變容二極管調頻課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　1方案選擇：4</b></p><p>　　2調頻電路設計原理分析5</p><p>　　2.1FM調制原理：5</p><p>

2、;　　2.2 變容二極管直接頻率調制的原理：5</p><p>　　2.3 三極管的參數7</p><p>　　3單元電路設計分析8</p><p>　　3.1LC振蕩電路8</p><p>　　3.2調制靈敏度10</p><p>　　3.3增加穩(wěn)定度的措施：11</p>&l

3、t;p>　　3.3.1震蕩回路參數LC11</p><p>　　3.3.2溫度補償法11</p><p>　　3.3.3回路電阻12</p><p>　　3.3.4加緩沖級12</p><p>　　3.3.5有源器件的參數13</p><p>　　4各單元電路元器件參數設置：14</p

4、><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數設置：14</p><p>　　4.2調頻電路的直流參數設置14</p><p>　　4.3交流電路參數設置：14</p><p>　　4.4 計算調制信號的幅度16</p><p>　　5 仿真結果及分析............................

5、......................................................17</p><p>　　6 元器件清單..................................................................................21 7 設計體會..................................

6、........................................................22 8 參考文獻..........................................................................................23 </p><p><b>　　摘要</b></p>

7、<p>　　調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。主要應用于調頻廣播、廣播電視、通信及遙控。調頻電臺的頻帶通常大約是200～250kHz，其頻帶寬度是調幅電臺的數十倍，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30～8000Hz的范圍內。在調頻時，可以將音頻信號的頻率范圍擴大至30～15000Hz，使音頻信號的頻譜分量更為豐富，

8、聲音質量大為提高。</p><p>　　變容二極管調頻電路是一種常用的直接調頻電路，廣泛應用于移動通信和自動頻率微調系統(tǒng)。其優(yōu)點是工作頻率高，固有損耗小且線路簡單，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。</p><p>　　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

9、路電感和電容決定，當受調制信號控制的變容二極管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率受調制信號的控制，從而實現調頻。</p><p>　　關鍵詞：調頻、變容二極管、LC</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Frequency modulation circuit has strong anti-jamming

10、 performance, clear voice etc, and got rapid development. Mainly used in FM radio, broadcast television, communication and remote control. FM radio band usually is about 200 ~ 250 KHZ, the band width is am radio dozens o

11、f times, convenient delivery hi-fi stereo signal. Due to the modulation wave by bandwidth limit, in the receiver there are pass band width and interference of the contradiction, therefore audio signal frequency limited t

12、o 30 ~ 8</p><p>　　Varactor frequency modulation circuit is a kind of commonly used direct frequency modulation circuit, which are widely used in mobile communication and automatic frequency adjustment system

13、. Its advantage is with high working frequency, the inherent loss small and simple lines, can obtain larger deviation, its shortcoming is center frequency stability is low. Compared with intermediate frequency modulation

14、 and frequency multiplication method, the method of the circuit is simple, the performance </p><p>　　This topic carrier by LC capacitance feedback three end oscillator composition driver circuit, oscillation

15、 frequency is circuit inductance and capacitance decision, when be modulation signal control of the varactor access carrier oscillator in the oscillation circuit, the oscillation frequency modulation signal by the contro

16、l, so as to realize the frequency modulation. </p><p>　　Keywords: FM, varactor, LC </p><p><b>　　1方案選擇</b></p><p>　　產生調頻信號的電路叫做調頻器，對他有4個主要的要求：</p><p>　　已調波的瞬

17、時頻率與調制信號成比例變化。</p><p>　　未調制時的載波頻率即已調波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度。</p><p>　　最大頻偏與調制頻率無關。</p><p>　　無寄生調幅或寄生調幅盡量小。</p><p>　　產生調頻的方法主要歸納為兩類：</p><p>　　1 用調制信號直接控制載波的瞬時頻率——直接調

18、頻。</p><p>　　2先將調制信號積分，然后對載波進行調相，結果得到調頻波——間接調頻。</p><p>　　變容二極管調頻的主要優(yōu)點是能夠獲得較大的頻移（相對于間接調頻而言），線路簡單，并且?guī)缀醪恍枰{制功率，其主要缺點是中心頻率的穩(wěn)定度低。</p><p>　　在滿足設計的各項參數的基礎上盡量簡化電路。因此本次課程設計采用2CC1C變容二極管進行直接調頻電

19、路設計。</p><p>　　2調頻電路設計原理分析</p><p>　　2.1FM調制原理：</p><p>　　FM調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。</p><p><b>　　設載波,調制波。</b></p><p>　　或，此時的頻率偏移量△f為最大頻率偏

20、移。</p><p>　　最后得到的被調制波 , V m 隨Vs的變化而變化。</p><p><b>　　為調制系數</b></p><p>　　2.2變容二極管直接頻率調制的原理：</p><p>　　變容二極管是利用半導體PN結的結電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種半導體二極管，它是一種電壓控制可變電抗元件，

21、它的結電容Cj與反向電壓VR存在如下關系：</p><p>　　式中，VD為PN結的勢壘電壓（內建電勢差），Cj0為VR為0時的結電容，γ為系數，它的值隨半導體的摻雜濃度和PN結的結構不同而異：對于緩變結，γ=1/3；突變結：γ=1/2;對于超突變結，γ=1~4，最大可達6以上。</p><p>　　圖2.1 變容二極管的Cj-v特性曲線</p><p>　　變容

22、二極管的Cj-v特性曲線如圖2.1所示。</p><p>　　加到變容二極管上的反向電壓包括直流偏壓V0和調制信號電壓VΩ(t)=VΩcosΩt，即。</p><p>　　結電容在vR(t)的控制下隨時間的變化而變化。把受到調制信號控制的變容二級管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩回路的頻率已收到調制信號的控制。適當選擇調頻二極管的特性和工作狀態(tài)，這樣就實現了調頻。設電路工作在線性調制狀態(tài)，

23、在靜態(tài)工作點Q處，曲線的斜率為</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　2.3三極管的參數</b></p><p>　　圖2.2高頻三極管的參數 </p><p>　　3 單元電路設計分析</p><p>　　3.1LC振蕩電路</p

24、><p>　　本電路采用常見的電容三點式震蕩電路實現LC振蕩，如圖3.1，簡便易行，變容二極管電容作為組成LC振蕩電路的一部分，電容值會隨加在其兩端的電壓的變化而變化，從而達到了變頻的目的。</p><p>　　Rc，Re，RB1，RB2設置LC震蕩電路的靜態(tài)工作點，L1，C1構成LC震蕩電路，CC,DC接入LC振蕩電路改變振蕩頻率構成調頻電路。R1、R2、R3提供變容二極管工作所需的直流偏置

25、。信號VΩ從C5接入，電感L2是一低通線圈，可以過濾掉信號的高頻部分。圖3.2為調頻電路的交流等效電路。變容二極管的接入方式為部分接入，如果去掉與之串聯的CC則為全部接入。</p><p>　　圖3.1調頻信號產生電路</p><p>　　圖3.2三點式振蕩電路</p><p><b>　　3.2調制靈敏度</b></p>

26、<p>　　單位調制電壓所引起的最大頻偏稱為調制靈敏度，以Sf表示，單位為 kHz/V，即</p><p>　　VΩm為調制信號的幅度；△fm為變容管的結電容變化△Cj時引起的最大頻偏。</p><p>　　∵回路總電容的變化量為</p><p>　　在頻偏較小時，△fm與△C∑的關系可采用下面近似公式，即</p><p>　　

27、∴ p↑ △f ↑ ，△Cj↑ △f ↑。 </p><p>　　調制靈敏度 式中，△C∑為回路總電容的變化</p><p>　　量；CQ∑為靜態(tài)時諧振回路的總電容， 即</p><p>　　∴ C1↓Sf↑ △f↑</p><p>　　調制靈敏度Sf可以由變容二極管Cj-v 特性曲線上VQ處的斜率kc計算。Sf越大，說明調制

28、信號的控制作用越強，產生的頻偏越大。 改變CC的值可以使變容二極管的工作點調節(jié)到最佳狀態(tài)。</p><p>　　3.3增加穩(wěn)定度的措施：</p><p>　　3.3.1震蕩回路參數LC</p><p>　　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的數值不變，首先就應選取

29、標準性高的，不易發(fā)生機械變形的元件；其次，應盡量維持振蕩器的環(huán)境溫度的恒定，因為當溫度變化時，不僅會使LC的數值發(fā)生變化，而且會引起電子器件的參數變化，因此高穩(wěn)定度的振蕩器可以封閉在恒溫箱（杜瓦瓶）內，LC采用溫度系數低的材料制成。</p><p>　　3.3.2溫度補償法</p><p>　　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，其原理如下：</p&g

30、t;<p>　　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。</p><p>　　由于外界因素的影響，使LC產生微小的變量△L、△C，因而引起振蕩頻率的變化為</p><p>　　若選用合適的負溫度系數的電容器 （電感線圈的溫度系數恒為正值）， 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。</p>

31、<p>　　3.3.3回路電阻</p><p>　　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，回路的Q值越高，頻率的穩(wěn)定度也越高，</p><p>　　3.3.4加緩沖級</p><p>　　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

32、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）。</p><p>　　3.3.5有源器件的參數</p><p>　　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不變，應該采用穩(wěn)壓電源，和恒溫措施。</p><p>　　采用高穩(wěn)定度LC振蕩電路</p>

33、<p>　　例如采用克拉潑電路如圖3.2所示：</p><p>　　C1>>C3,C2>>C3,Cb為基極耦合電容，C3為可變電容，他的作用是把L與C1，C2分隔開，使反饋系數僅取決于C1，C2的比值，振蕩頻率基本上由L和C3決定。這樣，C3就減弱了晶體管與振蕩電路之間的耦合，使折算到回路內的有源器件的參數減小，提高了頻率的穩(wěn)定度，另一方面，不穩(wěn)定電容（如分布電容）則與C1，

34、C2并聯，基本上不影響震蕩頻率。C3越小，則頻率的穩(wěn)定度越好，但起振也就越困難。因此C3也不能無限制的減小。</p><p>　　4各單元電路元器件參數設置：</p><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數設置：</p><p>　　ICQ一般為(1~4)mA。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ICQ=2mA。取VCEQ=1/2VCC=

35、6V。可以求出Rc+Re=3KΩ，取Rc=2KΩ，Re=1KΩ；</p><p>　　β=60，IBQ=β×IBQ，為使減小IBQ對偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)效果的影響，取RB1和RB2上流過的電流IB>>IBQ，取RB1=28KΩ，RB2=8.2KΩ。</p><p>　　4.2調頻電路的直流參數設置</p><p>　　根據2CC1C數據手冊提供

36、的變容二極管的Cj-v特性曲線（如圖1），取變容二極管的正常工作的反向偏置電壓為4V，R1與R2為變容二極管提供靜態(tài)時的反向直流偏置電壓VQ，電阻R3稱為隔離電阻，常取R3>>R2，R3>>R1，以減小調制信號VΩ對VQ的影響。已知 VQ=4V，若取 R2=10k ，隔離電阻R3=150kΩ。則R1=20KΩ</p><p>　　4.3交流電路參數設置：</p><p

37、>　　由LC震蕩頻率的計算公式可求出，若取C1=100pF，則L1≈10H。</p><p>　　實驗中可適當調整L1的圈數或C1的值。</p><p>　　電容C2、C3由反饋系數 F 及電路條件C1<<C2，C1<<C3 所決定，若取C2=510 pF，由，則取 C3=3000 pF，取耦合電容 Cb=0.01F。</p><p>

38、　　本題給定變容二極管的型號為2CC1C，已測量出其Cj-v 曲線如圖1所示。取變容管靜態(tài)反向偏壓VQ=－4V，由特性曲線可得變容管的靜態(tài)電容CQ=75pF。2CC1C屬于突變結，γ=0.5，圖4為變容二極管部分接入振蕩回路的等效電路，接入系數p及回路總電容C∑分別為</p><p>　　為減小振蕩回路高頻電壓對變容管的影響， p應取小，但p過小又會使頻偏達不到指標要求?？梢韵热=0.2，然后在實驗中調試。當V

39、Q=－4V時，對應CQ=75pF，則CC 18.8 pf 。取標稱值20pF。</p><p>　　圖4.1交流等效電路圖</p><p>　　4.4計算調制信號的幅度</p><p>　　為達到最大頻偏△fm的要求，調制信號的幅度VΩm，可由下列關系式求出。</p><p>　　由Cj-v 曲線得變容管 2CC1C 在VQ= – 4

40、V 處的斜率</p><p>　　PF/V,得調制信號的幅度</p><p>　　VΩm=ΔCj / kc= 0.92V。</p><p>　　調制靈敏度Sf 為KHz/V</p><p>　　5 仿真結果及分析 </p><p>　　5.1 輸入3kHz、振幅為10V的正弦波調制信號，仿真結果如下：<

41、/p><p>　　圖5.1 調制信號波形</p><p>　　5.2 輸出調頻波波形</p><p>　　圖5.2 已調信號波形</p><p>　　5.3 頻率計仿真結果</p><p>　　圖5.3 已調信號低頻率</p><p>　　圖5.4 已調信號高頻率</p>&l

42、t;p>　　由仿真結果可看出，已調信號的頻率隨著調制信號在4.767MHz~4.849MHz之間緩變，說明實現了信號的調頻，只是變化幅度太小，看不出調頻波。</p><p><b>　　6 元器件清單</b></p><p><b>　　7 設計體會</b></p><p>　　通過本周的課程設計，我認識到課本上的知

43、識的實際應用，激發(fā)了學習興趣，增強了思考和解決實際問題的能力。這次做課程設計，給我留下了很深的印象。上了三年大學，學了三年通信，發(fā)覺自己竟然連一只二極管還沒有學會?？磥碜鍪裁炊家凶犯蟮椎木?。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。</p><p>　　這次課程設計讓我認識到了知識和實踐的重要性。只有牢固掌握了所學的知識，才能有清晰的思路，

44、知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個問題。就以這次課程設計為例，剛拿到題目的時候，大致看一下要求，根據平時所學的知識，腦海中就立刻會想到應該用到的元器件，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，在具體的細節(jié)設計上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎知識掌握得不牢固。所以，這次課程設計在讓我認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。</p><

45、p>　　一周的課程設計雖然結束了，但是在這期間所學的知識和老師的指導卻讓我難以忘記。</p><p><b>　　8 參考文獻</b></p><p>　　1：李銀華電子線路設計指導北京航空航天大學出版社2005.6</p><p>　　2：謝自美電子線路設計·試驗·測試華中科技大學出版社2003</

46、p><p>　　3：張肅文高頻電子電路高等教育出版社2004.11</p><p>　　4：陽昌漢高頻電子電路哈爾濱工程大學出版社2001</p><p>　　4：張鳳言電子電路基礎高等教育出版社1995</p><p>　　5：陽昌漢高頻電子線路學習與解題指導哈爾濱工程大學出版 2004</p><p