變?nèi)荻O管調(diào)頻電路課程設(shè)計

1、 目錄摘要1題目分析2系統(tǒng)方案論證 2.1 電路設(shè)計原理2.2 電路的設(shè)計方案 2.3 電路設(shè)計 2.4 主振電路設(shè)計原理分析2.5 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 2.6調(diào)頻信號分析2.7 變?nèi)荻O管頻率調(diào)制的原理3電路工作分析3.1 諧振回路總電容3.2 調(diào)制靈敏度4. 增加電路穩(wěn)定度4.1 震蕩回路參數(shù)LC4.2溫度補償法4.3回路電阻4.4增加緩沖級4.5有源器件參數(shù)4.6高穩(wěn)定度LC振蕩電路5. 電路元器件參數(shù)設(shè)置 5.1 LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置5.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設(shè)置5.3 放大電路參數(shù)設(shè)置5.4 調(diào)制信號的幅度計算 6. 元器件清單7. 電路調(diào)試8.課程答辯9.實驗心得體會10.

2、致謝11.參考文獻摘要 With the increasing use of electronic and communications technology has progressed, various kinds of new electronic product development at an increasing rate. The modern computer technology and the microelectronic technology further union and the development caused the electronic circuit

3、 and the communication link appeared two branches. One is the movement toward a more highly integrated IC development: while the other is the use of discrete components and hardware description language for the new devices are specially designed. The FM broadcast has the resistance to interference s

4、trongly, the sound clear and so on the merits, has obtained the fast development. The frequency modulation broadcasting stations frequency band probably is usually 200250kHz, Its bandwidth is amplitude modulation broadcasting stations dozens of times, is advantageous for transmits the high fidelity

5、stereo sound signal. Because the modulated wave receives the bandwidth the limit, has the pass band width and the disturbance contradiction in the receiver, therefore the tonic train signaling frequency limits in the 308000Hz scope. When frequency modulation, may expand the tonic train signaling fre

6、quency range to 3015000Hz, causes the tonic train signaling the frequency spectrum component to be richer, the sound quality is greatly the enhancement. 隨著電子與通信技術(shù)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(shù)和微電子技術(shù)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(shè)計。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

7、速的發(fā)展。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。目前，應(yīng)用最廣泛的是采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻技術(shù)，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。變?nèi)荻O管為特殊二極管的一種。當(dāng)外加順向偏壓時，有大量

8、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(yīng)；當(dāng)外加反向偏壓時，則會產(chǎn)生過渡電容效應(yīng)。但因加順向偏壓時會有漏電流的產(chǎn)生，所以在應(yīng)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，有所學(xué)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率決定。因此，黨變?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?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(guān)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。關(guān)鍵詞：LC振蕩電路、變?nèi)荻O管、調(diào)頻

9、1. 題目分析1.本課程設(shè)計目的變?nèi)荻O管調(diào)頻原理，就是把要傳送的信息（例如語言、音樂）作為調(diào)制信號去控制載波（高頻振蕩）的瞬時頻率，使其按調(diào)制信息的規(guī)律變化。為了減小高頻電壓對變?nèi)荻O管的作用，減小中心頻率的漂移，這是變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路。2.本課程設(shè)計主要技術(shù)要求輸入調(diào)制信號1KHz大小為200mv的正弦波，也可用1KHz的方波主振頻率f0=20.945MHz，最大頻偏fm=20KHz3從頻譜儀上看到20.945MHz+20KHz的雙峰調(diào)頻波3.本課程設(shè)計進度安排： 課程設(shè)計各階段名稱各階段起止日期進度安排1課程設(shè)計準(zhǔn)備、查資料2方案論證、計算機輔助設(shè)計、列元器件清單3設(shè)計電路與調(diào)試

10、4撰寫課程設(shè)計報告。答辯2.系統(tǒng)方案論證2.1 電路設(shè)計原理變?nèi)荻O管為特殊二極管的一種。當(dāng)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(yīng)；當(dāng)外加反向偏壓時，則會產(chǎn)生過渡電容效應(yīng)。但因加順向偏壓時會有漏電流的產(chǎn)生，所以在應(yīng)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，有所學(xué)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率決定。因此，黨變?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?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化，若此時諧振回路的諧振頻率與加到變?nèi)?/p>

11、二極管上的調(diào)制信號呈線性關(guān)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。2.2 電路的設(shè)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)頻器電路簡單。因而變?nèi)荻O管直接調(diào)管頻器是一種應(yīng)用非常廣泛的調(diào)頻電路。2.3 電路設(shè)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，電路如圖所示。不加調(diào)制信號加入調(diào)制信號變?nèi)荻O管調(diào)頻電路2.4 主振電路設(shè)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,

12、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影響，要求C9C7,C10C7，且C7越小，這種影響就越小，回路的標(biāo)準(zhǔn)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(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W2調(diào)

13、節(jié)并設(shè)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(shè)置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。電容三點式振蕩器電路等效電路如下圖所示。 電容三點式振蕩器等效電路2.5 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設(shè)計原理分析圖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，偏置電阻R1、R2，隔離電阻R3和電位器W1構(gòu)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。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）

14、CQ為靜態(tài)工作點是所對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容。調(diào)頻電路中，R1、R2、R3和W1調(diào)節(jié)并設(shè)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，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V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(dāng)于斷路，C3

15、相當(dāng)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。 高頻通路 直流和調(diào)制頻率通路2.6 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。設(shè)載波,調(diào)制波。則或，此時的頻率偏移量 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)2.7 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(dǎo)體二極管的工藝上進行特殊處理，以

16、控制半導(dǎo)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(jié)電容Cj，與在其而端所加反向電壓u之間存在著如下關(guān)系：（）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：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。采用特殊工藝制程的超突變結(jié)的n在15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

17、壓V(t)= Vcost，即（）將式（）帶入（），得式中，為靜態(tài)工作點的結(jié)電容，為反映結(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電路工作分析3.1諧振回路總電容 回路總電容變化量3.2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Sf = fm / VmVm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。在

18、頻偏較小時，fm與C的關(guān)系可采用下面近似公式，即調(diào)制靈敏度 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)。4 電路元器件參數(shù)4.1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(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)性高的，不易發(fā)生機械變形的元件；其次，應(yīng)盡量維持振蕩器的環(huán)境溫度的恒定，因為當(dāng)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

19、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。4.2 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。4.3 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(dāng)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

20、的Q值越高，頻率的穩(wěn)定度也越高，4.4 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，就是實際上是一級不需要推動功率的放大器（工作于甲類）。4.5 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(yīng)該采用穩(wěn)壓電源，和恒溫措施。4.6 采用高穩(wěn)定度LC振蕩電路5.電路元器件參數(shù)設(shè)置5.1 LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)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?？?/p>

21、以求出R4+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=0.64V，基本接近理論值。5.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設(shè)置由LC震蕩頻率的計算公式可求出，若取C=，本次實驗中可調(diào)電容CC1規(guī)格為5120pF，計算時取5pF，C7=24pF。L41.2mH。實驗中可適當(dāng)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

22、。取 R2=3.9kW ，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。5.3 T2管參數(shù)設(shè)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，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=0.01uF5.4 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(guān)系式求出。 計算以上各式可得，fm20KHz，滿足實驗

23、要求。6.元器件清單名稱規(guī)格數(shù)量備注電阻20K,3.9K,180K,2K,1K,15K,8.2K,10K,1.5K8.2K 2個其余各一個電位器5K,20K各一個電容4.7UF,30PF,0.1UF,330PF,5PF,24PF,100PF,33PF,0.01UF5-120PF30PF二個；0.01UF二個其余電容各一個4.7UF為耦合電容5-120PF為可調(diào)電容電感1.2UH2變?nèi)荻O管BB9101三極管3DG6C2 7.電路調(diào)試在焊接好變?nèi)荻O管調(diào)頻實驗電路板后，就是進行調(diào)試工作，調(diào)試過程進行的很順利，但是讓我和隊友等了將近一天，中午調(diào)試的同學(xué)都等了好久，最后都沒調(diào)試上，可能這就是過程的研

24、究，但在別人調(diào)試的時候，我和隊友把我們焊接的電路板用萬用表從頭到尾把實驗電路測量了一遍，保證了焊接無失誤所在，有些元器件雖然實驗室里沒有庫存，但是我們都用了其他能代替并且不會對電路產(chǎn)生音箱的元器件進行了代替，在下午進行了變?nèi)荻O管的調(diào)試，焊接是我焊的，幸好實驗很成功，否則就丟大人了，在調(diào)試過程中，首先輸入端不接信號，只需接直流電源即可，在輸出端口接示波器，在示波器上能觀察到載波出現(xiàn)，這就保證了震蕩電路是滿足條件的，其次在輸入端接上從函數(shù)信號發(fā)生器上輸入的調(diào)制信號，在打開電源，在示波器上觀察到雙峰調(diào)頻波，而且疏密程度不同，當(dāng)調(diào)制信號大于零時，調(diào)頻信號的頻率高于載波頻率，單位時間能的波形數(shù)比載波多

25、：當(dāng)調(diào)制信號小于零時，調(diào)頻信號的頻率低于載波頻率，單位時間能的波形數(shù)比載波少，由此可見，調(diào)制信號的信息寄托在高頻載波頻率變化中，調(diào)頻信號是一恒定振幅的信號，其振幅保持不變。 8.課程設(shè)計答辯 1.輸出的調(diào)頻波的特性?答:打開電源，在示波器上觀察到調(diào)頻波，而且疏密程度不同，當(dāng)調(diào)制信號大于零時，調(diào)頻信號的頻率高于載波頻率，單位時間能的波形數(shù)比載波多：當(dāng)調(diào)制信號小于零時，調(diào)頻信號的頻率低于載波頻率，單位時間能的波形數(shù)比載波少，由此可見，調(diào)制信號的信息寄托在高頻載波頻率變化中，調(diào)頻信號是一恒定振幅的信號，其振幅保持不變。2.求不同接入介入系數(shù)? 解答: 接入系數(shù) 如果需要求接入系數(shù) 只需要求 （1）不

26、加調(diào)制信號時 經(jīng)過LC振蕩電路后載波頻率為 =20.945MHz 可求得C=48pf ( )（CC1按100pf計算時）Ca=23.3pf 可求得CQ=Cj=139pf 那么接入系數(shù)在不加調(diào)制信號時為 = 0.177（2）加調(diào)制信號時 其中 f=這是調(diào)制信號的頻率,已知最大頻偏fm=20KHz 在仿真圖中，用萬用表可測的變?nèi)荻O管兩端的電壓為-2.909V當(dāng)輸入調(diào)制信號為頻率為1KHZ，振幅為200mv時可得上式中的m=0.2/2.909=0.0687 可求得不同接入系數(shù)表達式為 =C3/C3+CQ(1+mcoswt)n=30/30+139(1+0.068cos2*3.14*1000t)2 (3)已知最大頻偏fm=20KHz調(diào)頻波的最大頻率為f=20.965MHz,代入以上各式可同樣求得總電容C=47.6PF結(jié)電容Cj=131PF那么接入系數(shù)在最大頻偏時求得 =0.1869.課程設(shè)計心得與體會通過對變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的設(shè)計與研究，我們不僅對變?nèi)荻O管的調(diào)頻原理有了更深刻的了解，還對調(diào)頻電路的應(yīng)用進行了一定的了解，調(diào)頻電路在無線電通信中是非常重要的調(diào)制方式，應(yīng)用非常廣泛，特別是在數(shù)字調(diào)制中應(yīng)用更廣，頻率調(diào)制簡