高頻電子線路課程設(shè)計-高頻信號調(diào)頻調(diào)制.doc

高頻電子線路調(diào)頻設(shè)計目 錄1.緒論- 1 -1.1選題背景及意義- 1 -1.2設(shè)計流程- 1 -2.調(diào)頻設(shè)計方案- 2 -2.1產(chǎn)生調(diào)頻信號的電路要求- 2 -2.2產(chǎn)生調(diào)頻的方法- 2 -2.3調(diào)頻的方法分析- 2 -3.調(diào)頻電路設(shè)計原理分析- 2 -3.1fm調(diào)制原理- 2 -3.2變?nèi)荻O管直接頻率調(diào)制的原理- 3 -3.3調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式- 4 -4.主要性能參數(shù)及其測試方法- 5 -4.1主振頻率- 5 -4.2頻率穩(wěn)定度- 5 -4.3最大頻偏- 6 -4.4頻率調(diào)制靈敏度的估測- 6 -5.調(diào)頻原理圖- 7 -5.1調(diào)頻電路圖- 7 -5.2輸入波形（xsc2的波形）- 8 -5.3調(diào)頻后波形（xsc1的波形）- 8 -5.4 混合圖- 9 -6.仿真軟件：multisim軟件- 9 -6.1元器件清單：- 9 -7.設(shè)計體會- 10 -8.參考文獻(xiàn)- 10 -附錄 總電路圖設(shè)計- 11 -高頻電子線路調(diào)頻設(shè)計1.緒論實現(xiàn)調(diào)頻的方法很多，大致可分為兩類，一類是直接調(diào)頻，另一類是間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是用調(diào)制信號電壓直接去控制自激振蕩器的振蕩頻率（實質(zhì)上是改變振蕩器的定頻元件），變?nèi)荻O管調(diào)頻便屬于此類。間接調(diào)頻則是利用頻率和相位之間的關(guān)系，將調(diào)制信號進(jìn)行適當(dāng)處理（如積分）后，再對高頻振蕩進(jìn)行調(diào)相，以達(dá)到調(diào)頻的目的。兩種調(diào)頻法各有優(yōu)缺點。直接調(diào)頻的穩(wěn)定性較差，但得到的頻偏大，線路簡單，故應(yīng)用較廣；間接調(diào)頻穩(wěn)定性較高，但不易獲得較大的頻偏。考慮到電路的復(fù)雜度故采用直接調(diào)頻的方案。1.1選題背景及意義要使信號的能量以電場和磁場的形式向空中發(fā)射出去傳向遠(yuǎn)方，需要較高的振蕩頻率方能使電場和磁場迅速變化；同時信號的波長要與天線的長度相匹配。語言或音樂信號的頻率太低，無法產(chǎn)生迅速變化的電場和磁場；相應(yīng)地，它們的波長又太大，即使選用它的最高頻率 20000hz 來計算，其波長仍為 15000m ，實際上是不可能架設(shè)這么長的天線的?？磥硪研盘杺鬟f出去，必須提高頻率，縮短波長。可是超過 20khz 的高頻信號，人耳就聽不見了。為了解決這個矛盾，只有采用把音頻信號“搭乘”在高頻載波上，也就是調(diào)制，借助于高頻電磁波將低頻信號發(fā)射出去，傳向遠(yuǎn)方。調(diào)頻發(fā)射機(jī)作為一種簡單的通信工具，由于它不需要中轉(zhuǎn)站和地面交換機(jī)站支持，就可以進(jìn)行有效的移動通信，因此深受人們的歡迎。目前它廣泛的用于生產(chǎn)、保安、野外工程等領(lǐng)域的小范圍移動通信工程中。1.2設(shè)計流程提出設(shè)計指標(biāo)擬定電路方案設(shè)定器件參數(shù)電路安裝和調(diào)試結(jié)果測量指標(biāo)滿足要求電路設(shè)計結(jié)束y修改電路方案修改電路參數(shù)是否要修改電路方案ynn2.調(diào)頻設(shè)計方案2.1產(chǎn)生調(diào)頻信號的電路要求 已調(diào)波的瞬時頻率與調(diào)制信號成比例變化。 未調(diào)制時的載波頻率即已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度。 最大頻偏與調(diào)制頻率無關(guān)。 無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡量小。2.2產(chǎn)生調(diào)頻的方法 用調(diào)制信號直接控制載波的瞬時頻率直接調(diào)頻。 先將調(diào)制信號積分，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。2.3調(diào)頻的方法分析變?nèi)荻O管調(diào)頻的主要優(yōu)點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，其主要缺點是中心頻率的穩(wěn)定度低。在滿足設(shè)計的各項參數(shù)的基礎(chǔ)上盡量簡化電路。因此本次課程設(shè)計采用2cc1c變?nèi)荻O管進(jìn)行直接調(diào)頻電路設(shè)計。3.調(diào)頻電路設(shè)計原理分析3.1fm調(diào)制原理fm調(diào)制是靠信號使頻率發(fā)生變化，振幅可保持一定，所以噪聲成分易消除。設(shè)載波,調(diào)制波?；颍藭r的頻率偏移量f為最大頻率偏移。最后得到的被調(diào)制波 , v m 隨vs的變化而變化。為調(diào)制系數(shù)3.2變?nèi)荻O管直接頻率調(diào)制的原理圖 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻示意圖變?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，它的結(jié)電容cj與反向電壓vr存在如下關(guān)系：式中，vd為pn結(jié)的勢壘電壓（內(nèi)建電勢差），cj0為vr為0時的結(jié)電容，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)，=1/3；突變結(jié)：=1/2;對于超突變結(jié)，=14，最大可達(dá)6以上。圖：用調(diào)制信號控制變?nèi)荻O管結(jié)電容圖變?nèi)荻O管的cj-v特性曲線如圖所示。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。結(jié)電容在vr(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波振蕩器的振蕩回路，則振蕩回路的頻率已收到調(diào)制信號的控制。適當(dāng)選擇調(diào)頻二極管的特性和工作狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了調(diào)頻。設(shè)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3.3調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)未調(diào)高頻載波為一簡諧振蕩，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 v (t)= v cos q (t)= v cos( w 0 t+ q 0 ) (1-1) 式中， q 0 為載波初相角； w 0 是載波的角頻率， q (t) 為載波振蕩的瞬時相位。 當(dāng)沒有調(diào)制時， v (t) 就是載波振蕩電壓，其角頻率 w0 和初相角 q 0 都是常數(shù)。 調(diào)頻時，在式 (1-1) 中，高頻正弦載波的角頻率不再是常數(shù) w 0 ，而是隨調(diào)制信號變化的量。即調(diào)頻波的瞬時角頻率 w (t) 為 w (t)= w 0 +k f v w (t)= w 0 + d w (t) 式中 k f 為比例常數(shù)，即單位調(diào)制信號電壓引起的角頻率變化，單位為 rad/s v 。此時調(diào)頻波的瞬時相角 q (t) 為 調(diào)頻波的相關(guān)表達(dá)式數(shù)學(xué)表達(dá)式 瞬時頻率 w 0 t+k f v w (t) 瞬時相位 最大頻偏 d w m =k f 調(diào)制指數(shù) m f =k f 下圖畫出了調(diào)頻波瞬時頻率、瞬時相位隨調(diào)制信號 ( 單音信號 ) 變化的波形圖以及調(diào)頻波的波形圖。 (a) 為調(diào)制信號 vw，圖 (b) 為調(diào)頻波，當(dāng)為vw波峰時，頻率 w o + d wm 為最大；當(dāng)vw為波谷時，頻率 w o dwm 為最小。圖 (c) 為瞬時頻率的形式，是在載頻的基礎(chǔ)上疊加了隨調(diào)制信號變化的部分。圖 (d) 為調(diào)頻時引起的附加相位偏移的瞬時值，由上式可知， d q (t) 與調(diào)制信號相差 90 。由圖可知，調(diào)頻波的瞬時頻率隨調(diào)制信號成線性變化，而瞬時相位隨調(diào)制信號的積分線性變化。4.主要性能參數(shù)及其測試方法4.1主振頻率 lc振蕩器的輸出頻率稱為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計測量回路的諧振頻率，高頻電壓表測量諧振電壓vo，示波器監(jiān)視振蕩波形。由于數(shù)字頻率計的輸入阻抗較低，所以要接入電容，一般取等于幾十皮法。4.2頻率穩(wěn)定度主振頻率的相對穩(wěn)定度用頻率穩(wěn)定度 /表示。雖然調(diào)頻信號的瞬時頻率隨調(diào)制信號的改變而改變，但這種變化時以穩(wěn)定的載頻為基準(zhǔn)的。若載頻不穩(wěn)，則調(diào)制信號的頻譜有可能落到接收機(jī)通帶之外。因此，對于調(diào)頻電路，不僅要滿足一定頻偏要求，而且振蕩頻率必須保持足夠高的頻率穩(wěn)定度。測量頻率穩(wěn)定度的方法是，在一定的時間范圍（如1小時）內(nèi)或溫度范圍內(nèi)每隔幾分鐘讀一個頻率值，然后取其范圍內(nèi)的最大值fmax與最小值fmin，則穩(wěn)定度： /每小時4.3最大頻偏指在一定的調(diào)制電壓的作用下所能達(dá)到的最大頻偏偏移值fm。將fm/成為相對頻偏。用于調(diào)頻廣播、電視伴音、移動式電臺等的相對頻偏較小，一般fm/,頻偏fm在50khz-75khz之內(nèi)。其調(diào)頻的最大頻偏的公式： wm=max4.4頻率調(diào)制靈敏度的估測頻率調(diào)制靈敏度指單位調(diào)制電壓所引起的頻偏。若調(diào)頻電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，則頻率調(diào)制靈敏度為： 根據(jù) 可知，當(dāng)電容變化c時，頻率變化量為 （4-1）若定義變?nèi)萜髟陟o態(tài)工作點處v特性曲線的斜率為： （4-2）以調(diào)制信號電壓幅度代替，則 （4-3）將（4-1）代入（4-2），則得： 因此， （4-4）將（4-3）代入（4-4），得 （4-5）可見，由測得的v曲線，求出處的斜率，既可由（4-5）式計算出頻率調(diào)制靈敏度。5.調(diào)頻原理圖5.1調(diào)頻電路圖5.2輸入波形（xsc2的波形）5.3調(diào)頻后波形（xsc1的波形）5.4 混合圖6.仿真軟件：multisim軟件6.1元器件清單：電阻、電容、電感、交流電、變?nèi)荻O管、三極管、示波器、直流電源。7.設(shè)計體會通過本周的課程設(shè)計，我認(rèn)識到課本上的知識的實際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了思考和解決實際問題的能力。這次做課程設(shè)計，給我留下了很深的印象。做什么都要有追根求底的精神。不然什么都只是知道，卻什么都不精通，這是將來走上社會最忌諱的。雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。這次課程設(shè)計讓我認(rèn)識到了知識和實踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個問題。就以這次課程設(shè)計為例，剛拿到題目的時候，大致看一下要求，根據(jù)平時所學(xué)的知識，腦海中就立刻會想到應(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)計上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎(chǔ)知識掌握得不牢固。所以，這次課程設(shè)計在讓我認(rèn)識了知識的重要性之外，更讓我明白了自己理論知識和實踐知識的欠缺。