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

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著人類的文明不斷進步，科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人們之間的交流越來越多，相互交換的信息也日益劇增，要傳送的信息類型也是越來越多樣化。科技的進步也使得通信的技術(shù)得到了發(fā)展，特別是無線電波的使用，使我們的通信更加實時、高效。科技的快速發(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，無線電發(fā)射機在生活中得到廣泛應(yīng)用

2、，最普遍的有電臺、對講機等。人們通過無線電發(fā)射機可以把需要傳播出的信息發(fā)射出去，接收者可以通過特制的接收機接受信息，最普通的模式是：廣播電臺通過無線電發(fā)射機發(fā)射出廣播，收聽者通過收音機即可接收到電臺廣播。調(diào)頻發(fā)射機目前處于快速發(fā)展之中，在很多領(lǐng)域都有了很廣泛的應(yīng)用。它可以用于演講、教學(xué)、玩具、防盜監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵字：高頻電子線路，Multisim仿真，調(diào)頻發(fā)射。</p>&

3、lt;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、前言1</b></p><p><b>　　二、設(shè)計指標(biāo)2</b></p><p><b>　　2.1題目2</b></p><p>　　2.2設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求

4、2</p><p>　　2.3內(nèi)容和要求2</p><p>　　2.4主要技術(shù)指標(biāo)2</p><p><b>　　三、系統(tǒng)總述3</b></p><p>　　3.1 調(diào)頻基本概念3</p><p>　　3.2 工作原理3</p><p>　　3.3整體原理框圖

5、5</p><p>　　四、單元電路設(shè)計與仿真6</p><p>　　4.1壓控振蕩器調(diào)頻電路6</p><p>　　4.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路8</p><p>　　4.3上混頻電路10</p><p>　　4.4三極管倍頻電路11</p><p>　　4.5丙類諧振功率放大電路

6、12</p><p>　　五、整機電路設(shè)計13</p><p>　　六、高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào)14</p><p><b>　　七、設(shè)計總結(jié)16</b></p><p><b>　　八、參考文獻17</b></p><p><b>　　一、前言</b&g

7、t;</p><p>　　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)頻電路在通信電子線路中運用非常廣泛且作用很大,如何學(xué)好此部分對我們來說非常重要。本課程設(shè)計的內(nèi)容是學(xué)習(xí)基于Multisim的調(diào)頻電路設(shè)計與仿真。用Multisim仿真軟件進行調(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)。</p><p>　　由于一般的低頻信號無法進行遠距離傳

8、輸，所以得經(jīng)過調(diào)頻搬到高頻信號上傳輸，這個過程就是我們常說的調(diào)頻。用待傳輸?shù)牡皖l信號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)制的逆過程，從高頻已調(diào)信號中還原出原調(diào)制信號稱為解調(diào)電路。本文設(shè)計了基于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)倍頻等倍頻電路，丙類諧振功率放大器。</p><p><b>　　二、設(shè)計指標(biāo)</

9、b></p><p>　　2.1題目 調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機電路設(shè)計</p><p>　　2.2設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)和要求</p><p>　　2.2.1單元電路的的設(shè)計及仿真</p><p>　　(1)設(shè)計變?nèi)荻O管直接(間接)調(diào)頻電路</p><p>　　(2)設(shè)計壓控振蕩器調(diào)頻電路</p>&l

10、t;p>　　(3)設(shè)計鎖相環(huán)調(diào)頻電路</p><p>　　(4)設(shè)計上混頻電路</p><p>　　(5)設(shè)計三級管倍頻和鎖相環(huán)倍頻等倍頻電路</p><p>　　(6)設(shè)計丙類諧振功率放大器</p><p>　　2.2.2調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機電路設(shè)計</p><p>　　2.2.3高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào)</p&

11、gt;<p><b>　　2.3內(nèi)容和要求</b></p><p>　　要求完成各單元電路設(shè)計及仿真，利用Multisim開發(fā)軟件完成整機電路設(shè)計；</p><p>　　通過實際電路方案的比較分析，參數(shù)計算，元件選取，仿真測試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法；</p><p>　　了解與課程有關(guān)的電子電路以及元

12、器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確反映設(shè)計和實驗成果，能正確繪制電路圖；</p><p>　　掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會簡單電路的實驗調(diào)試和整機指標(biāo)測試方法。</p><p>　　2.4主要技術(shù)指標(biāo) </p><p>　?。?）中心頻率=12MHz</p><p>　?。?）頻率穩(wěn)定度≤0.1MHz

13、</p><p>　?。?）最大頻偏>10kHz </p><p>　?。?）輸出功率≥30mW </p><p>　?。?）電源電壓Vcc=12V</p><p><b>　　三、系統(tǒng)總述</b></p><p>　　3.1 調(diào)頻基本概念</p><p>　　調(diào)制

14、信號（低頻信號）去控制載波信號的幅度而實現(xiàn)的調(diào)制稱為調(diào)幅；同樣，若用調(diào)制信號去控制載波的頻率或相位而實現(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相位，通稱角度調(diào)制。</p><p>　　在模擬調(diào)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)射機與接收機兩部分組成，與調(diào)幅通信系統(tǒng)比較，除了調(diào)制與解調(diào)

15、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。</p><p>　　使載波頻率按照調(diào)制信號改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻。已調(diào)波頻率變化的大小由調(diào)制信號的大小決定，變化的周期由調(diào)制信號的頻率決定。已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調(diào)頻波用英文字母FM表示。</p><p>　　3.1.1 調(diào)頻波（FM）</p><p>

16、;<b>　　載波，調(diào)制信號；</b></p><p>　　通過FM調(diào)制，使得頻率變化量與調(diào)制信號1的大小成正比。即已調(diào)信號的瞬時角頻率</p><p>　　已調(diào)信號的瞬時相位為</p><p>　　3.1.2 FM性能指標(biāo)</p><p>　　因為頻率調(diào)制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構(gòu)

17、成，而必須根據(jù)調(diào)頻波的特點，提出具體實現(xiàn)的方法。對于調(diào)頻電路的性能指標(biāo)，一般有以下幾方面的要求：</p><p>　?。?）線性的調(diào)制特性。即已調(diào)波的瞬時頻率變化與調(diào)制信號成線性關(guān)系。</p><p>　　（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。</p><p>　　（3）最大頻率偏移與調(diào)制信號頻率無關(guān)。</p><p

18、>　?。?）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。</p><p>　　（5）無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡可能小。</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　3.2.1直接調(diào)頻原理</p><p>　　直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反

19、映調(diào)制信號變化規(guī)律。要用調(diào)制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號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頻率按調(diào)制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。</p><p>　?。?）改變振蕩回路的元件參數(shù)實現(xiàn)調(diào)頻</p><p>　　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

20、和電容。因而，根據(jù)調(diào)頻的特點，用調(diào)制信號去控制電感、電容或電阻的數(shù)值就能實現(xiàn)調(diào)頻。</p><p>　　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效應(yīng)管。</p><p>　?。?）控制振蕩器的工作狀態(tài)實現(xiàn)調(diào)頻</p><p>　　在微波發(fā)射機中，常用速調(diào)管振蕩器作為載波

21、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)制信號加至發(fā)射極即可實現(xiàn)調(diào)頻。</p><p>　　若載波是由多諧振蕩器產(chǎn)生的方波，則可用調(diào)制信號控制積分電容的充放電電流，從而控制其振蕩頻率。</p><p>　　3.2.2間接調(diào)頻原理</p><p>　　調(diào)頻波的數(shù)學(xué)表示式，在調(diào)制信號為uΩ(t)時，為</p><p>

22、　　uFM(t)=Ucm cos[ωct+kf ]</p><p>　　可見調(diào)頻波的相位偏移為kf ，與調(diào)制信號uΩ(t)的積分成正比。若將調(diào)制信號先通過積分器得 ，然后再通過調(diào)相器進行即可得到調(diào)制信號為u(t)的調(diào)相波，即</p><p>　　u(t)=Ucm cos[ωct+kP ]</p><p>　　因此，調(diào)頻可以通過調(diào)相間接實現(xiàn)。通常

23、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，然后在它的后級進行調(diào)相，得到的調(diào)頻波的中心頻率穩(wěn)定度很高。</p><p><b>　　3.3整體原理框圖</b></p><p>　　四、單元電路設(shè)計與仿真</p><p>　　4.1壓控振蕩器調(diào)頻電路</p><p

24、>　　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，能改變壓控振蕩器的振蕩頻率。該壓控振蕩器的頻率約為2.2-2.5GHz，由于振蕩頻率高，晶體管的極間電容、引線電

25、感等參數(shù)對振蕩頻率及工作狀態(tài)都有很大影響。</p><p>　　圖4-1-1 壓控振蕩器原理圖</p><p>　　壓控振蕩器工作原理及應(yīng)用</p><p>　　指輸出頻率與輸入控制電壓有對應(yīng)關(guān)系的振蕩電路,常以符號(VCO)。其特性用輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線來表示。圖中,Uc為零時的角頻率ω0,0稱為自由振蕩角頻率；曲線在ω0,0處的斜率K0

26、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。在自動頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個受控部件。</p><p>　　圖4-1-2壓控振蕩器的控制特性</p><p>　　圖4-1-3壓控振蕩器電路</p><p>　

27、　圖4-1-4壓控振蕩器波形</p><p>　　4.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路</p><p>　　直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調(diào)制信號變化規(guī)律。要用調(diào)制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調(diào)制信號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頻率按調(diào)制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)直接調(diào)頻。</p><

28、;p>　　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)的勢壘電容值會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現(xiàn)調(diào)頻。其原理電路如下所示：</p><p>　　圖4-2-1變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理電路</p><p>　　圖4-2-2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路</p><p>　　圖4-2-3變?nèi)荻O管直接調(diào)頻波形</p>

29、<p>　　圖4-2-4變?nèi)荻O管直接調(diào)頻頻譜</p><p><b>　　4.3上混頻電路</b></p><p>　　上混頻電路是將中頻信號和本地振蕩信號相混合得到射頻信號的輸出，本設(shè)計用三級管做混頻電路將中頻信號轉(zhuǎn)換為射頻信號。</p><p>　　圖4-3-1上混頻電路</p><p>　　圖4-3-

30、2上混頻電路波形</p><p>　　4.4三極管倍頻電路</p><p>　　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)），那么輸出回路對基波和其他諧波的阻抗很小，近對n次諧波的阻抗達到最大值，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頻率n 倍的輸出信號功率。</p

31、><p>　　圖4-4-1三極管倍頻電路</p><p>　　圖4-4-2三極管倍頻電路波形</p><p>　　4.5丙類諧振功率放大電路</p><p>　　丙類諧振功率放大器用來對載波信號或高頻已調(diào)波信號進行功率放大，其負載是LC振蕩回路，用以提高選擇性，改善輸出波形。</p><p>　　圖4-5-1丙類諧振功率放

32、大電路</p><p>　　圖4-5-2丙類諧振功率放大電路波形</p><p><b>　　五、整機電路設(shè)計</b></p><p>　　圖5-1調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)整機電路</p><p>　　六、高頻實驗平臺整機聯(lián)調(diào)</p><p>　　圖6-1調(diào)頻信號相位鑒頻</p><p&g

33、t;　　圖6-2脈沖計數(shù)式鑒頻</p><p><b>　　圖6-3鎖相環(huán)調(diào)頻</b></p><p><b>　　圖6-4鎖相環(huán)倍頻</b></p><p><b>　　七、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計中我承擔(dān)的具體任務(wù)是壓控振蕩器調(diào)頻電路設(shè)計仿真，以

34、及外圍電路的調(diào)試仿真。在分配了具體設(shè)計任務(wù)后，先從《通信電子線路》書中查找相關(guān)內(nèi)容，從網(wǎng)上查找相關(guān)電路仿真。然后使用軟件Multisim開發(fā)軟件設(shè)計電路，經(jīng)過不斷的修改調(diào)試最終仿真出波形。最后和同組同學(xué)一起完成了整機電路的設(shè)計。</p><p>　　在此次課程設(shè)計中，我充分體會到了熟練運用相關(guān)軟件的重要性，不像之前的電子技術(shù)課程設(shè)計，并沒有多少工作在計算機里實現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就

35、行了。本次課設(shè)都高度依賴計算機，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調(diào)節(jié)，可以說每一步都很艱難，每一步都是我們一步一個腳印結(jié)結(jié)實實踩下去的。通過課程設(shè)計，我們增強了對通信電子技術(shù)的理解，學(xué)會查尋資料﹑比較方案，學(xué)會通信電路的設(shè)計﹑計算；進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手﹑獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析﹑解決通信電子電路問題的實際本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計與仿真加深對基本原理的了解，增強了實踐能

36、力。</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　?。?）通信電子線路 侯麗敏 清華大學(xué)出版社 2008</p><p>　?。?）高頻電子線路實驗平臺說明書 南京潤眾科技有限公司</p><p>　?。?）通信原理 樊昌信 國防工業(yè)出版社 2006&