高頻課程設(shè)計劉麗慧

1、高頻LC振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路設(shè)計1 概述1.1 系統(tǒng)功能說明調(diào)頻廣播具有抗干擾性能強、聲音清晰等優(yōu)點，獲得了快速的發(fā)展。調(diào)頻殿堂的頻帶通常大約是200250kHz，其頻帶寬度是調(diào)幅電臺的數(shù)十倍，便于傳送高保真立體聲信號。由于調(diào)幅波受到頻帶寬度的限制，在接收機中存在著通帶寬度與干擾的矛盾，因此音頻信號的頻率局限于308000Hz的范圍內(nèi)。在調(diào)頻時，可以將音頻信號的頻率范圍擴大至3015000Hz，視音頻信號的頻譜分量更為豐富，聲音質(zhì)量大為提高。許多中小功率的調(diào)頻發(fā)射機都采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻技術(shù)，即在工作于發(fā)射載頻的LC振蕩回路上的直接調(diào)頻，采用晶體振蕩器和鎖相環(huán)路來穩(wěn)定中心頻率。對比于中

2、頻調(diào)制和倍頻調(diào)制方法，這種方法的電路簡單、性能良好、副載波少、維修方便，是一種較先進的頻率調(diào)制方案。由于本次課程設(shè)計對頻率穩(wěn)定度要求不是很高并且最大頻偏也比較大，故本次設(shè)計采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻。原理框圖如下：高頻LC振蕩器變?nèi)荻O管頻率調(diào)制圖1.1 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路原理框圖1.2 設(shè)計流程1、硬件設(shè)計：變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的基本原理電路圖的設(shè)計2、 整體電路的具體設(shè)計與分析：（1） 確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作點；（2） 計算主振回路（LC振蕩回路）元件值；（3） 測變?nèi)荻O管特性曲線，設(shè)置變?nèi)荻O管的靜態(tài)工作點；（4） 計算調(diào)頻電路元件值；（5） 計算調(diào)制幅度。2 硬件設(shè)計變?nèi)荻O管調(diào)頻電路

3、的基本原理電路圖:圖1.2變?nèi)荻O管調(diào)頻電路原理圖2.1 電路說明2.1.1 變?nèi)荻O管的特性概述變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓大小二變化的原理設(shè)計的一種二極管。它的極間結(jié)構(gòu)、伏安特性與一般檢波二極管沒有多大差別，不同的是在加反向電壓時，變?nèi)荻O管呈現(xiàn)較大的結(jié)電容，這個結(jié)電容的大小能靈敏的隨反向偏壓而變化，正是利用了二極管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會隨調(diào)制信號電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達到調(diào)頻的目的。2.1.2 三極管及其外圍電路介紹三極管起放大作用。在輸入信號的控制之下，通過三極管將直流電源的能量，轉(zhuǎn)換為輸出信號的能量。圖1.

4、2中負(fù)載電阻將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出；偏置電路Rb1、Rb2、Re提供合適的偏置，保證三極管工作在線性區(qū)，使信號不產(chǎn)生失真。耦合電容保證反饋信號輸送到基極，且不影響基極分壓偏置。直流電源VCC為放大電路提供工作電源，給三極管放大信號提供能量。2.1.3 變?nèi)荻O管偏置電路電源VCC，電阻 ，電阻 ，以及電阻為變?nèi)荻O管工作提供合適的靜態(tài)工作點，并保證變?nèi)荻O管工作在反向偏壓的情況下。由于變?nèi)荻O管的靜態(tài)電容會隨溫度、偏置電壓的變化而變化，造成中心頻率的不穩(wěn)定，在電路中電容的加入可以提高振蕩電路的衷心頻率穩(wěn)定度，也可以減少高頻振蕩信號對變?nèi)荻O管的影響。2.2 參數(shù)計算 確定電路形式設(shè)置

5、靜態(tài)工作點由圖2-1可得： 圖2.1 直流通路本題對主振頻率f0要求不高，但對頻率穩(wěn)定度要求較高，故選用圖3-1所示的LC調(diào)頻振蕩器電路。振蕩器的靜態(tài)工作點取ICQ=2mA，VCEQ=6V，測得晶體管=60。    因為提高電路的穩(wěn)定性，的值可適當(dāng)增大，取，則。則     若取流過的電流則     因          得   

6、          用20k電阻與47k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點。計算主振回路元件值 若取由式得                            實驗中可適當(dāng)調(diào)整的圈數(shù)或的值。  

7、;   電容、由反饋系數(shù)F及電路條件，決定若取由，則取取耦合電容 2.2.3 測變?nèi)荻O管特性曲線，設(shè)置變?nèi)荻O管的靜態(tài)工作點特性曲線如圖2-2示。性能參數(shù)、及Q點處的斜率kc等可以通過特性曲線估算。  圖2-2 變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化曲線如果變?nèi)荻O管的特性曲線未給定，本題給定變?nèi)荻O管為2CC1C，已測量出其曲線如圖2-2所示。取變?nèi)莨莒o態(tài)反向偏壓，由特性曲線可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容。2.2.4 計算調(diào)頻電路元件值  變?nèi)莨艿撵o態(tài)反偏壓由電阻與分壓決定，即      

8、;                        已知，若取，則                        

9、0;          實驗時用10k電阻與47k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)偏壓。隔離電阻應(yīng)遠大于，取。圖2-3 變?nèi)荻O管部分接入的等效電路因接入系數(shù)一般接入系數(shù)，為減小振蕩回路輸出的高頻電壓對變?nèi)菥w管的影響，p值應(yīng)取小，但p值過小又會使頻偏達不到指標(biāo)要求?？梢韵热=0然后在實驗中調(diào)試。由曲線得到時對應(yīng)則    取標(biāo)稱值20pF    低頻調(diào)制信號的耦合支路電容及電感應(yīng)對提供通路，一般的頻率為幾十赫至幾十千赫茲，

10、故取，（固定電感）。高頻旁路電容應(yīng)對調(diào)制信號呈現(xiàn)高阻，取。 2.2.5 計算調(diào)制幅度 為達到最大頻偏的要求，調(diào)制信號的幅度，可由下列關(guān)系式求出因                         式中，靜態(tài)時諧振回路的總電容，即         

11、60;     則回路總電容的變化量           可得變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容的最大變化量                    由圖3-2的曲線得變?nèi)莨?CC1C在處的斜率可得調(diào)制信號的幅度則調(diào)制靈敏為 3結(jié)論  3.1

12、 設(shè)計功能：LC振蕩器是正弦波振蕩器的一種，用于產(chǎn)生高頻正弦波，同時又是一種反饋式振蕩器，有它產(chǎn)生的高頻正弦波作為變?nèi)荻O管頻率調(diào)頻器的載波信號。利用了變?nèi)荻O管結(jié)電容的大小能靈敏的隨反向偏壓而變化這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會隨調(diào)制信號電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達到調(diào)頻的目的。在這個變?nèi)荻O管調(diào)頻電路中，由于采用了變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路的方式，使得對回路總電容的控制能力比全接入時減弱了，由于的部分接入，使得隨溫度及電源變化的影響和的非線性導(dǎo)致的的偏移都減小了，這有利于減小FM波中心頻率的不穩(wěn)定度。此外的部分接入還有利于減少因高頻電壓加于變?nèi)荻O管兩端而造成的寄生調(diào)制。3.2 不足：（1）由于的非線性，在調(diào)制信號的一個周期內(nèi)，結(jié)電容的變化是不對稱的，這使結(jié)電容的平均值比靜態(tài)電容要大，而且隨調(diào)制幅度的大小而變化，從而使FM波的中心頻率發(fā)生了偏移。（2） 由于的非線性作用增加了的諧波分量而引起的附加頻偏，這樣會造成調(diào)頻接收機解調(diào)后的輸出信號中除了有用信號（分量）外，還包含有2，等諧波分量，即造成調(diào)頻接收時的非線性失真。（3） 變?nèi)荻O管的靜態(tài)電容直接決定了FM