基于集成電路的調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)與制作

1、南 京 師 范 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）（2007 屆）題 目：基于集成電路的調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)與制作 學(xué) 院： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 南京師范大學(xué)教務(wù)處 制目 錄第一部分摘要第一章 緒論 41.1 導(dǎo)言 41.2 信息傳輸 41.3 本課題的研究?jī)?nèi)容 5第二章角度調(diào)制 62.1 角度調(diào)制的原理 6 2.2 調(diào)頻電路 9第三章方案論證及硬件電路的實(shí)現(xiàn) 143.1 方案的選擇 14 3.2 硬件電路的制作 20 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 22 第四章 總結(jié)與展望 264.1 本設(shè)計(jì)的總結(jié) 26 4.2 本課題今后的研究方向 26 第二部分致謝參考文

2、獻(xiàn)摘要:調(diào)頻，指的是用調(diào)制信號(hào)直接控制主振蕩器回路元件的參量L或C，使載波頻率受到控制，并按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)頻電路分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻。它的主要參數(shù)有調(diào)制特性、調(diào)制靈敏度、中心頻率和最大頻偏。本文先從理論上介紹了調(diào)頻電路分類，然后對(duì)不同的調(diào)頻電路進(jìn)行比較。其中重點(diǎn)對(duì)基于集成電路的調(diào)頻電路進(jìn)行了研究，并通過(guò)制作實(shí)際電路進(jìn)行比較后，觀察基于集成電路的調(diào)頻電路相對(duì)于其他調(diào)頻方式的優(yōu)越性。再對(duì)用不同集成電路制作的調(diào)頻電路進(jìn)行對(duì)比，觀察選用哪種集成電路調(diào)試出的調(diào)頻波形更好。調(diào)制特性：調(diào)頻波的頻率偏移與調(diào)制電壓的關(guān)系。調(diào)制靈敏度：?jiǎn)挝徽{(diào)制電壓變化所產(chǎn)生的頻率偏移稱為調(diào)制靈敏度。中心頻率：調(diào)頻波的中

3、心頻率就是載波頻率。最大頻偏：在正常調(diào)制電壓作用下，所能達(dá)到的最大頻率偏移稱最大頻偏fm。關(guān)鍵詞: 集成電路調(diào)頻調(diào)制信號(hào)調(diào)制特性調(diào)制靈敏度載波中心頻率頻偏Abstract： The frequency modulation, refers is with modulation signal positive governing main oscillator return route part parameter L or C, causes the carrier frequency to receive the control, and filters the change accordi

4、ng to the modulation signal gauge. The frequency modulation electric circuit divides into the direct-frequency modulation and the indirect-frequency modulation. Its main parameter has the modulating characteristic, the modulation sensitivity, the center frequency and the greatest frequency leaning.

5、This article first theoretically introduced the frequency modulation electric circuit classification, then carries on the comparison to the different frequency modulation electric circuit.Focusing on integrated circuits based on the frequency of the circuit, through the production and compare the ac

6、tual circuit, Based on the observation of the IC circuit FM frequency relative to other forms of superiority. Another pair of different frequency integrated circuits produced by the circuit contrast, Observation of the choice of the IC testing frequency waveform better. Modulation characteristics：FM

7、 wave modulation frequency offset voltage relationship. Modulation sensitivity ：unit modulation voltage changes the modulation frequency offset as sensitivity. Center frequency ： FM wave frequency is the center carrier frequency.the greatest frequency leaning ：the normal modulation voltage, it can a

8、chieve the maximum frequency offset the biggest shift fm said.Key words:IC Frequency modulation Modulation signal Modulating characteristic Modulation sensitivity carrier frequency the center frequency the greatest frequency leaning第一章 緒 論1.1 導(dǎo) 言 信息技術(shù)是當(dāng)前的熱門話題。信息技術(shù)概括起來(lái)包括兩類技術(shù)：信息的處理與信息的傳輸。信息是一個(gè)抽象的概念，它的

9、具體形式是什么？信息傳輸?shù)囊饬x是什么？人們用什么方法來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸？在傳輸?shù)倪^(guò)程中怎樣提高信息傳輸?shù)目煽啃院陀行裕?本文將通過(guò)制作調(diào)頻電路，聯(lián)系實(shí)際來(lái)解釋這些問(wèn)題。1.2 信息傳輸2.2.1 信息傳輸?shù)谋尘昂鸵饬x21世紀(jì)人類已進(jìn)入信息時(shí)代，人們可用各種方式方便便捷地傳遞與接受信息。人類社會(huì)的信息主要是以聲音、圖像、文字、和符號(hào)等形式出現(xiàn)。各種類型的信息對(duì)人類社會(huì)生活產(chǎn)生了極大的影響，如軍事信息影響戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)，甚至決定國(guó)家的存亡；經(jīng)濟(jì)信息影響交易的成敗和公司的興衰；文娛信息給人以愉快和享受。19世紀(jì)前，遠(yuǎn)距離傳遞信息很難，在古代，人們?cè)梅榛饌鬟f敵情，用快馬傳遞書信，這些都是遠(yuǎn)距離傳送信息的例

10、子。直到19世紀(jì)人類掌握電磁學(xué)理論后，信息的傳輸才有了新的進(jìn)展。有線電話和電報(bào)將聲音和文字變成電信號(hào)傳送，能夠迅速、準(zhǔn)確的傳遞遠(yuǎn)距離信息，是通信技術(shù)的重大突破。但有線電報(bào)和電話需要依靠導(dǎo)線傳送信號(hào)，使用受到限制。能否不用導(dǎo)線，在空間傳遞信號(hào)？隨后發(fā)明的無(wú)線電通信就解決了這個(gè)問(wèn)題。無(wú)線電發(fā)送是以自由空間為傳輸信道，把需要傳送的信息變換成無(wú)線電波傳送到遠(yuǎn)方的接受點(diǎn)。為什么要用無(wú)線電波把信息傳送出去呢？信息傳送通常滿足兩個(gè)基本要求，一是希望傳送距離遠(yuǎn)，二是要實(shí)現(xiàn)多路傳輸，且各路信號(hào)傳輸時(shí)不應(yīng)互相干擾。依靠聲音在空氣中遠(yuǎn)距離傳播肯定是不行的。其原因是聲波在空氣中傳播的速度很慢而且衰減很快，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距

11、離傳播。再則，人耳聽到的聲音的頻率約在20赫茲到20K赫茲之間，若將聲音直接傳送，多路聲音會(huì)混在一起，接受時(shí)就難于分辨，不能實(shí)現(xiàn)選擇功能。為了把聲音傳送到遠(yuǎn)方去，常用的方法是將聲音變成電信號(hào)，再通過(guò)發(fā)送設(shè)備送出去。電信號(hào)是與聲音同頻率的交變電磁振蕩信號(hào)，可以利用天線向空間輻射出去。電磁波在空氣中的傳播速度很快。在天線高度足夠的條件下是能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送的。但是，無(wú)線電波通過(guò)天線輻射，天線的長(zhǎng)度就必須和電磁振蕩的波長(zhǎng)相近，才能有效的把電磁振蕩波輻射出去。對(duì)于頻率為20赫茲到20K赫茲的聲頻來(lái)說(shuō)，其波長(zhǎng)（15Km15000Km）。那么這樣大尺寸的天線，制造是很困難的。即使可以做出，由于各個(gè)電臺(tái)所發(fā)

12、出的信號(hào)頻率范圍相同，接收者也無(wú)法接收到所需要的信號(hào)。 2.2.3 調(diào)制技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 圖1-1 如圖1-1所示，振蕩器產(chǎn)生等幅的高頻正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)倍頻后，即為載波頻率信號(hào)；然后載波頻率信號(hào)被基帶信號(hào)調(diào)制，產(chǎn)生高頻已調(diào)信號(hào)，最后再經(jīng)功率放大器放大，獲得足夠大的發(fā)射功率，作為射頻信號(hào)發(fā)送到空間。1.3 本課題研究的內(nèi)容從開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)到現(xiàn)在，我查閱了大量的文獻(xiàn)。關(guān)于調(diào)頻電路，有很多種方式去實(shí)現(xiàn)，比如用變?nèi)荻O管去控制載波的頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，或者用數(shù)字調(diào)頻如FSK。本文研究的是基于集成電路的調(diào)頻方式?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的射頻芯片有很多，各種芯片之間的性能怎么樣，調(diào)頻效果如何，這些本文都進(jìn)行了比較。本文

13、在第一章的緒論中介紹了調(diào)頻技術(shù)的背景和意義；第二章介紹了角度調(diào)制的原理和實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的三種方法，列舉了幾種產(chǎn)生載波的振蕩器；第三章對(duì)選擇的方案進(jìn)行論證比較，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析；第四章是對(duì)在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，以及計(jì)劃了自己以后的研究方向；最后是謝辭和參考文獻(xiàn)。在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我對(duì)基于集成電路的調(diào)頻方式有了全面的認(rèn)識(shí)，雖然在過(guò)程中有很多不足，但是我對(duì)集成電路調(diào)頻的原理有了一定的理解，也對(duì)調(diào)頻波形有了感性的認(rèn)識(shí)，了解了集成電路相對(duì)于其他調(diào)頻方式的優(yōu)點(diǎn)。另外，用集成電路去實(shí)現(xiàn)調(diào)頻也可細(xì)分為幾種方法，如鎖相環(huán)調(diào)頻，直接調(diào)頻。本文在第三章對(duì)這兩種方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并對(duì)產(chǎn)生出的調(diào)頻波

14、形進(jìn)行了對(duì)比，并得出了結(jié)論。第二章角度調(diào)制調(diào)頻電路屬于角度調(diào)制,其目的是為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳播。角度調(diào)制是利用調(diào)制信號(hào)去控制載波信號(hào)的頻率或相位來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的。角度調(diào)制分為兩種：一種是頻率調(diào)制（FM），另一種是相位調(diào)制（PM）。2.1 角度調(diào)制的原理2.1.1 調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式設(shè)載波信號(hào)電壓為 式中，為載波的瞬時(shí)相位；為載波信號(hào)的角頻率；為載波初相角（一般的可以令0）。 設(shè)調(diào)制信號(hào)電壓（單音頻信號(hào)）為 式中為調(diào)制信號(hào)的角頻率。根據(jù)調(diào)頻的定義，載波信號(hào)的瞬時(shí)角頻率隨調(diào)制信號(hào)線形變化，即 （21）式中，為與調(diào)頻電路有關(guān)的比例常數(shù)，單位為rad/(sV)；，稱為角頻率偏移，簡(jiǎn)稱角偏移。的最大值叫角

15、頻偏， ，它表示瞬時(shí)角頻率偏離中心頻率的最大值。對(duì)式（21）積分可得調(diào)頻波的瞬時(shí)相位 （22） 式中 表示調(diào)頻波的相移，它反映調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)相位按調(diào)制信號(hào)的時(shí)間積分的規(guī)律變化。 調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式 （23） 以上的分析說(shuō)明：在調(diào)頻時(shí)，瞬時(shí)角頻率的變化與調(diào)制信號(hào)成線形關(guān)系，瞬時(shí)相位的變化與調(diào)制信號(hào)的積分成線形關(guān)系。 將單音頻信號(hào) 分別代入式（21）、（22）、（23），得 （24） （25） （26）式中，說(shuō)明調(diào)頻波的角頻偏隨單音頻信號(hào)做周期性變化，其中最大角頻偏=，與調(diào)制信號(hào)振幅成正比。瞬時(shí)相移，與單音頻信號(hào)相位差。其中， =為調(diào)頻波的最大相移，又稱調(diào)頻指數(shù)，其值與成正比，而與成反比，值可大

16、于1。2.1.2 調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式 根據(jù)調(diào)相的定義，載波信號(hào)的瞬時(shí)相位隨調(diào)制信號(hào)線形變化，即 （27）式中，是由調(diào)相電路決定的比例常數(shù)，單位rad/V。=是載波的瞬時(shí)相位。調(diào)制信號(hào)成線形變化部分，稱為調(diào)相波的相移。 對(duì)式（27）求導(dǎo)，可得調(diào)相波瞬時(shí)角頻率 （28）式中 稱為調(diào)相波的頻偏，又稱為頻移。 調(diào)相信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 （29） 以上分析說(shuō)明：在調(diào)相時(shí)，瞬時(shí)相位的變化與調(diào)制信號(hào)成線形關(guān)系，瞬時(shí)角頻率的變化與調(diào)制信號(hào)的導(dǎo)數(shù)成線形關(guān)系。 將單音頻信號(hào)分別代入式（27）、（28）、（29），得 （210） （211） （212） 式中， 是調(diào)相波的最大相移，又稱為調(diào)相指數(shù)，它與成正比 稱為調(diào)

17、相波的最大角頻偏，它與和的乘積成正比。2.2 調(diào)頻電路 由上面的討論可知,無(wú)論是調(diào)頻還是調(diào)相,都會(huì)使瞬時(shí)相位發(fā)生變化，說(shuō)明調(diào)頻和調(diào)相可以相互轉(zhuǎn)化。我們可以通過(guò)兩者的轉(zhuǎn)化關(guān)系設(shè)計(jì)出不同類型的調(diào)頻和調(diào)相電路。通常有直接調(diào)頻電路和間接調(diào)頻電路，以及直接調(diào)相電路和間接調(diào)相電路。本節(jié)重點(diǎn)介紹頻率調(diào)制電路（直接調(diào)頻電路、間接調(diào)頻電路）。2.2.1直接調(diào)頻電路 直接調(diào)頻是用調(diào)制信號(hào)直接控制主振蕩器回路元件的參量L或C，使主振蕩頻率受到控制,并按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。直接調(diào)頻電路又稱調(diào)頻振蕩器。直接調(diào)頻時(shí)，被控振蕩器可以是產(chǎn)生正弦波的LC振蕩器和晶體振蕩器，也可以是產(chǎn)生非正弦的 張弛振蕩器。前者產(chǎn)生調(diào)頻正弦波，

18、后者產(chǎn)生調(diào)頻非正弦波。對(duì)于用LC正弦波振蕩器作為被控振蕩器的直接調(diào)頻電路，由于其振蕩頻率主要取決于振蕩回路的電感量和電容量，因此，若在振蕩回路中接入可變電抗器件（可變電容和可變電感）并使該器件的電感量和電容量受調(diào)制信號(hào)控制，就可以產(chǎn)生振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)頻波。（1）三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器 工作頻率幾百KHz幾MHz,幾MHz幾百M(fèi)Hz，頻率穩(wěn)定度10-2，10-310-4 1) 三點(diǎn)式振蕩器的組成原則 三點(diǎn)式振蕩器的一般形式如圖2-1振蕩器的三極分別與回路的三點(diǎn)相連接，故稱三點(diǎn)式振蕩器。 設(shè)：Zce、Zeb、Zcb為純電阻元件 負(fù)號(hào)表示產(chǎn)生180o相移，與Vbe和Vce間的180o相移合

19、成為360o相移，滿足正反饋條件。為此，Xce與Xeb必為同名電抗，而Xcb須是Xce與Xeb的異名電抗。圖2-1 2) 克拉潑電路(圖2-2) 圖2-2 一般的LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到10-310-4數(shù)量級(jí)，往往很多的場(chǎng)合需要頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5數(shù)量級(jí)，這時(shí)采用石英晶體振蕩器，它是用石英諧振器作為振蕩回路元件的具有高穩(wěn)定的振蕩器。（2）石英諧振器 石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體，其主要成分是二氧化硅，具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能。從一塊晶體按一定方位角切割下來(lái)的薄片，稱為晶體。在晶體的兩面涂上銀層作為電極，兩電極各自焊出引線固定在管腳上，并密封在金屬中，便構(gòu)成了石英諧振器。其電路符號(hào)如2-

20、3(a)所示。石英諧振器簡(jiǎn)稱晶體，它是利用石英晶體的壓電效應(yīng)而制成的，具有諧振特性。其等效電路如圖2-3(b)所示。其中C0表示以石英晶體為介質(zhì)的兩個(gè)電極板間的電容，稱為靜態(tài)電容；Lq、q、rq等效它的串聯(lián)諧振特性。其特點(diǎn)是Lq很大，而q很小， rq較小，且0q,則其Q值非常高。 由等效電路可見，石英諧振器有兩個(gè)諧振頻率：一個(gè)是Lq、Cq支路的串聯(lián)諧振頻率fq；另一個(gè)是包括在內(nèi)的整個(gè)電路的并聯(lián)諧振頻率fp。 石英晶體的等效電抗為： 可以看出，當(dāng) ffq或ffp時(shí)均有X0，晶體呈容性；當(dāng)fqf fp時(shí)， 晶體呈感性。根據(jù)上式畫出石英晶體電感抗特性曲線，如圖 2-3(c )所示。圖2-3用晶體構(gòu)成

21、的振蕩器中，晶體兩端往往并接電容CL (一般是由幾個(gè)電容組成的等效電容）如圖2-4所示。稱CL為晶體負(fù)載電容，忽略rq時(shí)，C0Cq,故振蕩頻率對(duì)于晶體振蕩器，當(dāng)石英晶體選定后，其振蕩頻率與負(fù)載電容有關(guān)，適當(dāng)改變CL，就可以在很小的范圍內(nèi)調(diào)整振蕩頻率，通常標(biāo)在晶體外殼上的振蕩頻率，就是并接規(guī)定CL后的f0 值。因此用晶體振蕩器作為被控振蕩器的直接調(diào)頻電路也常用變?nèi)莨茏鳛榭勺冸娙萜骷?。圖2-4直接調(diào)頻電路具有頻偏大、調(diào)制靈敏度高和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是中心頻率穩(wěn)定度較差。2.2.2間接調(diào)頻電路 間接調(diào)頻是先將調(diào)制信號(hào)積分，然后對(duì)載波調(diào)相，從而得到調(diào)頻信號(hào)。間接調(diào)頻電路的核心是調(diào)相，因此，在調(diào)制時(shí)可

22、以不在主振蕩電路中進(jìn)行，易于保持中心頻率的穩(wěn)定，但不易獲得大的頻偏。框圖如圖2-5。圖2-52.2.3 鎖相環(huán)路調(diào)頻（1） 鎖相環(huán)路的基本組成鎖相環(huán)是一種以消除頻率誤差為目的的反饋控制電路，但它的基本原理是利用相位誤差電壓去消除頻率誤差，所以當(dāng)電路達(dá)到平衡狀態(tài)之后，雖然有剩余相位誤差存在，但頻率誤差可以降低到零，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)頻差的頻率跟蹤和相位跟蹤。 圖2-6 （2） 調(diào)頻 用鎖相環(huán)路組成的調(diào)頻電路，可以得到中心頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻信號(hào)。圖2-7為鎖相調(diào)頻電路的組成框圖，其中的環(huán)路濾波器的通頻帶較窄（窄帶濾波器），它小于調(diào)制信號(hào)U(t)的最低調(diào)制頻率；而調(diào)制信號(hào)U(t)通過(guò)相加器加到VCO上，從

23、而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。這樣，雖然鑒相器輸出的誤差電壓Ud(t)包含調(diào)制信號(hào)的分量，但該分量將被濾波器所濾除，環(huán)路濾波器輸出的控制電壓Uc(t)只反映了VCO信號(hào)的中心頻率不穩(wěn)定所引起的分量，故鎖相環(huán)路只起穩(wěn)定VCO輸出信號(hào)Uo(t)的中心頻率作用。因此，加到VCO的控制信號(hào)Uc(t)和調(diào)制信號(hào)U(t)，前者將穩(wěn)定Uo(t)的中心頻率，后者將實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制。顯然，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，Uo(t)的中心頻率將鎖定在晶振頻率上，VCO輸出信號(hào)Uo(t)將是一個(gè)中心頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻信號(hào)，這就克服了直接調(diào)頻電路的中心頻率穩(wěn)定度不高的缺點(diǎn)。u(t)Uc(t) VCOLFPD晶振 圖2-72.2.4 擴(kuò)大頻偏的方法（1

24、） 利用倍頻可以擴(kuò)大絕對(duì)頻偏m，保持相對(duì)頻偏不變；（2） 利用混頻可以提高相對(duì)頻偏，而保持絕對(duì)頻偏不變；（3） 通過(guò)倍頻或混頻，或既倍頻又混頻的方法來(lái)獲取較大的頻偏。第三章 方案論證及硬件電路的實(shí)現(xiàn) 3.1 方案的選擇3.1.1 方案一:基于MC2833P的調(diào)頻電路（1） 芯片MC2833P的介紹 1）MC2833是Motorola公司推出的一種集成電路芯片 2）工作電壓范圍寬為2.89.0V3）低功耗,當(dāng)Ucc=4.0時(shí),無(wú)信號(hào)調(diào)制時(shí)消耗的電流典型值為2.9mA 4）外圍元器件很少 5）具有60MHz的射頻輸出（2） MC2833P的引腳和內(nèi)部功能框圖見圖3-1所示。 圖3-1 MC2833

25、P的內(nèi)部功能主要包括壓控振蕩器、音頻電壓放大器和輔助晶體管放大器等。射頻振蕩器是片內(nèi)克拉潑型電路的基礎(chǔ)上構(gòu)成基音（或泛音）晶體壓控振蕩器。音頻電壓放大器為高增益運(yùn)算放大電路，其頻率響應(yīng)約35KHz左右。（3） MC2833P的工作原理輸入信號(hào)（語(yǔ)音信號(hào)）從引腳5輸入，經(jīng)過(guò)高增益運(yùn)算放大電路后從引腳4輸出,再加到引腳3，通過(guò)可變電抗控制振蕩頻率變化，在晶體的直接調(diào)頻工作方式下產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。如果需要提高中心頻率和頻偏時(shí)，可由緩沖進(jìn)行二倍頻或三倍頻。4本方案的電路原理圖圖3-2 原理圖.由于音頻信號(hào)的不穩(wěn)定性，可能會(huì)導(dǎo)致最后輸出的調(diào)頻現(xiàn)象在示波器上顯示不是很穩(wěn)定，所以本方案用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的1K

26、Hz的信號(hào)代替音頻信號(hào),因此沒有經(jīng)過(guò)5腳的運(yùn)放放大，而是直接由3腳輸入，通過(guò)可變電抗來(lái)控制載波頻率。圖中的電感是為了更好的擴(kuò)展頻偏。載波的頻率就是晶體的頻率，這在第二章晶體振蕩器一節(jié)里面已經(jīng)介紹過(guò)，這里就不再重復(fù)?；瑒?dòng)變阻器是為了選擇不同的調(diào)制工作點(diǎn)，選擇最佳的調(diào)制點(diǎn)，使調(diào)制特性更好。本方案的所用到的元器件如下：晶體16MHz電感 3.3uf4.7uf 電容56pf，51pf，4.7pf 滑動(dòng)變阻器200K集成電路MC2833P3.1.2 基于NE564的調(diào)頻電路（1） 在本設(shè)計(jì)中，所使用的鎖相環(huán)為NE564（國(guó)產(chǎn)型號(hào)為L(zhǎng)564）是一種工作頻率高達(dá)50MHz的超高頻集成鎖相環(huán)。其內(nèi)部框圖和腳管

27、定義如圖3-3。 1) 在圖3-4中，A1（LIMITER）為限幅放大器，因此可有效消除FM信號(hào)輸入時(shí) 干擾所產(chǎn)生的寄生調(diào)幅。圖3.3圖3-4圖3-3 2) 鑒相PD（PHASE COMPARATOR）采用普通雙差分模擬相乘器，由壓控振蕩器反饋過(guò)來(lái)的信號(hào)從外部由端輸入。另外由端去改變雙差分電路的偏置電流，控制鑒相器增益，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)路增益控制。 3) 壓控振蕩器VCO NE564的壓控振蕩器是一改進(jìn)型的射極定時(shí)多諧振蕩器。根據(jù)特定設(shè)計(jì)，固有振蕩 頻率為 , 其中 ,為VCO振蕩頻率。4) 輸出放大器A2（AMPLIFIER）與直流恢復(fù)電路 A2與直流恢復(fù)電路是專為解調(diào)FM信號(hào)與FSK信號(hào)而設(shè)計(jì)的

28、。5) 施密特觸發(fā)器（POST DETECTION PROCESSOR）施密特觸發(fā)器是專為解調(diào)FSK信號(hào)而設(shè)計(jì)的，其作用就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL 數(shù)字信號(hào)。NE564的主要參數(shù)如下：NE564的最高工作頻率為50MHz，最大鎖定范圍達(dá)，輸入阻抗大于；電源工作電壓512V，典型工作電壓為5V，典型工作電流為60mA，最大允許功耗為40mV；在頻偏為10%，中心頻率為5MHz時(shí)，解調(diào)輸出電壓可達(dá) 。輸入信號(hào)為有效值大于或等于。（2） 電路原理圖圖3-5 NE564組成的調(diào)頻電路如圖3-5所示。調(diào)制信號(hào)從6腳輸入，經(jīng)緩沖放大器A1及相位比較器PC中的放大器放大后，直接控制壓控振蕩器的輸出頻率，因此

29、，9腳輸出調(diào)頻信號(hào)。需要注意的是，這時(shí)的相位比較器的輸出端不再接濾波電容，而是接電位器RP2，用于調(diào)整環(huán)路增益并可細(xì)調(diào)壓控振蕩器的固有頻率fv。信號(hào)經(jīng)耦合電容從6腳輸入，7腳和6腳之間接R和C組成差分放大器的A1的輸入偏置電路濾波器，可濾除FM信號(hào)中的雜波，其值與中心頻率f0及雜波的幅度有關(guān)。電阻R2（包括電位器RP1）對(duì)引腳2提供輸入電流I2，可控制環(huán)路增益和壓控振蕩器的鎖定范圍，R2與電流I2的關(guān)系可表示為 I2一般為幾百毫安調(diào)整時(shí)，可先設(shè)I2的初值為100uA，待環(huán)路鎖定后再調(diào)節(jié)電位器RP1使環(huán)路增益和壓控振蕩器的鎖定范圍達(dá)到最佳值。R3是壓控振蕩器輸出端必須接的上拉電阻，一般為幾千歐姆

30、。壓控振蕩器的固有頻率fv與定時(shí)電容Ct的關(guān)系可表示為 本方案中選用5MHz的頻率，則Ct=90pF。9腳輸出調(diào)頻信號(hào)。本方案所選用的元器件清單： 集成電路 NE564 直插式電阻 1k，2k，3k 0.25W瓷片電容 0.47uf，0.01uf，82pf，8pf電位器 10k，47k3.1.2 其它方案簡(jiǎn)介（1）TA7335 該集成電路是一種調(diào)頻高頻頭集成電路。如圖3-6：腳天線信號(hào)輸入端；腳接電源；腳高放輸出外接調(diào)諧回路；腳混頻器輸入端；腳地；腳混頻輸出；腳內(nèi)部振蕩器外接LC回路；、腳間內(nèi)部有一只變?nèi)荻O管圖3-6 （2）BA1404 BA1404是日本東洋公司出品的一款很經(jīng)典的立體聲調(diào)頻

31、發(fā)射集成電路，其工作電壓范圍13V，該電路是由FM立體聲混合器、38KHz振蕩器、FM調(diào)制器和高頻放大器組成的單片集成電路。圖3-7圖3-8圖3-7為BA1404的內(nèi)部腳管定義，圖3-8為基于BA1404的調(diào)頻發(fā)射電路的原理圖。3.2 硬件電路的制作硬件電路的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分：一是用Protel繪制原理圖和版圖，二是制作印制電路板和焊接元器件。3.2.1 protel 99 se 使用簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)電路板最基本的過(guò)程可以分為三大步驟：（1）電路原理圖的設(shè)計(jì) 電路原理圖的設(shè)計(jì)主要是PROTEL 99的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Adyanced Schematic）來(lái)繪制一張電路原理圖。在這一過(guò)程中，要充分利用P

32、ROTEL99所提供的各種原理圖繪圖工具，各種編輯功能來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的目的，即得到一張正確、精美的電路原理圖。（2）產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表 網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)（SCH）與印制電路板設(shè)計(jì)（PCB）之間的一座橋梁。它是電路板設(shè)計(jì)的靈魂。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得，也可從印制電路板中提取出來(lái)。（3）印制電路板的設(shè)計(jì)印制電路板的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)PROTEL99的另外一個(gè)重要的部分PCB而言的。在這個(gè)過(guò)程中，我們借助PROTEL99提供的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)電路板的版面設(shè)計(jì)，完成高難度的工作。原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程（1）設(shè)計(jì)圖紙大小 首先要構(gòu)思好零件圖，設(shè)計(jì)好圖紙大小。圖紙大小是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復(fù)雜程度而定的。設(shè)置合適的圖紙大

33、小是設(shè)計(jì)好原理圖的第一步。（2）設(shè)置Protel 99Schematic設(shè)計(jì)環(huán)境 設(shè)置Protel 99Schematie設(shè)計(jì)環(huán)境。包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類型、光標(biāo)類型等等。大多數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認(rèn)值。（3）旋轉(zhuǎn)零件 用戶根據(jù)電路圖的需要將零件從零件庫(kù)里取出放置到圖紙上，并對(duì)放置零件的序號(hào)、零件封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等工作。（4）原理圖布線 利用Protel 99Schematic提供的各種工具，將圖紙上的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的原理圖。（5）調(diào)整線路 將初步繪制好的電路圖作進(jìn)一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加美觀。（6）報(bào)表輸出 通過(guò)Protel 99Schemati

34、c提供的各種報(bào)表工具生成各種報(bào)表，其中最重要的報(bào)表是網(wǎng)絡(luò)表，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表為后續(xù)的電路板設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。（7）文件保存及打印輸出3.2.2 印制電路板的制作印制電路板的制作流程是：先將版圖打印在復(fù)印紙上，然后通過(guò)轉(zhuǎn)印機(jī)印在覆銅板上，完成后將覆銅板再放在化學(xué)試劑（鹽酸和過(guò)氧化水）里面腐蝕，之后在焊盤上打孔，放置元器件，最后完成焊接。 （1）方案一的PCB版圖 圖3-9（2）方案二的PCB版圖 圖3-103.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論3.3.1 MC2833P(1)載波波形圖3-11如圖3-11所示,輸出的是16MHz的正弦波形，中心頻率很穩(wěn)定，波形也比較好。(2) 調(diào)頻波形 圖3-12 如圖3-12，當(dāng)輸入1KHz的

35、正弦波時(shí)，調(diào)頻波形如圖所示，由于示波器的帶寬不夠，所以無(wú)法展開波形，因此無(wú)法看到疏密有間的調(diào)頻波形，頻偏也無(wú)法讀出為了得到更好的調(diào)頻波形，在MC2833P的3腳加了一個(gè)電位器，目的是為了選擇不同的電壓調(diào)制點(diǎn)，觀察在不同的調(diào)制點(diǎn)波形的變化，限于篇幅這里就不在將觀察后的圖形貼出來(lái)，經(jīng)觀察，當(dāng)電位器調(diào)在100K時(shí)，調(diào)頻波形是做好的，頻偏最大。經(jīng)過(guò)測(cè)量取樣，測(cè)得該電路的調(diào)制特性呈線性，并且調(diào)制靈敏度很好。該方案相對(duì)于其他調(diào)頻電路的優(yōu)點(diǎn)是載波波形穩(wěn)定，外圍電路簡(jiǎn)單，適合應(yīng)用于便攜式裝備中。3.3.2 NE564 (1) 載波波形 圖3-13 NE564的輸出的波形應(yīng)該是正弦波，但是圖3-13所示的波形不

36、是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，經(jīng)分析后是12腳和13腳之間的定時(shí)電容選擇不好，換電容后，發(fā)現(xiàn)波形調(diào)整的不是很好，僅僅是頻率改變，因此排除了該原因。調(diào)整電位器后，波形會(huì)出現(xiàn)不同程度的失真，調(diào)整后，得到如上圖的最佳圖形。 另外，不加調(diào)制信號(hào)，NE564鎖定時(shí)，各引腳的電壓如下：引腳12345678910111213141516電壓/V51.403.63.80.80.800.1453.21.81.82.82.35 (2) 調(diào)頻波形 為了檢驗(yàn)調(diào)頻電路是否正確,先輸入1KHz的方波信號(hào)，因?yàn)榉讲ㄐ盘?hào)只有0、1兩個(gè)信號(hào)，按照理論分析，調(diào)頻波形應(yīng)該是兩個(gè)交替的波形。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，當(dāng)輸入信號(hào)是方波時(shí)，調(diào)頻波形如圖3-14：

37、 圖3-14 當(dāng)輸入信號(hào)是連續(xù)的正弦波波形時(shí)，調(diào)頻波形如圖3-15： 圖 3-15 該電路對(duì)比基于MC2833P的調(diào)頻電路方案，它的載波波形失真比較明顯，但一旦頻率鎖定后，它的抗干擾噪聲的能力比較強(qiáng)。我曾嘗試逐個(gè)更換電路的元器件，但是始終調(diào)試不出理想的正弦波形，而載波頻率與開始計(jì)算出的載波頻率一致，因此我分析可能是集成電路的問(wèn)題。第四章總結(jié)與展望4.1 本設(shè)計(jì)的總結(jié) 經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的學(xué)習(xí)，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)與制作，并調(diào)試出了調(diào)頻波形，使自己不僅從理論上理解了調(diào)頻的原理，也對(duì)調(diào)頻波形有了直觀的認(rèn)識(shí)。另外也學(xué)會(huì)了用Protel去設(shè)計(jì)原理圖和PCB版圖，了解了制作印制電路板的流程，并親自制作了兩塊

38、電路板，學(xué)會(huì)了很多東西。在調(diào)試過(guò)程中遇到了很多實(shí)際的困難，高頻電路比較復(fù)雜，受到的干擾比較多，為了最大程度消除干擾，分別在輸入和輸出端串接一耦合電容，一般選用470pf，在電源和地間并接一電容。另外在版圖上要加網(wǎng)格線屏蔽，這樣輸出的波形才能最小限度的受到干擾。另外，理論上講的通的在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中并不一定就行的通，這就需要聯(lián)系實(shí)際情況來(lái)分析。比如理論上的調(diào)頻波形很難調(diào)試出來(lái)，我在這上面吃了很大的虧，一開始我總是想調(diào)出如書上所描述的那種疏密有間的波形，但在實(shí)際調(diào)試中，總是調(diào)不出。經(jīng)分析，由于示波器的帶寬很小，無(wú)發(fā)展開波形，因此那種理論上的波形無(wú)法調(diào)試出來(lái)。 雖然已經(jīng)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，但在完成的過(guò)程中

39、仍存在著許多不足。比如NE564的載波波形不是很理想，我已經(jīng)試過(guò)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，但始終找不到優(yōu)化方案，這個(gè)問(wèn)題到現(xiàn)在也沒有解決；由于時(shí)間原因，一些方案并沒有來(lái)的及去做；對(duì)于研究如何擴(kuò)展頻偏的方案也沒有去做；很多工作也沒有做的更細(xì)致更透徹?？傊性S多不足和遺憾。4.2 本課題今后的研究工作 畢業(yè)論文已告一段落，但本課題仍有很大研究空間，比如如何擴(kuò)展頻偏；如何對(duì)不穩(wěn)定的信號(hào)（如聲音信號(hào)）進(jìn)行調(diào)制；如何發(fā)射調(diào)頻信號(hào)；如何鑒頻等等這一系列的問(wèn)題都有待去研究。 關(guān)于以后的研究工作，我計(jì)劃將工作重點(diǎn)放在調(diào)頻信號(hào)的發(fā)射上，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選用的集成電路中還有兩個(gè)輔助晶體管沒用的上，我想在此調(diào)頻電路的基礎(chǔ)上，利用這兩

40、個(gè)集成三極管，設(shè)計(jì)一個(gè)功率放大器，放大調(diào)頻信號(hào)并使它能夠發(fā)射。謝 辭 在這里，我首先想要感謝我的導(dǎo)師柯煒老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他嚴(yán)厲督促，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路。另外要感謝王景華老師，他在我制作硬件電路的過(guò)程中提供了實(shí)驗(yàn)室和一些元器件，給了我很多幫助。還要感謝周德安同學(xué)，他幫了我很多忙。在此論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!謝謝你們！參考文獻(xiàn)1 高頻電子線路 申功邁、鈕文良編著西安：電子科技大學(xué) 2 高頻電子技術(shù) 黃立平編著 機(jī)械工業(yè)出版社3 高頻電子線路 陽(yáng)昌漢編著 哈爾濱工程大學(xué)4 射頻集成電路芯片原理與應(yīng)用電路設(shè)計(jì) 黃智偉編著 電子工業(yè)5 射頻電路設(shè)計(jì)（第3版） 美 Jos