VB式中，VB為PN結(jié)的勢壘位差(硅管約為0.7V,鍺管約為0.3V)，Cj0為變?nèi)荻O管在零偏感謝閱讀置時的結(jié)電容值，n為變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化指數(shù)，它取決于PN結(jié)的雜質(zhì)分布規(guī)律：感謝閱讀_n=1/3對于緩變結(jié)，擴散型管多屬此種；n=1/2為突變結(jié)，合金型管屬于此類。采用謝謝閱讀特殊工藝制程的超突變結(jié)的n在1～5之間。變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化曲線如所示。變?nèi)荻O管的Cj-u特性曲線加到變?nèi)荻O管上的反向電壓包括直流偏壓V0和調(diào)制信號電壓VΩ(t)=VΩcosΩt，即謝謝閱讀uVVVVcosΩt……（Ⅱ）QΩQΩm將式（Ⅱ）帶入（Ⅰ），得CjCj01VcosΩtnQVBCj101VnVnQmcosΩtVΩV1VBQBCj1mcosΩtnQ式中，CjQCjnVVV0V為靜態(tài)工作點的結(jié)電容，mΩmVmV為反1QVQBQB映結(jié)電容調(diào)深度的調(diào)制指數(shù)。_結(jié)電容在u(t)的控制下隨時間的變化而變化。把受到調(diào)制信號控制的變?nèi)荻壒芙尤胼d謝謝閱讀波振蕩器的振蕩回路，則振蕩回路的頻率已收到調(diào)制信號的控制。適當選擇調(diào)頻二極管精品文檔放心下載的特性和工作狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了調(diào)頻。設電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點Q精品文檔放心下載處，曲線的斜率為kC CV。2電路工作分析2.1諧振回路總電容CaC3CjC3Cj回路總電容變化量Cp2C j2.2調(diào)制靈敏度單位調(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，即謝謝閱讀Sf=△fm/VΩmVΩm為調(diào)制信號的幅度；△fm為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化△Cj時引起的最大頻偏。精品文檔放心下載在頻偏較小時，△fm與△C∑的關系可采用下面近似公式，即感謝閱讀f1Cmo Q調(diào)制靈敏度SffCoQΩm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計算。Sf越大，說感謝閱讀_明調(diào)制信號的控制作用越強，產(chǎn)生的頻偏越大。改變CC1的值可以使變?nèi)荻O管的工作點調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。精品文檔放心下載電路元器件參數(shù)3.1震蕩回路參數(shù)LC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，首先就應選取標準性高的，不易發(fā)生機械變形的元件；其次，應盡量維持振蕩器的環(huán)境溫度的恒定，因為當溫度變化時，不僅會使LC的數(shù)值發(fā)生變化，而且會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。感謝閱讀3.2溫度補償法使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，：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。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，若選用合適的負溫度系數(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。這就是溫度補償法。謝謝閱讀3.3回路電阻r的大小是由振蕩器的負載決定的，負載重時，r大，負載輕時r小，當負載變化時，振蕩頻率也隨之變化。為了減小r的影響盡量使負載小且穩(wěn)定，r越小，回路的Q值越高，頻率的穩(wěn)定度也越高，精品文檔放心下載3.4加緩沖級_為了減弱后級電路對主振器的影響，可在主振器后面加入緩沖級。所謂緩沖級，就感謝閱讀是實際上是一級不需要推動功率的放大器（工作于甲類）。感謝閱讀3.5 有源器件的參數(shù)晶體管為有源器件時，若他的工作狀態(tài)（電源電壓或周圍溫度等）有所改變，則晶謝謝閱讀體管的h參數(shù)會發(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，應該精品文檔放心下載采用穩(wěn)壓電源，和恒溫措施。4.電路元器件參數(shù)設置4.1LC震蕩電路直流參數(shù)設置ICQ一般為1～4mA。若ICQ偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重，頻率穩(wěn)定性變差。感謝閱讀ICQ1=2mA。取VCEQ1=（1/2）VCC=1.25V?？梢郧蟪鯮11+R4=625Ω，取精品文檔放心下載R11=200Ω，R4=100Ω；β=60，IBQ=β×IBQ，為使減小IBQ對偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)謝謝閱讀效果的影響，取R6和R7上流過的電流IB>>IBQ，取R6=15KΩ，R7=8.2KΩ，W2的可調(diào)最大阻值為20K。感謝閱讀4.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設置LC震蕩頻率的計算公式可求出f021LC，若取C=CaC8CC1C7，本次實驗中可調(diào)電容CC1規(guī)格為5～120pF，計算時取5pF，C7=24pF。L4≈1.2H。實感謝閱讀驗中可適當調(diào)整CC1的值。電容C9、C10由反饋系數(shù)F及電路條件C7<<C9，謝謝閱讀C7<<C10所決定，若取C9=100pF，由FC2/C31/8~1/2，則取C10=330pF，精品文檔放心下載取耦合電容C1=4.7F，C14=0.1uF。圖1.3為變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電感謝閱讀_路，接入系數(shù)p及回路總電容C∑分別為pCCC3Cj33為減小振蕩回路高頻電壓對變?nèi)莨艿挠绊?，p應取小，但p過小又會使頻偏達不到指標要求?？梢韵热=0.2，然后在實驗中調(diào)試。取C3=30pF，C82=330pF，電位器W1規(guī)格為5K。R1與R2為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時的反向直流偏置電壓VQ，電阻R3精品文檔放心下載稱為隔離電阻，常取 R3>>R2，R3>>R1，以減小調(diào)制信號VΩ對VQ的影響。取感謝閱讀R2=3.9k，隔離電阻R3=180kΩ，R1=20KΩ。實際調(diào)試時，L1用1.2uH代替，測得C3與L1之間節(jié)點對地電壓為0.5V,較理論值偏小。R1與R2之間節(jié)點對地電壓為2.7V。感謝閱讀4.3T2管參數(shù)設置對輸出電路，為保證T2管正常工作，可取R8=8.2K，R9=10K，R10=1.5K。取耦合電容C12=33pF，C13=0.01uF謝謝閱讀4.4調(diào)制信號的幅度計算為達到最大頻偏△fm的要求，調(diào)頻信號的主振頻率和最大頻偏△fm，可由下列關系精品文檔放心下載式求出。f12LCCfm2foCQ計算以上各式可得fo≈12MHz，△f