變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要21 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1.1 總體設(shè)計(jì)方案 2 設(shè)計(jì)思路2 系統(tǒng)各模塊論證與選擇3 系統(tǒng)各模塊的組中組成42 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與理論計(jì)算 42.1 LC振蕩電路部分 42.2 放大器電路部分 43 電路工作過(guò)程與理論計(jì)算 44 測(cè)試與數(shù)據(jù)分析 5 4.1 測(cè)試儀器 5 4.2 測(cè)量結(jié)果 5 4.3 誤差分析 64 結(jié)論 6參考文獻(xiàn) 6附錄 7元器件清單 10變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)基于LC振蕩器原理，通過(guò)變化變?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、放大器模塊組成，完成了調(diào)頻的要求。隨著電子與通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種電子新產(chǎn)品

2、的開(kāi)發(fā)速度越來(lái)越快?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合和發(fā)展，使得電子電路和通信線(xiàn)路的設(shè)計(jì)出現(xiàn)了兩個(gè)分支。一個(gè)是朝著更高集成度的集成電路發(fā)展；而另一個(gè)是利用分立元件和硬件描述語(yǔ)言對(duì)新型器件進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì). 調(diào)頻廣播具有抗干擾性能強(qiáng)、聲音清晰等優(yōu)點(diǎn),獲得了快速的發(fā)展。調(diào)頻電臺(tái)的頻帶通常大約是200250kHz,其頻帶寬度是調(diào)幅電臺(tái)的數(shù)十倍,便于傳送高保真立體聲信號(hào)。由于調(diào)幅波受到頻帶寬度的限制,在接收機(jī)中存在著通帶寬度與干擾的矛盾,因此音頻信號(hào)的頻率局限于308000Hz的范圍內(nèi)。在調(diào)頻時(shí),可以將音頻信號(hào)的頻率范圍擴(kuò)大至3015000Hz,使音頻信號(hào)的頻譜分量更為豐富,聲音質(zhì)量大為提高。目前,許多

3、中小功率的調(diào)頻發(fā)射機(jī)都采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻技術(shù),即在工作于發(fā)射載頻的LC振蕩回路上直接調(diào)頻,采用晶體振蕩器和鎖相環(huán)路來(lái)穩(wěn)定中心頻率。較之中頻調(diào)制和倍頻方法,這種方法的電路簡(jiǎn)單、性能良好、副波少、維修方便,是一種較先進(jìn)的頻率調(diào)制方案. 調(diào)頻器廣泛用于調(diào)頻廣播、電視伴音、微波通信、鎖相電路和掃頻儀等電子設(shè)備。由于抗干擾能力強(qiáng)、功率利用率高、信息傳輸保真度高等優(yōu)點(diǎn)，頻率調(diào)制廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)和電子設(shè)備中。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法有直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法兩類(lèi)，關(guān)鍵詞：LC振蕩器 變?nèi)荻O管1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 總體設(shè)計(jì)方案1.1.1設(shè)計(jì)思想LC三點(diǎn)式振蕩組成原理圖如圖1，其振蕩頻率f=。當(dāng) 和為容性，為感性

4、時(shí)稱(chēng)為電容反饋振蕩器，其中C=；當(dāng) 和為感性，為容性時(shí)稱(chēng)為電容反饋振蕩器，其中 L=+。當(dāng)我們相應(yīng)變化電容值時(shí)就能使頻率作出相應(yīng)的變化，以達(dá) 圖1 三點(diǎn)式振蕩組成 到調(diào)頻的目的。 此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在沒(méi)有加載音頻信號(hào)時(shí)利用LC振蕩器振蕩出主頻7.5MHz。后面用放大器對(duì)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)包括三點(diǎn)式振蕩器模塊、放大器模塊三部分。其系統(tǒng)框圖如圖所示。調(diào)頻輸出LC振蕩器模塊放大器模塊音頻信號(hào)圖2 系統(tǒng)框圖沒(méi)有音頻輸入時(shí)LC振蕩器振蕩出的頻率穩(wěn)定是電路達(dá)到要求的重要條件，當(dāng)輸入音頻信號(hào)時(shí)，改變了變?nèi)荻O管的電容值，從而改變了頻率，并且要使其偏頻為20KHz。由于高頻電路對(duì)器件及器件相互之間的影響不

5、可忽略，故設(shè)計(jì)時(shí)我們盡量按照老師和資料的要求合理選擇器件和正確的放置元器件以使它們之間的影響最小，使得偏頻滿(mǎn)足要求。1.1.2 系統(tǒng)各模塊的論證與選擇1、LC振蕩模塊設(shè)計(jì)LC振蕩電路采用三點(diǎn)式振蕩，其有哈特萊振蕩器、克拉潑振蕩器、西勒振蕩器。方案一：哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器的原理圖如附錄圖1，其振蕩頻率為f=,式中L=+2M，此方案比較容易起振，調(diào)整也方便，但輸出的波形不好，在頻率較高時(shí)不易起振。 方案二：克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器的原理圖如附錄圖2，其振蕩頻率為f=，式中C=，此電路的頻率穩(wěn)定度較好，但在振蕩范圍較寬時(shí)，輸出幅度不均勻，且頻率升高后不易起振，其主要用于固定頻率或波段范圍較窄的場(chǎng)

6、合。方案三：西勒振蕩器西勒振蕩器的原理圖如附錄圖3，其振蕩頻率為f=，式中C=+，這種振蕩器較易起振，振蕩頻率也較為穩(wěn)定，波形失真較小，當(dāng)參數(shù)設(shè)置得當(dāng)時(shí)，其頻率覆蓋系數(shù)較大?；谝陨戏治?，我們決定選用方案三。2、放大器模塊設(shè)計(jì)當(dāng)音頻信號(hào)已調(diào)完成后，需對(duì)其進(jìn)行放大才能加載在負(fù)載上。而三極管構(gòu)成的三種典型的放大電路為：共射極放大電路、共集電極電路、共基極電路，其各自的電路組態(tài)見(jiàn)附錄圖4、圖5和圖6。其中共射極電路的電壓、電流、功率增益都比較大；但寬頻帶或者高頻時(shí)，共基極電路比共射極電路較好些，且其電流放大倍數(shù)接近1；共集電極電路特點(diǎn)是輸入電阻很高，輸出電阻很低，且其電壓放大倍數(shù)接近1。我們考慮到設(shè)

7、計(jì)是調(diào)頻電路，故將放大器設(shè)計(jì)成兩級(jí)放大，增大調(diào)制信號(hào)的放大倍數(shù)。由于設(shè)計(jì)要求較為簡(jiǎn)單，根據(jù)上述各電路特點(diǎn)的分析，于是將第一級(jí)設(shè)計(jì)為共射極電路，使其功率增益最大；第二級(jí)設(shè)計(jì)成共集電極電路，這是因?yàn)槠漭斎腚娮韪?，可減小其對(duì)前級(jí)所取的信號(hào)電流，而輸出電阻低可減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)電壓增益的影響，從而降低對(duì)負(fù)載的要求?；谝陨戏治觯覀儗⒎糯笃髂K設(shè)及成兩級(jí)放大，其框圖如圖3。調(diào)頻輸出共射極電路放大共集電極電路放大待放大的已調(diào)信號(hào)圖3 放大模塊框圖 系統(tǒng)各模塊的最終組成通過(guò)上面的分析，系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)方案如圖4所示：西勒振蕩器電路共射極電路放大音頻信號(hào)調(diào)頻輸出集電極電路放大圖4 系統(tǒng)最終方案 由西勒振蕩器產(chǎn)生的主

8、頻，利用音頻信號(hào)幅度變化來(lái)改變變?nèi)荻O管的電容值，使得振蕩器頻率發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，由于已調(diào)信號(hào)的幅值較小需對(duì)其放大，故需要后級(jí)的放大。2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2.1 LC振蕩電路部分LC振蕩電路部分見(jiàn)附錄圖8中LC振蕩電路部分。其本質(zhì)上是西勒振蕩器。電路中和串聯(lián)分壓為BG1提供靜態(tài)工作點(diǎn)，為隔直電容，為射極提供偏置電壓。2.2 放大器電路部分 通過(guò)上述分析放大電路部分分為兩級(jí)，第一級(jí)為共射極電路放大，見(jiàn)附錄圖7中共射極電路放大部分， 利用和組成的分壓器以固定BG3基極電位，和用來(lái)穩(wěn)定工作點(diǎn)，而為旁路電容，用以提高一定的電壓增益。 第二級(jí)為共集電極電路放大，見(jiàn)附錄圖8中集電極極電路放大部分。 經(jīng)過(guò)上述分析

9、討論，我們?yōu)榱诉M(jìn)一步完善和穩(wěn)定電路工作狀態(tài)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)電路進(jìn)行了改進(jìn)，如我們利用、和組成分壓器，并在一定范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)整改變主振頻率。具體實(shí)現(xiàn)的原理電路見(jiàn)附錄圖9。3 電路工作過(guò)程與理論計(jì)算附錄圖8中，C14、C15和L3組成低通濾波器，濾除電源中的高頻影響。對(duì)于高頻振蕩信號(hào)，L1可看作開(kāi)路，以防止高頻信號(hào)影響調(diào)制信號(hào)。音頻信號(hào)通過(guò)耦合電容C1和相當(dāng)于短路的L1作用于變?nèi)荻O管，使二極管兩端壓差發(fā)生變化，從而改變?nèi)葜?。由于電路的振蕩頻率是不斷變化的，其理論振蕩頻率計(jì)算式為f=，L=L2，C=+,為變?nèi)荻O管的容值，它的計(jì)算為=(為二極管的固有電容值，u為外加的電壓，為其導(dǎo)通電壓)4測(cè)試與數(shù)

10、據(jù)分析4.1 測(cè)試儀器序號(hào)名稱(chēng)數(shù)量1RZ8653高頻實(shí)驗(yàn)箱12數(shù)字示波器13函數(shù)信號(hào)發(fā)生器14鑒頻器14.2 測(cè)量結(jié)果測(cè)量時(shí)無(wú)法輸入音頻信號(hào)，故用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號(hào)模擬音頻信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)。輸出在波形失真較小時(shí)幅度盡量的大。其輸入波形如附錄圖7。輸入正弦信號(hào)頻率（KHz）輸入信號(hào)幅度（mv）調(diào)頻輸出頻率（KHz）調(diào)頻輸出幅度（mv）頻偏（KHz）輸出波形鑒頻輸出波形無(wú)輸入-1.01.01.51.52.02.04.3 誤差分析 從測(cè)試的數(shù)據(jù)和波形看，調(diào)頻的不理想，但仍看的出有調(diào)頻的效果。產(chǎn)生的原因可能有：振蕩電壓也加在變?nèi)荻O管兩端，這使得振蕩頻率在一定程度上也隨振蕩幅度而變化；溫度的變化能夠改

11、變電抗元件等的值；晶體管的分布電容也影響頻率穩(wěn)定度；設(shè)計(jì)選擇的LC回路的品質(zhì)因數(shù)不高；印制電路板時(shí)沒(méi)能很好減小布線(xiàn)的分布電容焊接點(diǎn)焊接的不理想，產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象等。5 設(shè)計(jì)心得經(jīng)過(guò)我們近一周的努力，回顧設(shè)計(jì)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，我們有太多的收獲，過(guò)程是痛苦的結(jié)果是收獲的這就是我這一周來(lái)最大的感受啦。我們就是在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題中不斷進(jìn)步。這樣我們才能在將來(lái)立足于這個(gè)社會(huì)立足于這個(gè)行業(yè)呀！此次課程設(shè)計(jì)不但鍛煉了我們最基本的高頻電子線(xiàn)路的設(shè)計(jì)能力，更重要的是讓我們更深刻的認(rèn)識(shí)了高頻電子線(xiàn)路這門(mén)課程在實(shí)際中的應(yīng)用。還是有書(shū)到用時(shí)方恨少的感覺(jué)呀。在此次設(shè)計(jì)時(shí)我們也遇到了不少的困難和問(wèn)題，但在同伴們的共同努力下，

12、辛苦的去專(zhuān)研去學(xué)習(xí)，最終都克服了這些困難，使問(wèn)題得到了解決。其中遇到的問(wèn)題很多都是在書(shū)上不能找到的，所以我們必須自己查找相關(guān)資料，利用圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)，這是一個(gè)比較辛苦和漫長(zhǎng)的過(guò)程，你必須從無(wú)數(shù)的信息中分離出對(duì)你有用的，然后加以整理，最后才學(xué)習(xí)到變?yōu)樽约旱牟⒂玫皆O(shè)計(jì)中的問(wèn)題去。參考文獻(xiàn)1 曾興雯，劉乃安，陳健 高頻電路原理與分析西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006年2 田良，黃正謹(jǐn) 綜合電子設(shè)計(jì)與實(shí)踐 南京：東南大學(xué)出版社，2003年3 謝自美 電子線(xiàn)路綜合設(shè)計(jì)武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005年附錄圖圖1 哈特來(lái)振蕩器 圖2 克拉潑振蕩器圖3 西勒振蕩器圖4 共射極電路 圖5 共集電極電路tO

13、V圖6 共基極電路 圖7 音頻輸入信號(hào)波形圖8 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各部分電路變?nèi)荻O管調(diào)頻電路元器件清單：貼片電容：3 0.1u C12 C14 C15 08052 0.01u C5 C8 08051 0.033u C2 08051 100P C6 08051 300P C3 08053 1000P C4 C7 C11 0805色環(huán)電阻：4 1K R2 R7 R13 R17 AXIAL0.41 3K R6 AXIAL0.43 4.7K R3 R9 R12 AXIAL0.41 10K R11 AXIAL0.41 20K R5 AXIAL0.4 1 39K R4 AXIAL0.4 1 100 R8 AXIAL0.41 68K R16 AXIAL0.4貼片電阻：1 2K R18 08051 3K R1 08051 51 R14 08051 510 R15 0805色環(huán)電感：1