高頻課程設(shè)計(jì)-----變?nèi)荻O管調(diào)頻電路

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)基于LC振蕩器原理，通過(guò)改變變?nèi)荻O管兩端的電壓來(lái)改變電容，以達(dá)到改變頻率，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。整個(gè)設(shè)計(jì)由三點(diǎn)式振蕩器模塊、變?nèi)荻O管調(diào)頻模塊組成，完成了調(diào)頻電路設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　關(guān)鍵字：LC振蕩器 變?nèi)荻O管 調(diào)頻</p><p><b>　　目錄

2、</b></p><p><b>　　1方案選擇：3</b></p><p>　　2調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分析4</p><p>　　2.1FM調(diào)制原理：4</p><p>　　2.2 變?nèi)荻O管直接頻率調(diào)制的原理：4</p><p>　　2.3三極管的參數(shù)6</p>

3、;<p>　　3單元電路設(shè)計(jì)分析6</p><p>　　3.1LC振蕩電路6</p><p>　　3.2調(diào)制靈敏度7</p><p>　　3.3增加穩(wěn)定度的措施：8</p><p>　　3.3.1震蕩回路參數(shù)LC8</p><p>　　3.3.2溫度補(bǔ)償法9</p>

4、<p>　　3.3.3回路電阻9</p><p>　　3.3.4加緩沖級(jí)10</p><p>　　3.3.5有源器件的參數(shù)10</p><p>　　4各單元電路元器件參數(shù)設(shè)置：11</p><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置：11</p><p>　　4.2調(diào)頻電路的直流參數(shù)設(shè)置

5、11</p><p>　　4.3交流電路參數(shù)設(shè)置：11</p><p>　　4.4 計(jì)算調(diào)制信號(hào)的幅度13</p><p><b>　　元器件清單14</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16&

6、lt;/b></p><p><b>　　附錄17</b></p><p><b>　　1方案選擇：</b></p><p>　　產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)的電路叫做調(diào)頻器，對(duì)他有4個(gè)主要的要求：</p><p>　　已調(diào)波的瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號(hào)成比例變化。</p><p>　　未調(diào)

7、制時(shí)的載波頻率即已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度。</p><p>　　最大頻偏與調(diào)制頻率無(wú)關(guān)。</p><p>　　無(wú)寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡量小。</p><p>　　產(chǎn)生調(diào)頻的方法主要?dú)w納為兩類：</p><p>　　1 用調(diào)制信號(hào)直接控制載波的瞬時(shí)頻率——直接調(diào)頻。</p><p>　　2先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載

8、波進(jìn)行調(diào)相，結(jié)果得到調(diào)頻波——間接調(diào)頻。</p><p>　　變?nèi)荻O管調(diào)頻的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得較大的頻移（相對(duì)于間接調(diào)頻而言），線路簡(jiǎn)單，并且?guī)缀醪恍枰{(diào)制功率，其主要缺點(diǎn)是中心頻率的穩(wěn)定度低。</p><p>　　在滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)的基礎(chǔ)上盡量簡(jiǎn)化電路。因此本次課程設(shè)計(jì)采用2CC1C變?nèi)荻O管進(jìn)行直接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　2調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分析&

9、lt;/p><p>　　2.1FM調(diào)制原理：</p><p>　　FM調(diào)制是靠信號(hào)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(shè)載波,調(diào)制波。</b></p><p>　　或，此時(shí)的頻率偏移量△f為最大頻率偏移。</p><p>　　最后得到的被調(diào)制波 , V

10、m 隨Vs的變化而變化。</p><p><b>　　為調(diào)制系數(shù)</b></p><p>　　2.2變?nèi)荻O管直接頻率調(diào)制的原理：</p><p>　　變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種半導(dǎo)體二極管，它是一種電壓控制可變電抗元件，它的結(jié)電容Cj與反向電壓VR存在如下關(guān)系：</p><p&

11、gt;　　式中，VD為PN結(jié)的勢(shì)壘電壓（內(nèi)建電勢(shì)差），Cj0為VR為0時(shí)的結(jié)電容，γ為系數(shù)，它的值隨半導(dǎo)體的摻雜濃度和PN結(jié)的結(jié)構(gòu)不同而異：對(duì)于緩變結(jié)，γ=1/3；突變結(jié)：γ=1/2;對(duì)于超突變結(jié)，γ=1~4，最大可達(dá)6以上。</p><p>　　圖2.1 變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線</p><p>　　變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線如圖2.1所示。</p><p&g

12、t;　　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(hào)電壓VΩ(t)=VΩcosΩt，即。</p><p>　　結(jié)電容在vR(t)的控制下隨時(shí)間的變化而變化。把受到調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)荻?jí)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(diào)制信號(hào)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(shí)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(diǎn)Q處，曲線的斜率為</p><p><

13、;b>　　。</b></p><p><b>　　2.3三極管的參數(shù)</b></p><p>　　圖2.2高頻三極管的參數(shù)</p><p>　　3單元電路設(shè)計(jì)分析</p><p>　　3.1LC振蕩電路</p><p>　　本電路采用常見(jiàn)的電容三點(diǎn)式震蕩電路實(shí)現(xiàn)LC振蕩，如圖

14、3.1，簡(jiǎn)便易行，變?nèi)荻O管電容作為組成LC振蕩電路的一部分，電容值會(huì)隨加在其兩端的電壓的變化而變化，從而達(dá)到了變頻的目的。</p><p>　　Rc，Re，RB1，RB2設(shè)置LC震蕩電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，L1，C1構(gòu)成LC震蕩電路，CC,DC接入LC振蕩電路改變振蕩頻率構(gòu)成調(diào)頻電路。R1、R2、R3提供變?nèi)荻O管工作所需的直流偏置。信號(hào)VΩ從C5接入，電感L2是一低通線圈，可以過(guò)濾掉信號(hào)的高頻部分。圖3.2為調(diào)頻電

15、路的交流等效電路。變?nèi)荻O管的接入方式為部分接入，如果去掉與之串聯(lián)的CC則為全部接入。</p><p>　　圖3.1調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p>　　圖3.2三點(diǎn)式振蕩電路</p><p><b>　　3.2調(diào)制靈敏度</b></p><p>　　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

16、為 kHz/V，即</p><p>　　VΩm為調(diào)制信號(hào)的幅度；△fm為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化△Cj時(shí)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(shí)，△fm與△C∑的關(guān)系可采用下面近似公式，即</p><p>　　∴ p↑ △f ↑ ，△Cj↑ △f ↑。 </p><p>

17、　　調(diào)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(shí)諧振回路的總電容， 即</p><p>　　∴ C1↓Sf↑ △f↑</p><p>　　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(jì)算。Sf越大，說(shuō)明調(diào)制信號(hào)的控制作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的頻偏越大。 改變CC的值可以使變?nèi)荻O管的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)到最佳狀

18、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(shù)LC</p><p>　　顯然LC如有變化，必然引起震蕩頻率的變化，影響LC飛變化的因素有：元件的機(jī)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(jī)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?yàn)楫?dāng)溫

19、度變化時(shí)，不僅會(huì)使LC的數(shù)值發(fā)生變化，而且會(huì)引起電子器件的參數(shù)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(nèi)，LC采用溫度系數(shù)低的材料制成。</p><p>　　3.3.2溫度補(bǔ)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><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

20、的用回路的固有頻率f0來(lái)表示。</p><p>　　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為</p><p>　　若選用合適的負(fù)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(bǔ)償法。</p><p>　　3.3.3回路電阻</p><p>

21、　　r的大小是由振蕩器的負(fù)載決定的，負(fù)載重時(shí)，r大，負(fù)載輕時(shí)r小，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，振蕩頻率也隨之變化。為了減小r的影響盡量使負(fù)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(jí)</p><p>　　為了減弱后級(jí)電路對(duì)主振器的影響，可在主振器后面加入緩沖級(jí)。所謂緩沖級(jí)，就是實(shí)際上是一級(jí)不需要推動(dòng)功率的放大器（工作于甲類）。</p>

22、<p>　　3.3.5有源器件的參數(shù)</p><p>　　晶體管為有源器件時(shí)，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(huì)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。</p><p>　　采用高穩(wěn)定度LC振蕩電路</p><p>　　例如采用克拉潑電路如圖3.2所示：</p>

23、<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(kāi)，使反饋系數(shù)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(nèi)的有源器件的參數(shù)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，C2并聯(lián)，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

24、C3也不能無(wú)限制的減小。</p><p>　　4各單元電路元器件參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)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=6V。可以求出Rc+Re=3KΩ，取Rc=2KΩ，Re=1KΩ；</p>

25、<p>　　β=60，IBQ=β×IBQ，為使減小IBQ對(duì)偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)效果的影響，取RB1和RB2上流過(guò)的電流IB>>IBQ，取RB1=28KΩ，RB2=8.2KΩ。</p><p>　　4.2調(diào)頻電路的直流參數(shù)設(shè)置</p><p>　　根據(jù)2CC1C數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的變?nèi)荻O管的Cj-v特性曲線（如圖1），取變?nèi)荻O管的正常工作的反向偏置電壓為4V

26、，R1與R2為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時(shí)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(diào)制信號(hào)VΩ對(duì)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(shù)設(shè)置：</p><p>　　由LC震蕩頻率的計(jì)算公式可求出，若取C1=100pF，則L1≈10H。&

27、lt;/p><p>　　實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整L1的圈數(shù)或C1的值。</p><p>　　電容C2、C3由反饋系數(shù) 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>　　本題給定變?nèi)荻O管的型號(hào)為2CC1C，已測(cè)量出其Cj-v 曲線如圖1所示。取變?nèi)?/p>

28、管靜態(tài)反向偏壓VQ=－4V，由特性曲線可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容CQ=75pF。2CC1C屬于突變結(jié)，γ=0.5，圖4為變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的等效電路，接入系數(shù)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(duì)變?nèi)莨艿挠绊懀?p應(yīng)取小，但p過(guò)小又會(huì)使頻偏達(dá)不到指標(biāo)要求?？梢韵热=0.2，然后在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試。當(dāng)VQ=－4V時(shí)，對(duì)應(yīng)CQ=75pF，則CC 18.8 pf 。取標(biāo)稱值20pF。<

29、;/p><p>　　圖4.1交流等效電路圖</p><p>　　4.4計(jì)算調(diào)制信號(hào)的幅度</p><p>　　為達(dá)到最大頻偏△fm的要求，調(diào)制信號(hào)的幅度VΩm，可由下列關(guān)系式求出。</p><p>　　由Cj-v 曲線得變?nèi)莨?2CC1C 在VQ= – 4V 處的斜率</p><p>　　PF/V,得調(diào)制信號(hào)的幅度

30、</p><p>　　VΩm=ΔCj / kc= 0.92V。</p><p>　　調(diào)制靈敏度Sf 為KHz/V</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)本周的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到課本上的知識(shí)的實(shí)際應(yīng)

31、用，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了思考和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這次做課程設(shè)計(jì)，給我留下了很深的印象。上了三年大學(xué)，學(xué)了三年電子，發(fā)覺(jué)自己竟然連一只三極管還沒(méi)有學(xué)會(huì)?？磥?lái)做什么都要有追根求底的精神。不然什么都只是知道，卻什么都不精通，這是將來(lái)走上社會(huì)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(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到了知識(shí)和實(shí)踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識(shí)，才能有清晰的思路，知道每一步

32、該怎樣走。才能順利的解決每一個(gè)問(wèn)題。就以這次課程設(shè)計(jì)為例，剛拿到題目的時(shí)候，大致看一下要求，根據(jù)平時(shí)所學(xué)的知識(shí)，腦海中就立刻會(huì)想到應(yīng)該用到的元器件，然后再去圖書(shū)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(lái)了。但是，在具體的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎(chǔ)知識(shí)掌握得不牢固。所以，這次課程設(shè)計(jì)在讓我認(rèn)識(shí)了知識(shí)的重要性之外，更讓我明白了自己理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的欠缺。</p><p>

33、　　一周的課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，但是在這期間所學(xué)的知識(shí)和老師的指導(dǎo)卻讓我難以忘記。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1：李銀華電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京航空航天大學(xué)出版社2005.6</p><p>　　2：謝自美電子線路設(shè)計(jì)·試驗(yàn)·測(cè)試華中科技大學(xué)出版社2003</p>

34、<p>　　3：張肅文高頻電子電路高等教育出版社2004.11</p><p>　　4：陽(yáng)昌漢高頻電子電路哈爾濱工程大學(xué)出版社2001</p><p>　　4：張鳳言電子電路基礎(chǔ)高等教育出版社1995</p><p>　　5：陽(yáng)昌漢高頻電子線路學(xué)習(xí)與解題指導(dǎo)哈爾濱工程大學(xué)出版 2004</p><p>　　6