高頻課程設計-----變容二極管調頻電路

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設計基于LC振蕩器原理，通過改變變容二極管兩端的電壓來改變電容，以達到改變頻率，從而實現(xiàn)設計的要求。整個設計由三點式振蕩器模塊、變容二極管調頻模塊組成，完成了調頻電路設計的要求。</p><p>　　關鍵字：LC振蕩器 變容二極管 調頻</p><p><b>　　目錄

2、</b></p><p><b>　　1方案選擇：3</b></p><p>　　2調頻電路設計原理分析4</p><p>　　2.1FM調制原理：4</p><p>　　2.2 變容二極管直接頻率調制的原理：4</p><p>　　2.3三極管的參數(shù)6</p>

3、;<p>　　3單元電路設計分析6</p><p>　　3.1LC振蕩電路6</p><p>　　3.2調制靈敏度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溫度補償法9</p>

4、<p>　　3.3.3回路電阻9</p><p>　　3.3.4加緩沖級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)設置：11</p><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數(shù)設置：11</p><p>　　4.2調頻電路的直流參數(shù)設置

5、11</p><p>　　4.3交流電路參數(shù)設置：11</p><p>　　4.4 計算調制信號的幅度13</p><p><b>　　元器件清單14</b></p><p><b>　　設計體會15</b></p><p><b>　　參考文獻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>　　已調波的瞬時頻率與調制信號成比例變化。</p><p>　　未調

7、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(chǎn)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——直接調頻。</p><p>　　2先將調制信號積分，然后對載

8、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(shù)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路設計。</p><p>　　2調頻電路設計原理分析&

9、lt;/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為最大頻率偏移。</p><p>　　最后得到的被調制波 , V

10、m 隨Vs的變化而變化。</p><p><b>　　為調制系數(shù)</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，它的結電容Cj與反向電壓VR存在如下關系：</p><p&

11、gt;　　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(shù)，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>　　變容二極管的Cj-v特性曲線如圖2.1所示。</p><p&g

12、t;　　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(xiàn)了調頻。設電路工作在線性調制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點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單元電路設計分析</p><p>　　3.1LC振蕩電路</p><p>　　本電路采用常見的電容三點式震蕩電路實現(xiàn)LC振蕩，如圖

14、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。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

15、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(lián)的CC則為全部接入。</p><p>　　圖3.1調頻信號產(chǎn)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><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

16、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>　　∴ p↑ △f ↑ ，△Cj↑ △f ↑。 </p><p>

17、　　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，說明調制信號的控制作用越強，產(chǎn)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

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，首先就應選取標準性高的，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

19、度變化時，不僅會使LC的數(shù)值發(fā)生變化，而且會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，LC采用溫度系數(shù)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><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>

22、<p>　　3.3.5有源器件的參數(shù)</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(shù)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(shù)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><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，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也不能無限制的減小。</p><p>　　4各單元電路元器件參數(shù)設置：</p><p>　　4.1LC震蕩電路直流參數(shù)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=6V?？梢郧蟪鯮c+Re=3KΩ，取Rc=2KΩ，Re=1KΩ；</p>

25、<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(shù)設置</p><p>　　根據(jù)2CC1C數(shù)據(jù)手冊提供的變容二極管的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

26、，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(shù)設置：</p><p>　　由LC震蕩頻率的計算公式可求出，若取C1=100pF，則L1≈10H。&

27、lt;/p><p>　　實驗中可適當調整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

28、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(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。可以先取p=0.2，然后在實驗中調試。當VQ=－4V時，對應CQ=75pF，則CC 18.8 pf 。取標稱值20pF。<

29、;/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= – 4V 處的斜率</p><p>　　PF/V,得調制信號的幅度

30、</p><p>　　VΩm=ΔCj / kc= 0.92V。</p><p>　　調制靈敏度Sf 為KHz/V</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　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識的實際應

31、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，學了三年電子，發(fā)覺自己竟然連一只三極管還沒有學會?？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，知道每一步

32、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(jù)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><p>

33、　　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>　　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</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>　　6