通信電子線路課程設(shè)計(jì)調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)

1、摘要隨著人類的文明不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人們之間的交流越來(lái)越多，相互交換的信息也日益劇增，要傳送的信息類型也是越來(lái)越多樣化?？萍嫉倪M(jìn)步也使得通信的技術(shù)得到了發(fā)展，特別是無(wú)線電波的使用，使我們的通信更加實(shí)時(shí)、高效?？萍嫉目焖侔l(fā)展，將使人們的通信更方便快捷。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，無(wú)線電發(fā)射機(jī)在生活中得到廣泛應(yīng)用，最普遍的有電臺(tái)、對(duì)講機(jī)等。人們通過(guò)無(wú)線電發(fā)射機(jī)可以把需要傳播出的信息發(fā)射出去，接收者可以通過(guò)特制的接收機(jī)接受信息，最普通的模式是：廣播電臺(tái)通過(guò)無(wú)線電發(fā)射機(jī)發(fā)射出廣播，收聽(tīng)者通過(guò)收音機(jī)即可接收到電臺(tái)廣播。調(diào)頻發(fā)射機(jī)目前處于快速發(fā)展之中，在很多領(lǐng)域都有了很廣泛的應(yīng)用。它可

2、以用于演講、教學(xué)、玩具、防盜監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。關(guān)鍵字：高頻電子線路，Multisim仿真，調(diào)頻發(fā)射。目錄一、前言1二、設(shè)計(jì)指標(biāo)22.1題目22.2設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求22.3內(nèi)容和要求22.4主要技術(shù)指標(biāo)2三、系統(tǒng)總述33.1 調(diào)頻基本概念33.2 工作原理33.3整體原理框圖5四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真64.1壓控振蕩器調(diào)頻電路64.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路84.3上混頻電路104.4三極管倍頻電路114.5丙類諧振功率放大電路12五、整機(jī)電路設(shè)計(jì)13六、高頻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)聯(lián)調(diào)14七、設(shè)計(jì)總結(jié)16八、參考文獻(xiàn)17一、前言頻率的調(diào)制和解調(diào)是通信電子線路中非常重要且比較關(guān)鍵的一部分，調(diào)頻電路在通

3、信電子線路中運(yùn)用非常廣泛且作用很大,如何學(xué)好此部分對(duì)我們來(lái)說(shuō)非常重要。本課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是學(xué)習(xí)基于Multisim的調(diào)頻電路設(shè)計(jì)與仿真。用Multisim仿真軟件進(jìn)行調(diào)頻電路調(diào)頻和解調(diào)，得到仿真結(jié)果。從仿真結(jié)果中更好地理解頻率的調(diào)制和解調(diào)。由于一般的低頻信號(hào)無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，所以得經(jīng)過(guò)調(diào)頻搬到高頻信號(hào)上傳輸，這個(gè)過(guò)程就是我們常說(shuō)的調(diào)頻。用待傳輸?shù)牡皖l信號(hào)去控制高頻載波參數(shù)電路稱為調(diào)制電路，解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，從高頻已調(diào)信號(hào)中還原出原調(diào)制信號(hào)稱為解調(diào)電路。本文設(shè)計(jì)了基于Multisim的變?nèi)荻O管的直接（間接）調(diào)頻電路，壓控振蕩器調(diào)頻電路，鎖相環(huán)調(diào)頻電路，上混頻電路，三極管倍頻和鎖相環(huán)倍頻等倍頻

4、電路，丙類諧振功率放大器。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)2.1題目 調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)2.2設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求2.2.1單元電路的的設(shè)計(jì)及仿真 (1)設(shè)計(jì)變?nèi)荻O管直接(間接)調(diào)頻電路 (2)設(shè)計(jì)壓控振蕩器調(diào)頻電路 (3)設(shè)計(jì)鎖相環(huán)調(diào)頻電路 (4)設(shè)計(jì)上混頻電路 (5)設(shè)計(jì)三級(jí)管倍頻和鎖相環(huán)倍頻等倍頻電路 (6)設(shè)計(jì)丙類諧振功率放大器2.2.2調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路設(shè)計(jì)2.2.3高頻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)聯(lián)調(diào)2.3內(nèi)容和要求要求完成各單元電路設(shè)計(jì)及仿真，利用Multisim開(kāi)發(fā)軟件完成整機(jī)電路設(shè)計(jì)；通過(guò)實(shí)際電路方案的比較分析，參數(shù)計(jì)算，元件選取，仿真測(cè)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法；

5、了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的技術(shù)要求，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖；掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法。2.4主要技術(shù)指標(biāo)（1）中心頻率=12MHz（2）頻率穩(wěn)定度0.1MHz （3）最大頻偏>10kHz （4）輸出功率30mW （5）電源電壓Vcc=12V三、系統(tǒng)總述3.1 調(diào)頻基本概念調(diào)制信號(hào)（低頻信號(hào)）去控制載波信號(hào)的幅度而實(shí)現(xiàn)的調(diào)制稱為調(diào)幅；同樣，若用調(diào)制信號(hào)去控制載波的頻率或相位而實(shí)現(xiàn)的調(diào)制分別稱為調(diào)頻或調(diào)相。由于調(diào)頻或調(diào)相兩種調(diào)制都改變了載波的瞬時(shí)相位，通稱角度調(diào)制。在模擬調(diào)

6、制中，調(diào)頻具有較為優(yōu)越的性能，因此，調(diào)頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于立體聲廣播、電視伴音、無(wú)線麥克風(fēng)、微波傳輸及衛(wèi)星通信。同樣，完整的調(diào)頻通信系統(tǒng)也由發(fā)射機(jī)與接收機(jī)兩部分組成，與調(diào)幅通信系統(tǒng)比較，除了調(diào)制與解調(diào)的原理方法不同外，其他部分如超外差變頻接收技術(shù)、中頻放大電路等基本相同。使載波頻率按照調(diào)制信號(hào)改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻。已調(diào)波頻率變化的大小由調(diào)制信號(hào)的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號(hào)的頻率決定。已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個(gè)被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。3.1.1 調(diào)頻波（FM）載波，調(diào)制信號(hào)；通過(guò)FM調(diào)制，使得頻率變化量與調(diào)制信號(hào)1的大小成正比。即已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率已調(diào)

7、信號(hào)的瞬時(shí)相位為3.1.2 FM性能指標(biāo)因?yàn)轭l率調(diào)制不是頻譜線性搬移過(guò)程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來(lái)構(gòu)成，而必須根據(jù)調(diào)頻波的特點(diǎn)，提出具體實(shí)現(xiàn)的方法。對(duì)于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，一般有以下幾方面的要求：（1）線性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時(shí)頻率變化與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。（2）具有較高的調(diào)制靈敏度。即單位調(diào)制電壓所產(chǎn)生的振蕩頻率偏移要大。（3）最大頻率偏移與調(diào)制信號(hào)頻率無(wú)關(guān)。（4）未調(diào)制的載波頻率（即已調(diào)波的中心頻率）應(yīng)具有一定的頻率穩(wěn)定度。（5）無(wú)寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。3.2 工作原理3.2.1直接調(diào)頻原理直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號(hào)變

8、化規(guī)律。要用調(diào)制信號(hào)去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號(hào)去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。（1）改變振蕩回路的元件參數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻在LC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是LC振蕩回路的電感L和電容C。在RC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是電阻和電容。因而，根據(jù)調(diào)頻的特點(diǎn)，用調(diào)制信號(hào)去控制電感、電容或電阻的數(shù)值就能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。調(diào)頻電路中常用的可控電容元件有變?nèi)荻O管和電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件有二極管和場(chǎng)效應(yīng)管。（2）控制振蕩器的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻在

9、微波發(fā)射機(jī)中，常用速調(diào)管振蕩器作為載波振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子發(fā)射極上的發(fā)射極電壓。因此，只需將調(diào)制信號(hào)加至發(fā)射極即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制信號(hào)控制積分電容的充放電電流，從而控制其振蕩頻率。3.2.2間接調(diào)頻原理調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式，在調(diào)制信號(hào)為u(t)時(shí)，為uFM(t)=Ucm cosct+kf可見(jiàn)調(diào)頻波的相位偏移為kf，與調(diào)制信號(hào)u(t)的積分成正比。若將調(diào)制信號(hào)先通過(guò)積分器得，然后再通過(guò)調(diào)相器進(jìn)行即可得到調(diào)制信號(hào)為u(t)的調(diào)相波，即u(t)=Ucm cosct+kP因此，調(diào)頻可以通過(guò)調(diào)相間接實(shí)現(xiàn)。通常將這樣的調(diào)頻方式稱為間接調(diào)頻。這樣的調(diào)頻方式采用頻

10、率穩(wěn)定度很高的振蕩器(例如石英晶體振蕩器)作為載波振蕩器，然后在它的后級(jí)進(jìn)行調(diào)相，得到的調(diào)頻波的中心頻率穩(wěn)定度很高。3.3整體原理框圖本振混頻器倍頻器功率放大器調(diào)頻電路功率放大器倍頻器四、單元電路設(shè)計(jì)與仿真4.1壓控振蕩器調(diào)頻電路壓控振蕩器由兩只晶體三極管及變?nèi)荻O管等電路組成，及周圍電路組成頻率可變的電容反饋三點(diǎn)式振蕩器（又稱考必茲振蕩器）?；芈冯娙轂榫w管極間電容，串聯(lián)后構(gòu)成回路電感。變?nèi)荻O管的作用是，當(dāng)外加控制電壓經(jīng)電阻加到它上面，變?nèi)莨艿牡刃щ娙蓦S外加電壓變化而改變，電路中振蕩回路的自然諧振頻率隨之改變。從而當(dāng)外加控制電壓變化時(shí)，能改變壓控振蕩器的振蕩頻率。該壓控振蕩器的頻率約為2.

11、2-2.5GHz，由于振蕩頻率高，晶體管的極間電容、引線電感等參數(shù)對(duì)振蕩頻率及工作狀態(tài)都有很大影響。圖4-1-1壓控振蕩器原理圖壓控振蕩器工作原理及應(yīng)用指輸出頻率與輸入控制電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路,常以符號(hào)(VCO)。其特性用輸出角頻率0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線來(lái)表示。圖中,Uc為零時(shí)的角頻率0,0稱為自由振蕩角頻率；曲線在0,0處的斜率K0稱為控制靈敏度。使振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構(gòu)成一個(gè)壓控振蕩器。人們通常把壓控振蕩器稱為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。在自動(dòng)頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號(hào)電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個(gè)受控部件。圖

12、4-1-2壓控振蕩器的控制特性圖4-1-3壓控振蕩器電路圖4-1-4壓控振蕩器波形4.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律。要用調(diào)制信號(hào)去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號(hào)去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。變?nèi)荻O管是一種電壓控制的可變電抗元件，它的PN節(jié)呈現(xiàn)的勢(shì)壘電容值會(huì)隨著反偏電壓的變化而變化。變?nèi)荻O管直接調(diào)頻正是利用這一特性實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。其原理電路如下所示：圖4-2-1變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理電路圖4-2-2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電

13、路圖4-2-3變?nèi)荻O管直接調(diào)頻波形圖4-2-4變?nèi)荻O管直接調(diào)頻頻譜4.3上混頻電路上混頻電路是將中頻信號(hào)和本地振蕩信號(hào)相混合得到射頻信號(hào)的輸出，本設(shè)計(jì)用三級(jí)管做混頻電路將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)。圖4-3-1上混頻電路圖4-3-2上混頻電路波形4.4三極管倍頻電路已知丙類放大器集電極電流ic是調(diào)諧于n次諧波上（n為正整數(shù)），那么輸出回路對(duì)基波和其他諧波的阻抗很小，近對(duì)n次諧波的阻抗達(dá)到最大值，且呈電阻性。于是輸出諧振回路僅有ic的n次諧波分量產(chǎn)生的高頻電壓，而其他頻率分量產(chǎn)生的電壓均可忽略。因而，在諧振阻抗Rp上可得到頻率為輸入信號(hào)頻率n倍的輸出信號(hào)功率。圖4-4-1三極管倍頻電路圖4-4-

14、2三極管倍頻電路波形4.5丙類諧振功率放大電路丙類諧振功率放大器用來(lái)對(duì)載波信號(hào)或高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，其負(fù)載是LC振蕩回路，用以提高選擇性，改善輸出波形。圖4-5-1丙類諧振功率放大電路圖4-5-2丙類諧振功率放大電路波形五、整機(jī)電路設(shè)計(jì)圖5-1調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機(jī)電路六、高頻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整機(jī)聯(lián)調(diào)圖6-1調(diào)頻信號(hào)相位鑒頻圖6-2脈沖計(jì)數(shù)式鑒頻圖6-3鎖相環(huán)調(diào)頻圖6-4鎖相環(huán)倍頻七、設(shè)計(jì)總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中我承擔(dān)的具體任務(wù)是壓控振蕩器調(diào)頻電路設(shè)計(jì)仿真，以及外圍電路的調(diào)試仿真。在分配了具體設(shè)計(jì)任務(wù)后，先從通信電子線路書(shū)中查找相關(guān)內(nèi)容，從網(wǎng)上查找相關(guān)電路仿真。然后使用軟件Multisim開(kāi)發(fā)軟件設(shè)計(jì)電路，經(jīng)過(guò)不斷的修改調(diào)試最終仿真出波形。最后和同組同學(xué)一起完成了整機(jī)電路的設(shè)計(jì)。在此次課程設(shè)計(jì)中，我充分體會(huì)到了熟練運(yùn)用相關(guān)軟件的重要性，不像之前的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，并沒(méi)有多少工作在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)的，就僅僅畫(huà)出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就行了。本次課設(shè)都高度依賴計(jì)算機(jī)，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調(diào)節(jié)，可以說(shuō)每一步都很艱難，每一步都是我們一步一個(gè)腳印結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)踩下去的。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我們?cè)鰪?qiáng)了對(duì)通信電子技術(shù)的理解，學(xué)會(huì)查尋資料比較方案，學(xué)會(huì)通信電路的設(shè)計(jì)計(jì)算；進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立