1、 2014 2015學年 第 1 學期 高頻電子線路課程設計 題 目： 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設計 班 級： 12電子信息工程（2）班 姓 名： 指導教師： 電氣工程系 2014年12月6日1、任務書課題名稱變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設計指導教師（職稱） 執(zhí)行時間20122013學年第二學期 第 16 周學生姓名學號承擔任務整體布局設計以及排版調(diào)頻工作原理電路設計電路元器件參數(shù)設置提出問題整理資料原理圖繪制以及仿真 設計目的1原理分析及電路圖設計2用相關仿真軟件畫出電路并對電路進行分析與測試設計要求(1)輸入1KHz大小為200Mv的正弦電壓（也可以用1KHz的方波）；(2)主振頻率為f0大于

2、15MHz；(3）最大頻偏fm=20KHz。摘 要 調(diào)頻電路具有抗干擾性能強、聲音清晰等優(yōu)點，獲得了快速的發(fā)展。主要應用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙控。調(diào)頻電臺的頻帶通常大約是200250kHz，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308000Hz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3015000Hz，使音頻信號的頻譜分量更為豐富，聲音質(zhì)量大為提高。 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路是一種常用的直接調(diào)頻電路，廣泛應用于移動通信和自動頻率微調(diào)系統(tǒng)。其優(yōu)點是工作頻率高，固有損耗小且線路

3、簡單，能獲得較大的頻偏，其缺點是中心頻率穩(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，是一種較先進的頻率調(diào)制方案。 本課題載波由LC電容反饋三端振蕩器組成主振回路，振蕩頻率有電路電感和電容決定，當受調(diào)制信號控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率受調(diào)制信號的控制，從而實現(xiàn)調(diào)頻。關鍵字：變?nèi)荻O管；直接調(diào)頻；LC振蕩電路。目 錄第一章 設計思路1第二章 調(diào)頻電路工作原理22.1 間接調(diào)頻原理22.2 直接調(diào)頻原理22.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理2第三章 電路設計53.1 主振電路設計原理分析53.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設計原理分析6第四章 電

4、路元器件參數(shù)設置84.1 LC震蕩電路直流參數(shù)設置84.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設置84.3 T2管參數(shù)設置85.1 mulitisim11軟件介紹95.2 電路仿真9小結12附錄一 元器件清單13附錄二 參考文獻14 第一章 設計思路 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。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，當變?nèi)荻O管的結電容隨加到變?nèi)荻O管上的電壓變化時，由變?nèi)荻O管的結

5、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，就完成了調(diào)頻的功能，這也是變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理。第二章 調(diào)頻電路工作原理 頻率調(diào)制是對調(diào)制信號頻譜進行非線性頻率變換，而不是線性搬移，因而不能簡單地用乘法器和濾波器來實現(xiàn)。實現(xiàn)調(diào)頻的方法分為兩大類：直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法。 2.1 間接調(diào)頻原理 先將調(diào)制信號進行積分處理，然后用它控制載波的瞬時相位變化，從而實現(xiàn)間接控制載波的瞬時頻率變化的方法，稱為間接調(diào)頻法。 根據(jù)前述調(diào)頻與調(diào)相波之間的關系可知，調(diào)頻波可看成將調(diào)制信號積分后的調(diào)相波。 這樣，調(diào)相輸出的信號相對積分后的調(diào)制信號

6、而言是調(diào)相波，但對原調(diào)制信號而言則為調(diào)頻波。這種實現(xiàn)調(diào)相的電路獨立于高頻載波振蕩器以外，所以這種調(diào)頻波突出的優(yōu)點是載波中心頻率的穩(wěn)定性可以做得較高，但可能得到的最大頻偏較小。2.2 直接調(diào)頻原理 用調(diào)制信號直接控制振蕩器的瞬時頻率變化的方法稱為直接調(diào)頻法。如果受控振蕩器是產(chǎn)生正弦波的 LC 振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。將受到調(diào)制信號控制的可變電抗與諧振回路連接，就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，實現(xiàn)直接調(diào)頻。 可變電抗器件的種類很多，其中應用最廣的是變?nèi)荻O管。作為電壓控制的可變電容元件，它有工作頻率高、損耗小和使用方便等優(yōu)點。具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控

7、制的可變電感元件。此外，由場效應管或其它有源器件組成的電抗管電路，可以等效為可控電容或可控電感。 直接調(diào)頻法原理簡單，頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。在正弦振蕩器中，若使可控電抗器連接于晶體振蕩器中，可以提高頻率穩(wěn)定度，但頻偏減小。 2.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理 變?nèi)荻O管具有PN結，利用PN結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。 變?nèi)荻O管的結電容Cj，與在其而端所加反向電壓u之間存在著如下關系：（）式中，VB為PN結的勢壘位

8、差(硅管約為0.7V,鍺管約為0.3V)，Cj0為變?nèi)荻O管在零偏置時的結電容值，n為變?nèi)荻O管的結電容變化指數(shù)，它取決于PN結的雜質(zhì)分布規(guī)律：n=1/3對于緩變結，擴散型管多屬此種； n=1/2為突變結，合金型管屬于此類。采用特殊工藝制程的超突變結的n在15之間。 變?nèi)荻O管的結電容變化曲線如所示。圖2.1 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V(t)= Vcost，即（）將式（）帶入（），得式中，為靜態(tài)工作點的結電容，為反映結電容調(diào)深度的調(diào)制指數(shù)。結電容在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波振蕩器的振蕩

9、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處，曲線的斜率為。第三章 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)頻電路構成，電路如圖所示。 圖 3.1 總體電路圖 3.1 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、Cbe、Ccb這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的

10、影響，要求C9C7,C10C7，且C7越小，這種影響就越小，回路的標準性也就越高。則回路的諧振頻率是 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T2管的靜態(tài)工作點，C7、C9、C10以及L4、CC1、C8構成LC振蕩電路。電容三點式振蕩器電路等效

11、電路如下圖所示。 圖3.2 電容三點式振蕩器等效電路3.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設計原理分析 圖3.1中，直接調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管(Bb910)D1，耦合電容C1、C3、C82，偏置電阻R1、R2，隔離電阻R3和電位器W1構成。接入系數(shù)，（C3由不同電容值的電容代替，保證接入系數(shù)不同）其中等效電路圖如下圖所示。圖3.3 變?nèi)荻O管部分接入等效圖 無調(diào)制時，諧振回路的總電容為： 式中，（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管結電容。 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VQ，調(diào)制信號v經(jīng)C82和高頻扼流圈

12、L1加到二極管上。為了使VQ和v能有效的加到變?nèi)莨苌?，而不至于被振蕩回路中L4所短路，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V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。從端口通過C82輸入，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和v可

13、以有效的加到變?nèi)莨苌希皇苷袷幓芈返挠绊?，等效電路如下右圖所示。 圖3.4 高頻通路 圖3.5 直流和調(diào)制頻率通路第四章 電路元器件參數(shù)設置4.1 LC震蕩電路直流參數(shù)設置 ICQ一般為14mA。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。 取ICQ1=2mA。取VCEQ1=（1/2）VCC=6V?？梢郧蟪鯮4+R5=3K，取R4=2K，R5=1K；=60，IBQ=IBQ，為使減小IBQ對偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)效果的影響，取R6和R7上流過的電流IBIBQ，取R6=15K，R7=8.2K，W2的可調(diào)最大阻值為20K。實驗實際測得T1管Vc1=7.8V，Vce1=5.6V，Vbe=0

14、.64V，基本接近理論值。4.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設置由LC震蕩頻率的計算公式可求出 若取，本次實驗中可調(diào)電容CC1規(guī)格為5120pF，計算時取5pF，C7=24pF。L41.2H。實驗中可適當調(diào)整CC1的值。電容C9、C10由反饋系數(shù) F 及電路條件C7C9，C7R2，R3R1，以減小調(diào)制信號V對VQ的影響。取 R2=3.9k ，隔離電阻R3=180k，R1=20K。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。4.3 T2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

15、=1.5K，實驗實測得R8與R9間節(jié)點對地電壓為6.4V,Ve2=5.69V,則Vbe20.7V，基本符合理論值。取耦合電容C12=33pF，C13=0.01uF第五章 電路仿真5.1 mulitisim11軟件介紹 Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。5.2 電路仿真在mulitisim中連接測試電路，按下仿真開始按鈕，開始仿真