調頻課設報告

1、專業(yè)選修課3：實踐案例教學實驗3：調頻器的設計班 級_姓 名_學 號_指 導 教 師_ _目 錄緒論2一、調頻電路介紹31.1、直接調頻41.2、間接調頻4二、設計任務與要求4三、設計方案5四、設計內容64.1、電路工作原理64.2、各級電路設計8五、數(shù)據(jù)計算9六、實驗心得11緒論社會發(fā)展到今天，現(xiàn)代化的通訊工具在我們的生活中顯得越來越重要。發(fā)射機的功能是將原始信號調制成頻率攜帶消息的信號，該過程稱作調制過程，實現(xiàn)這一功能的電路稱作調頻電路。 調頻電路是使受調波的瞬時頻率隨調制信號而變化的電路。調頻器分為直接調頻和間接調頻兩類。直接調頻是用調制信號直接控制自激振蕩器的電路參數(shù)或工作狀

2、態(tài)，使其振蕩頻率受到調制，變容二極管調頻、電抗管調頻和張弛調頻振蕩器等屬于這一類。在微波波段常用速調管作為調頻器件。間接調頻是用積分電路對調制信號積分，使其輸出幅度與調制角頻率成反比，再對調相器進行調相，這時調相器的輸出就是所需的調頻信號。間接調頻的優(yōu)點是載波頻率比較穩(wěn)定，但電路較復雜，頻移小，且寄生調幅較大，通常需多次倍頻使頻移增加。對調頻器的基本要求是調頻頻移大，調頻特性好，寄生調幅小。調頻器廣泛用于調頻廣播、電視伴音、微波通信、鎖相電路和掃頻儀等電子設備。調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。調頻電臺的頻帶通常大約是200250kHz，其頻帶寬度是調幅電臺的數(shù)十倍，

3、便于傳送高保真立體聲信號。由于調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。在調頻時，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，聲音質量大為提高。 許多中小功率的調頻發(fā)射機都采用變容二極管直接調頻技術，即在工作于發(fā)射載頻的LC振蕩回路上直接調頻，采用晶體振蕩器和鎖相環(huán)路來穩(wěn)定中心頻率。較之中頻調制和倍頻方法，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制方案。  因此，對于調頻電路的研究、設計，具有重大的意義。此次通信電子線路的課程設計

4、要求設計出具有一定實用價值的調頻器，以實現(xiàn)對音頻信號的頻率調制，具有一定的現(xiàn)實意義。1.調頻電路介紹實現(xiàn)調頻的方法很多，大致可分為兩類，一類是直接調頻，另一類是間接調頻。直接調頻是用調制信號電壓直接去控制自激振蕩器的振蕩頻率（實質上是改變振蕩器的定頻元件），變容二極管調頻便屬于此類。間接調頻則是利用頻率和相位之間的關系，將調制信號進行適當處理（如積分）后，再對高頻振蕩進行調相，以達到調頻的目的。兩種調頻法各有優(yōu)缺點。直接調頻的穩(wěn)定性較差，但得到的頻偏大，線路簡單，故應用較廣；間接調頻穩(wěn)定性較高，但不易獲得較大的頻偏。    常用的變容二極管直接調頻電路如

5、圖Z0916（a）所示。    圖中D為變容二極管，C2、L1、和C3組成低通濾濾器，以保證調制信號順利加到調頻級上，同時也防止調制信號影響高頻振蕩回路，或高頻信號反串入調制信號電路中。調制級本身由兩組電源供電。    對高頻振蕩信號來說，L1可看作開路，電源EB的交流電位為零，R1與C3并聯(lián)；如果將隔直電容C4近似看作短路， R2看作開路，則可得到圖（b）所示的高頻等效電路。不難看出，它是一個電感三點式振蕩電路。變容二極管D的結電容Cj，充當了振蕩回路中的電抗元件之一。所以振蕩頻率取決于電感L2和變容二極管的結電

6、容Cj的值， 。    變容二極管的正極直流接地（L2對直流可視為短路），負極通過R1接+EB，使變容二極管獲得一固定的反偏壓，這一反偏壓的大小與穩(wěn)定，對調頻信號的線性和中心頻率的穩(wěn)定性及精度，起著決定性作用。    對調制信號來說，L2可視為短路，調制信號通過隔直流電容C1和L1加到變容二極管D的負極，因此，當調制信號為正半周時，變容二極管的反偏電壓增加，其結電容減小，使振蕩頻率變高；調制信號為負半周時，變容二極管的反偏壓減小，其結電容增大，使振蕩頻率變低。    由上可見

7、，變容二極管調頻的原理是，用調制信號去改變加在變容二極管上的反偏壓，以改變其結電容的大小，從而改變高頻振蕩頻率的大小，達到調頻的目的。由變容二極管結電容Cj變化實現(xiàn)調頻的波形示意圖如圖Z0917所示。1.1直接調頻調頻信號的基本特點是它的瞬時頻率按調制信號規(guī)律變化，因而，一種最容易想到的方法就是用調制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其不失真地反映調制信號的變化規(guī)律。通常將這種直接調變振蕩器頻率的方法稱為直接調頻法。采取這種方法時，被控的振蕩器可以是產(chǎn)生正弦波的LC振蕩器和晶體振蕩器，也可以是產(chǎn)生非正弦波的張弛振蕩器。前者產(chǎn)生調頻正弦波，后者產(chǎn)生調頻非正弦波（例如調頻方波，調頻三角波等），如果需

8、要，可通過濾波等方法將調頻非正弦波變換為調頻正弦波。    1.2間接調頻間接調頻的優(yōu)點是載波頻率比較穩(wěn)定，但較于直接調頻，電路較復雜，頻移小，且寄生調幅較大，通常需多次倍頻使頻移增加。對調頻器的基本要求是調頻頻移大，調頻特性好，寄生調幅小。2 .設計任務與要求若要設計一套調頻單路無線電話發(fā)射機，其方框圖如下圖所示：功放緩沖級音 頻放大器本振混頻放大級調頻器音頻信號其中虛線框內的調頻器是很重要的一部分，根據(jù)整機總體設計的要求，有如下設計指標: 1、中心頻率16.5 MHz ; 2、頻率不穩(wěn)定度（包括不準確度）± 350 KHz ; 3、輸出電平

9、：大于100 mv (在75阻抗上) ; 4、輸出阻抗：75（不對稱）; 5、輸出音頻調制信號電平可變，輸入阻抗75（不對稱）; 6、輸出音頻電平為100 mv時，產(chǎn)生頻偏±50KHz，并有±20 %的可調范圍 ; 7、輸出信號寄生調幅度不超過5% ; 8、電源供給-12V，電流小于30 mA ;3.設計方案  根據(jù)上述要求，可見所設計的調頻器由三部分構成：音頻放大器、調頻級和緩沖級。 音頻放大器的作用是將送來的音頻信號放大后，去對調頻振蕩器進行頻率調制，即：使振蕩器的振蕩頻率按照音頻信號的變化規(guī)律而變化，音頻放大器的放大倍數(shù)要根據(jù)調頻器的頻偏

10、而設定。因此，音頻放大器可采用一般的共射極放大電路。 調頻級是調頻器的核心，其作用是使等幅振蕩變成頻率按調制信號變化的調頻振蕩。調頻級的關鍵是產(chǎn)生一個頻率為18.5MHz的振蕩信號。因此，調頻級可采用變容二極管直接調頻振蕩器。振蕩電路采用高穩(wěn)定度的LC改進型三點式電路。采用變容二極管直接調頻的原因是為了獲得較大的頻偏。另外，變容二極管直接調頻電路的電路簡單、性能良好、副波少、維修方便，是一種較先進的頻率調制方案 緩沖級的作用是將振蕩級與輸出隔離開來，避免輸出部分對振蕩級的影響，并做到與后面的放大級良好的連接起來，故緩沖級可以采用共射放大器和一級射極跟隨器組成。放大器既可以作

11、為隔離級，又可以使振蕩級與后級的耦合減弱一些，有利于提高頻率穩(wěn)定度和減小后級對振蕩器的影響。調頻器內包括三個部分：音頻放大器、調頻級和緩沖器。音頻放大器的作用是將送來的低電平的話音信號放大后，去對調頻振蕩器進行頻率調制，即使振蕩器的振蕩頻率按照話音信號的變化規(guī)律而變化，音頻放大器的放大量要視對頻偏要求和調頻級本身的調制靈敏度而定。根據(jù)一般話筒性能放大器頻率特性范圍可定為100 15000 HZ。調頻級是本部分的核心，其作用是使等幅振蕩變成頻率按調制信號變化的調頻振蕩。調頻級的關鍵問題是產(chǎn)生一個頻率為16.5 MHZ的振蕩信號。振蕩電平要滿足任務書規(guī)定的幅度。頻率不穩(wěn)定度也應滿足技術指標要求。緩

12、沖級的作用是將振蕩級與輸出級隔離開來，避免輸出部分對振蕩級的影響，并做到與后面放大級良好的連接。由以上的敘述，我們考慮電路作如下安排：輸入級采用一般共發(fā)射極放大電路。調頻級采用變容二極管直接調頻振蕩器。振蕩電路采用高穩(wěn)定度的LC改進型三點式電路。采用變容二極管調頻的原因是為了不使電路太復雜的情況下獲得較大的頻偏。雖然這種調頻的方式中心頻率穩(wěn)定度差一些，但對滿足本任務書中提出的3×10 2 頻率穩(wěn)定度（350KHZ / 16.5）來說，還是可以的。緩沖級采用共發(fā)射極放大器和一級射極跟隨器組成，放大器既可作為隔離級，又可使振蕩級與下級的耦合減弱一些。有利于提高頻率穩(wěn)定度，末級射極輸出器可

13、減少下一級對振蕩器的影響。4.設計內容4.1 電路工作原理    調頻器由三部分構成：音頻放大器、調頻級和緩沖級。音頻放大器由共射極放大電路構成，這是一種利用負反饋技術穩(wěn)定靜態(tài)工作點的電路。與固定偏置共射放大電路相比，電路中增加了發(fā)射極電阻R4和R4”、發(fā)射極旁路電容C20。該負反饋為電流串聯(lián)負反饋，它只對直流分量起作用，對交流分量沒有負反饋作用，它屬于直流反饋，只影響放大電路的靜態(tài)，而不直接影響放大電路的動態(tài)性能指標。共射極放大電路具有電壓和電流放大能力，Uo和Ui反相。   調頻級采用的是變容管直接調頻技術。直接調頻是用

14、調制信號電壓直接去控制振蕩器的振蕩頻率，直接調頻的穩(wěn)定性較差，但得到的頻偏較大，線路簡單，故應用較廣。 其調頻電路圖見第5頁。變容管的直流電壓Uq從R6和W2上獲得。調制信號通過C2、L1饋入，L1是高頻扼流圈。變容管作為可控電抗元件接入LC振蕩回路中，變容管的結電容Cj與C3、C4、C5、C7、C8共同構成回路的電容。變容管兩端的電壓包括靜態(tài)電壓Ud和調制電壓。電壓的正確饋入是保證二極管正常工作的必要前提。 變容管調頻電路是根據(jù)似穩(wěn)態(tài)理論建立的一種直接調頻電路，是一個正弦振蕩器電路，只不過它的工作頻率受調制電壓的控制。為了減小非線性失真，調制度應小于1，因此這種電路適用于

15、產(chǎn)生寬帶調頻信號。 振蕩電路采用高穩(wěn)定度的LC改進型三點式電路。晶體管各端之間的接入系數(shù)均小于1，所以晶體管寄生參量對選頻回路的影響大大減小，因此振蕩器工作頻率的穩(wěn)定性基本由選頻回路本身的穩(wěn)定性決定而與晶體管參量的關系甚小。在保證變容管正常工作的前提下，改變C3和C4可改變振蕩器的工作頻率，而C5不變，接入系數(shù)不變，從而振蕩器的工作頻率范圍展寬，穩(wěn)定性也得以提高。       緩沖級由共射放大器和一級射極跟隨器組成。共射極放大電路同音頻放大器類似。射極跟隨器即共集電極放大電路，這種電路把輸入信號接在基極和公共端“地

16、”之間，又從發(fā)射極與“地”之間輸出信號。射極跟隨器具有高的輸入電阻和低的輸出電阻，因此可以在高內阻信號源與低阻抗負載之間起緩沖作用，在多級放大電路中作輸入級和輸出級。射極跟隨器的特點是電壓放大倍數(shù)小于1，但接近于1，沒有電壓放大能力；Uo與Ui同相；具有電流放大能力和功率放大能力。音頻放大器的作用是將送來的低電平的話音信號放大后，去對調頻振蕩器進行頻率調制，即使振蕩器的振蕩頻率按照話音信號的變化規(guī)律而變化，音頻放大器的放大量要視對頻偏要求和調頻級本身的調制靈敏度而定。根據(jù)一般話筒性能放大器頻率特性范圍可定為100 15000 HZ。調頻級是本部分的核心，其作用是使等幅振蕩變成頻率按調制信號變化

17、的調頻振蕩。調頻級的關鍵問題是產(chǎn)生一個頻率為16.5 MHZ的振蕩信號。振蕩電平要滿足任務書規(guī)定的幅度。頻率不穩(wěn)定度也應滿足技術指標要求。緩沖級的作用是將振蕩級與輸出級隔離開來，避免輸出部分對振蕩級的影響，并做到與后面放大級良好的連接。由以上的敘述，我們考慮電路作如下安排：輸入級采用一般共發(fā)射極放大電路。調頻級采用變容二極管直接調頻振蕩器。振蕩電路采用高穩(wěn)定度的LC改進型三點式電路。采用變容二極管調頻的原因是為了不使電路太復雜的情況下獲得較大的頻偏。雖然這種調頻的方式中心頻率穩(wěn)定度差一些，但對滿足本任務書中提出的3×10 2 頻率穩(wěn)定度（350KHZ / 16.5）來說，還是可以的。

18、緩沖級采用共發(fā)射極放大器和一級射極跟隨器組成，放大器既可作為隔離級，又可使振蕩級與下級的耦合減弱一些。有利于提高頻率穩(wěn)定度，末級射極輸出器可減少下一級對振蕩器的影響。4.2、各級電路設計（1）音頻放大器的設計電路如圖所示選用硅管3DG6 。工作狀態(tài)：IC = 0.8 mA ,UCE = 4 V , 其中IC 選小是為了減小噪聲。 元件值計算。 電壓增益估算。 要求音頻放大器增益可調，以滿足頻偏要求。（2） 調頻級設計 調頻電路電路如下圖所示，振蕩部分是一個共基極電路，晶體管的基極通過C6 、C15 接地。VOV這是一種改進型高穩(wěn)定度LC電容三點式振蕩器，XCE 與XEB 電抗性質相同（容性），

19、XCB的電抗性質相反（感性），滿足振蕩器相位平衡條件，振蕩器的頻率由L2及C3，C4以及C5 、C8、 C7 決定，如果C4 很小，則C4 對頻率影響較大。五、數(shù)據(jù)計算音頻放大器設計及計算音頻放大器由共射放大電路構成，電路如下圖所示：已知：三極管選用硅管3DG6(B=80)，放大器靜態(tài)工作點：Vce=4V, Ic=0.8mA（ Ic選小 是為了減小噪聲）， Ube=0.7V, W1=10K，Ri=75, Ub=35V, I1=(510)Ib。求解：Ib=Ic/B=0.8mA/80=0.01mA取I1=8Ib=8×0.01mA=0.08mA取Ub=4V R2=Ub/I1=4V/0.08

20、mA=50K 取標稱值R2=51K R1=（Vcc-Ub）/I1=(12V-4V)/0.08mA=100 KUe=Ub-Ube=4V-0.7V=3.3V R4+R4”=Ue/Ie=Ue/Ic=3.3V/0.8mA=4.125KR4R4” 可取R4=200 則R4”=3.9KR3=(Vcc-Ue-Uce)/Ic=(12V-4V-4V)/0.8mA=5.875K 取標稱值R3=5.6K Rbe=Rbb+26(1+B)/Ic=300+81×26/0.8=2.83KRi=Rbe+(1+B)R4R1R2=12KRi= RiR23=75 R23=75放大倍數(shù)Au=-BR3/Rbe+(1+B)R4=-23電容：C1、C2為耦合電容，故可取10uF；C20為低頻旁路電容，故可取10uF音頻放大器的電阻、電容值如下：電阻值：R1=100 K R2=51K R3=5.6K R4=200 R4”=3.9K R23=75 W1=10