变容二极管调频电路课程设计.doc

1、皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 1 - 目录摘要1 题目分析2 系统方案论证2.1 电路设计原理2.2 电路的设计方案2.3 电路设计2.4 主振电路设计原理分析2.5 变容二极管直接调频电路2.6 调频信号分析2.7 变容二极管频率调制的原理3 电路工作分析3.1 谐振回路总电容3.2 调制灵敏度4. 增加电路稳定度4.1 震荡回路参数 LC4.2 温度补偿法4.3 回路电阻4.4 增加缓冲级4.5 有源器件参数4.6 高稳定度 LC 振荡电路5. 电路元器件参数设置5.1 LC 震荡电路直流参数设置5.2 变容管调频电路参数设置5.3 放大电路参数设置5.4 调制信号的幅

2、度计算皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 2 - 6. 元器件清单7. 电路调试8.课程答辩9.实验心得体会10.致谢11.参考文献皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 3 - 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 th

3、e microelectronic technology further union and the development caused the electronic circuit 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 t

4、he new devices are specially designed.The FM broadcast has the resistance to interference strongly, 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 modulat

5、ion broadcasting stations dozens of times, is advantageous for transmits the high fidelity 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

6、 in the 308000Hz scope. When frequency modulation, may expand the tonic train signaling frequency range to 3015000Hz, causes the tonic train signaling the frequency spectrum component to be richer, the sound quality is greatly the enhancement. 随着电子与通信技术的不断进步，各种新兴电子产品的开发速度越来越快。现代计算机技术和微电子技术的进一步结合和发展使

7、得电子电路和通信线路出现了二个分支。一个是朝着更高集成度的集成电路发展：而另一个是利用分立元件和硬件描述语言对新型器件进行专门设计。调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。调频电台的频带通常大约是 200250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于 308000Hz 的范围内。在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至 3015000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。目前，应用最广泛的是采用变容二极管直接调频技术，即利用二极管反偏工作的PN

8、 结呈现的势垒电容，它与回路中的电感共同构成振荡器的振荡回路，从而作为振荡频率直接调频电路。它具有工作频率高、固有损耗小和使用方便等优点。变 容 二 极 管 为 特 殊 二 极 管 的 一 种 。 当 外 加 顺 向 偏 压 时 ， 有 大 量 电 流 产 生 ，PN（ 正 负 极 ） 接 面 的 耗 尽 区 变 窄 ， 电 容 变 大 ， 产 生 扩 散 电 容 效 应 ； 当 外 加 反 向 偏 压皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 4 - 时 ， 则 会 产 生 过 渡 电 容 效 应 。 但 因 加 顺 向 偏 压 时 会 有 漏 电 流 的 产 生 ， 所 以 在 应

9、用 上均 供 给 反 向 偏 压 。在 变 容 二 极 管 直 接 调 频 电 路 中 ， 变 容 二 极 管 作 为 一 压 控 电 容 接 入 到 谐 振 回 路 中 ，有 所 学 的 正 弦 波 振 荡 器 章 节 中 ， 我 们 知 道 振 荡 器 的 振 荡 频 率 由 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率决 定 。 因 此 ， 党 变 容 二 极 管 的 结 电 容 随 加 到 变 容 二 极 管 上 的 电 压 变 化 时 ， 由 变 容 二极 管 的 结 电 容 和 其 他 回 路 元 件 决 定 的 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率 也 就 随 之 变 化 ， 若 此 时 谐

10、振 回 路 的 谐 振 频 率 与 加 到 变 容 二 极 管 上 的 调 制 信 号 呈 线 性 关 系 ， 就 完 成 了 调 频 的 功能 ， 这 也 是 变 容 二 极 管 调 频 的 原 理 。关键词：LC 振荡电路、变容二极管、调频皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 5 - 1. 题目分析1.本课程设计目的变容二极管调频原理，就是把要传送的信息（例如语言、音乐）作为调制信号去控制载波（高频振荡）的瞬时频率，使其按调制信息的规律变化。为了减小高频电压对变容二极管的作用，减小中心频率的漂移，这是变容二极管部分接入振荡回路。2.本课程设计主要技术要求输入调制信号 1KHz

11、大小为 200mv 的正弦波，也可用 1KHz 的方波主振频率 f0=20.945MHz，最大频偏f m= 20KHz3从频谱仪上看到 20.945MHz+20KHz 的双峰调频波3.本课程设计进度安排： 12.19-12.30课程设计各阶段名称 各阶段起止日期1 课程设计准备、查资料 12.19-12.202 方案论证、计算机辅助设计、列元器件清单12.21-12.243 设计电路与调试 12.26-12.28进度安排4 撰写课程设计报告。答辩 12.29-12.30皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 6 - 2.系统方案论证2.1 电路设计原理变 容 二 极 管 为 特 殊

12、二 极 管 的 一 种 。 当 外 加 顺 向 偏 压 时 ， 有 大 量 电 流 产 生 ，PN（ 正 负 极 ） 接 面 的 耗 尽 区 变 窄 ， 电 容 变 大 ， 产 生 扩 散 电 容 效 应 ； 当 外 加 反 向 偏 压时 ， 则 会 产 生 过 渡 电 容 效 应 。 但 因 加 顺 向 偏 压 时 会 有 漏 电 流 的 产 生 ， 所 以 在 应 用 上均 供 给 反 向 偏 压 。在 变 容 二 极 管 直 接 调 频 电 路 中 ， 变 容 二 极 管 作 为 一 压 控 电 容 接 入 到 谐 振 回 路 中 ，有 所 学 的 正 弦 波 振 荡 器 章 节 中 ，

13、 我 们 知 道 振 荡 器 的 振 荡 频 率 由 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率决 定 。 因 此 ， 党 变 容 二 极 管 的 结 电 容 随 加 到 变 容 二 极 管 上 的 电 压 变 化 时 ， 由 变 容 二极 管 的 结 电 容 和 其 他 回 路 元 件 决 定 的 谐 振 回 路 的 谐 振 频 率 也 就 随 之 变 化 ， 若 此 时 谐振 回 路 的 谐 振 频 率 与 加 到 变 容 二 极 管 上 的 调 制 信 号 呈 线 性 关 系 ， 就 完 成 了 调 频 的 功能 ， 这 也 是 变 容 二 极 管 调 频 的 原 理 。2.2 电路的设计方案变

14、容二极管直接调频电路由于变容二极管的电容变化范围大，因而工作频率变化就大，可以得到较大的频偏，且调制灵敏度高、固有损耗小、使用方便、构成的调频器电路简单。因而变容二极管直接调管频器是一种应用非常广泛的调频电路。2.3 电路设计变容二极管调频电路主要是由主振电路和变容二极管直接调频电路构成，电路如图所示。皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 7 - C14100nFC9100pFC10330pFC82330pFC724pFC330pFC1233pFC1310nFR42kR51kR615kR78.2kR23.9kR3180kR120k R88.2kR910kR101.5kC14.7uF

15、W220kKey=A50%CC1100pFKey=A50%W15kKey=A50% L41.2uHL147uHKey=A50%D1BB910V112 V C85pF21C1110nF8XFG1XSC1A BExt Trig+_ + _Q12N3391Q22N339110121459616181303不加调制信号C14100nFC9100pFC10330pFC82330pFC724pFC330pFC1233pFC1310nFR42kR51kR615kR78.2kR23.9kR3180kR120k R88.2kR910kR101.5kC14.7uFW220kKey=A50%CC1100pFKey=

16、A50%W15kKey=A50% L41.2uHL147uHKey=A50%D1BB910V112 V C85pF21C1110nF8XFG1XSC1A BExt Trig+_ + _Q12N3391Q22N3391101214596161813340加入调制信号皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 8 - 变容二极管调频电路2.4 主振电路设计原理分析端口通过滤直电容 C82 输入频率为 1KHz 大小为 200mv 的调制信号，并且频率由零慢慢增大，端口 12 输出调频信号。T1,T2 为 3DG12C 三极管，C9、C10、C7、L4、CC1、C8 为主振回路，D1 为 Bb

17、910 变容二极管。为了减小三极管的极间电容 Cce、C be、C cb 这些不稳定电容对振荡频率的影响，要求 C9C7,C10C7，且 C7越小，这种影响就越小，回路的标准性也就越高。则回路的谐振频率是 CfoL21本电路采用常见的电容三点式振荡电路实现 LC 振荡，简便易行。式中，L 为 LC 振荡电路的总电感量，C 为振荡电路中的总电容，主要取决于 C3、C7、C8、Cc1 及变容二极管反偏时的结电容 Cj。 ，变容二极管电容 Cj 作为组成 LC 振荡电路的一部分，电容值会随加在其而端的电压的变化而变化，从而达到变频的目的。R4、R5、R6、R7 和 W2 调节并设置电容三点式振荡器中

18、 T1 管的静态工作点，R8、R9、R10 调节并设置 T2 管的静态工作点，C7、C9、C10 以及 L4、CC1、C8 构成 LC 振荡电路。电容三点式振荡器电路等效电路如下图所示。T33DG12CC9100pFC10330pFL1.2uH6117电容三点式振荡器等效电路皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 9 - 2.5 变容二极管直接调频电路设计原理分析图 1.1 中，直接调频电路由变容二极管(Bb910)D1，耦合电容 C1、C3、C82，偏置电阻 R1、R2，隔离电阻 R3 和电位器 W1 构成。接入系数 ， （C3 由不同电容Cjp3值的电容代替，保证接入系数不同）其

19、中等效电路图如下图所示。LCaCJC3213变容二极管部分接入等效图无调制时，谐振回路的总电容为： 式中 ， （由于 C9 和 C10 电容值远大于 C7,C9 和 C10 可串联忽略）718CaCQ 为静态工作点是所对应的变容二极管结电容。调频电路中，R1、R2、R3 和 W1 调节并设置变容二极管的反偏工作点电压 VQ， ，调制信号 v 经 C82 和高频扼流圈 L1 加到二极管上。为了使 VQ 和 v 能有效的加到变容管上，而不至于被振荡回路中 L4 所短路，须在变容管和 L4 之间接入隔直流电容 C3，要求它对高频接近短路，而对调制频率接近开路。C1 为高频滤波电容，要求它对高频的容抗

20、很小，近似短路，而对调制频率的容抗很大，近似开路。信号 V 从端口通过 C82 输入，C82 为隔直电容，滤除输入信号中掺杂的直流成分。电感 L1 为高频扼流圈，要求它对高频的感抗很大，近似开路，而对直流和调制频率近似短路。对高频而言，L1 相当于断路，C3 相当于短路，因而 C3 和二极管 D1 接入 LC 振荡电路，并组成振荡器中的电抗分量，等效电路如下左图所示。对直流和调制频率而言，由于 C3 的阻断，因而 VQ 和v 可以有效的加到变容管上，不受振荡回路的影响，等效电路如下右图所示。Q3QCa皖西学院机电学院电信专业电子线路课程设计任务书- 10 - LCaCJC3213 D1VVQ2

21、13高频通路 直流和调制频率通路2.6 调频信号分析FM 调制是靠调频使信号频率发生变化，振幅可保持不变，所以噪声易消除。设载波 twVcmcos,调制波 twVsmsco。则 wsc或 fffscm2，此时的频率偏移量f 为最大频率偏移。最后得到的被调制波 mcmVsin , V m 随 Vs 的变化而变化。t sscmtwtwd0)/()sinsi(/ittVccmscsfw为调制系数2.7 变容二极管直接调频电路变容二极管具有 PN 结，利用 PN 结反向偏置时势垒电容随外加反向偏压变化的机理，在制作半导体二极管的工艺上进行特殊处理，以控制半导体的掺杂浓度和掺杂分布，可以使二极管的势垒电容灵敏地随反偏电压变化且呈现较大的变化，这样就制作成了变容二极管。