變?nèi)荻O管應(yīng)用電路

1、1方案選擇:產(chǎn)生調(diào)頻信號的電路叫做調(diào)頻器，對他有4個主要的要求：已調(diào)波的瞬時頻率與調(diào)制信號成比例變化。未調(diào)制時的載波頻率即已調(diào)波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度。最大頻偏與調(diào)制頻率無關(guān)。無寄生調(diào)幅或寄生調(diào)幅盡量小。產(chǎn)生調(diào)頻的方法主要?dú)w納為兩類：1用調(diào)制信號直接控制載波的瞬吋頻率直接調(diào)頻。2先將調(diào)制信號積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相，結(jié)果得到調(diào)頻波間接調(diào)頻。變?nèi)荻O管調(diào)頻的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得較大的頻移（相對于間接調(diào)頻而言），線路簡單，并且?guī)缀醪恍枰{(diào)制功率，其主要缺點(diǎn)是中心頻率的穩(wěn)定度低。在滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)的基礎(chǔ)上盡量簡化電路。因此本次課程設(shè)計(jì)采用2CC1C變?nèi)荻O管進(jìn)行直接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)。2調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原

2、理分析2.1FM調(diào)制原理：FM調(diào)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。設(shè)載波Vc=Vc/ncosw(.t，調(diào)制波Vs=Vsincoswst。wm=wc+Avvcoswst或九=fc+Afcos,此時的頻率偏移量f為垠大頻率偏移。最后得到的被調(diào)制波匕二匕”sin0tn,Vm隨Vs的變化而變化。0m=wmdt=wct+(Aw/ws)sinwstVm=J血瞪=Vcmsinvvcr+(Avv/vrjsinwst=Vcinsin(w/+msinwst)fn=-為調(diào)制系數(shù)叫fs變?nèi)荻O管直接頻率調(diào)制的原理：變?nèi)荻O管是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種半導(dǎo)體二

3、極管，它是一種電床控制可變電抗元件，它的結(jié)電容Cj與反向電壓Vr存在如下關(guān)系：CJ=Cj式中，Vd為PN結(jié)的勢壘電床(內(nèi)建電勢差)，Cj。為Vr為0時的結(jié)電容,y為系數(shù)，它的值隨半導(dǎo)體的摻雜濃度和PN結(jié)的結(jié)構(gòu)不同而異：對于緩變結(jié),Y=l/3；突變結(jié):Y=l/2;對于超突變結(jié),=1-4,最大可達(dá)6以上。圖2.1變?nèi)荻O管的Cj特性曲線變?nèi)荻O管的C嚴(yán)特性曲線如圖2.1所示。加到變?nèi)荻O管上的反向電壓包括直流偏壓V。和調(diào)制信號電床V。二V。cosQt,即vR(t)=嶺+匕cosQfo結(jié)電容在VR(t)的控制下隨時間的變化而變化。把受到調(diào)制信號控制的變?nèi)荻壒芙尤胼d波振蕩器的振蕩冋路，則振蕩冋路的頻

4、率已收到調(diào)制信號的控制。適當(dāng)選擇調(diào)頻二極管的特性和工作狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。設(shè)電路工作在線性調(diào)制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q處，曲線的斜率為kc=C/V23三極管的參數(shù)HPH型高頻小功率三極管3DG100(3DG6)參數(shù)上表為NPN型高頻小功率三極管3DG100(3DG6)參數(shù)極限參數(shù)3單元電路設(shè)計(jì)分析3.1LC振蕩電路本電路采用常見的電容三點(diǎn)式震蕩電路實(shí)現(xiàn)LC振蕩，如圖3.1,簡便易行，變?nèi)荻O管電容作為組成LC振蕩電路的一部分，電容值會隨加在英兩端的電壓的變化而變化，從而達(dá)到了變頻的目的。Rc,Re,Rbi，Rb2設(shè)置LC震蕩電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，LPG構(gòu)成LC壓蕩電路，Cc,De接入LC振蕩電路改

5、變振蕩頻率構(gòu)成調(diào)頻電路。R|、R?、R3提供變?nèi)荻O管工作所需的直流偏置。信號V“從C5接入，電感是一低通線圈，可以過濾掉信號的高頻部分。圖3.2為調(diào)頻電路的交流等效電路。變?nèi)荻O管的接入方式為部分接入，如果去掉與Z串聯(lián)的Cc則為全部接入。LC振蕩器|調(diào)頻電路圖3.1調(diào)頻信號產(chǎn)牛電路圖3.2三點(diǎn)式振蕩電路3.2調(diào)制靈敏度單位調(diào)制電壓所引起的最大頻偏稱為調(diào)制靈敏度，以Sf表示，單位為kHz/V,即sf=生7vQniVa,n為調(diào)制信號的幅度；站為變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容變化ACj時引起的最大頻偏。冋路總電容的變化量為ACl=p2ACj在頻偏較小時，與的關(guān)系可采用下面近似公式，即必1AQ2CQE“fTA/t,

6、ACjfA/to調(diào)制靈敏度S/=迅式中，為冋路總電容的變化72ColVfim量；Cqx為靜態(tài)時諧振冋路的總電容，即Cd二C|+gQCc+CqClI-SftA/t調(diào)制靈敏度Sf可以由變?nèi)荻O管Cj-v特性曲線上VQ處的斜率kc計(jì)算。Sf越大，說明調(diào)制信號的控制作用越強(qiáng)，產(chǎn)生的頻偏越大。改變Cc的值可以使變?nèi)荻O管的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。3.3增加穩(wěn)定度的措施:1、雇蕩冋路參數(shù)LC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(jī)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(yīng)選取標(biāo)準(zhǔn)性高的，不易發(fā)生機(jī)械變形的元件；其次，應(yīng)盡量維持振蕩器的

7、環(huán)境溫度的恒定，因?yàn)楫?dāng)溫度變化時，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(nèi)，LC采用溫度系數(shù)低的材料制成。2、溫度補(bǔ)償法使L與C的變化量與AL與AC的變化量相互抵消以維持恒定的震蕩頻率，其原理如下：若冋路的損耗電阻很小，即Q值很高，則振蕩頻率可以近似的用冋路的固有頻率fo來表示。127r4LC由于外界因素的影響，使LC產(chǎn)生微小的變量因而引起振蕩頻率的變化為+C丿若選用合適的負(fù)溫度系數(shù)的電容器（電感線圈的溫度系數(shù)恒為止值），使得AC/C與L/L互相抵消，則Af可減為零。這就是溫度補(bǔ)償法。3、回路電阻1的大小是由振蕩器的負(fù)載決定的，

8、負(fù)載重時，大，負(fù)載輕時I小，當(dāng)負(fù)載變化時，振蕩頻率也隨之變化。為了減小I的影響盡量使負(fù)載小且穩(wěn)定，r越小，冋路的Q值越高，頻率的穩(wěn)定度也越高，4、加緩沖級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(shí)際上是一級不需要推動功率的放大器（工作于甲類）。5、有源器件的參數(shù)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(yīng)該采用穩(wěn)壓電源，和恒溫措施。6、采用高穩(wěn)定度LC振蕩電路例如采用克拉潑電路如圖3.2所示：C|C3,C2C3,Cb為基極耦合電容，C3為可變電容，他的作用是把

9、L與CPC?分隔開，使反饋系數(shù)僅取決于G，C?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Z間的耦合，使折算到冋路內(nèi)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C|,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。I大1此C3也不能無限制的減小。3.4高頻功率放大器設(shè)計(jì)晶體管T1與高頻變壓器Tri組成寬帶功率放大器，晶體管T2與選頻網(wǎng)絡(luò)L2、C2組成丙類諧振功率放器。晶體管T1與RBI、RB2、RE1、RF組成的寬帶功率放大器工作在甲類狀態(tài)。英特點(diǎn)是：晶體管工作在線性放大區(qū)。英靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算方法與

10、低頻電路相同。寬帶功率放大器集電極的輸出功率PC為：PC=PH/“T式中，ph為輸出負(fù)載上的實(shí)際功率；7/r為變壓器的傳輸效率，一般集電極的輸出功率PC的表達(dá)式為式小，RH為集電極等效負(fù)載電阻；Vcm為集電極交流電床的振幅，英表達(dá)式為ES與電壓放大器不同的是，功放應(yīng)有一定的功率增益，對于圖3.3所示電路，寬帶功放要為下一級內(nèi)類功放提供一定的激勵功率，必須將前級輸入的信號進(jìn)行功率放大，功率增益為A尸Pc/R式中Pi為功放的輸入功率，它與功放的輸入電壓及輸入電阻&的關(guān)系為$=7集電極基波電床的振幅式HMcim為集電極基波電流的振幅:Rp為集電極負(fù)載阻抗。內(nèi)類功放的基極偏置電壓-Ube是利用發(fā)射極電

11、流的直流分量Ieo(IeoIco)在射極電阻畑上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏床電路。當(dāng)放大器的輸入信號Vi為止弦波時，集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振冋路L2C2的選頻作用可輸出基波諧振電壓叱I、電流zcioicB圖3.4寬帶功放的負(fù)載特性為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點(diǎn)Q應(yīng)選在交流負(fù)載線AB的中點(diǎn)。集電極輸出功率2p_LVJ_J_E_LIm廠C_cVClmZClm_c/Clm/XpT222%百流電源vcc供給的右流功率ic式中，/co為集電極電流脈沖iC的直流分量。電流脈沖iC經(jīng)傅立葉級數(shù)分解，可得峰值心與分解系數(shù)顧）的關(guān)系式co=%（&）Jicic分解系數(shù)001（）與的關(guān)

12、系如圖3.5所示。e圖3.5分解系數(shù)6z(0)與的關(guān)系時最大，即二次諧波的電流脈沖/cm2為2()的值，在0=6()0垠大值，而且效率匚也比較高。引ic圖3.6功放管輸入電床VBE與集電極電流脈沖/C的波形關(guān)系。由圖可得:當(dāng)輸入電壓VBE大于導(dǎo)通電床Vj時，晶體管導(dǎo)通，并丁作在放大狀態(tài),則基極電流脈沖Ibm與集電極電流脈【5成線性關(guān)系，即滿足功放的功率增益A”=善或釘=101g疔dB如圖3.3所示，丙類功放的輸出冋路采用變壓器耦合方式。其作用一是實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，將集電極的輸出功率送至負(fù)載；二是與諧振冋路配合，濾除諧波分量。集電極諧振冋路為部分接入，諧振頻率11(2)負(fù)載特性圖3.7丙類放大電路的

13、負(fù)載特性當(dāng)功放處于臨界工作狀態(tài)4點(diǎn)時，管子的集電極電壓止好等于管子的飽和壓降VCES,集電極電流脈沖接近最大值/Cm。此時集電極輸出的功率PC和效率A都較高，對應(yīng)的等效負(fù)載電阻r(VccCES)判斷功放是否為臨界工作狀態(tài)的條件是:VccVcm=Vces4各單元電路元器件參數(shù)設(shè)置：LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置：Icq般為(14)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。1ZICQ=2mAo取VCEq=1/2VCC=6Vo可以求出Rc+Re=3KQ,取Rc=2KQ,Re=lKQ；P=60,IBq=PXIbq,為使減小Ibq對偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)效果的影響,取Rbi和Rb2上流過的電

14、流IbIbq，取Rbi=28KQ,RB2=8.2KQo調(diào)頻電路的直流參數(shù)設(shè)置根據(jù)2CC1C數(shù)據(jù)手冊提供的變?nèi)荻O管的Crv特性曲線(如圖1),取變?nèi)荻O管的止常工作的反向偏置電壓為4V,&與R?為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時的反向直流偏置電壓Uq,電阻R3稱為隔離電阻，常取R3R2,R3R，以減小調(diào)制信號Vq對Uq的影響。已知Vq=4V,若取/?2=l()kQ,隔離電阻R3=15()kQo則Rj=20KQ交流電路參數(shù)設(shè)置:由LC震蕩頻率的計(jì)算公式可求出九=,若取C,=100pF,2兀J厶G則L110|iHo實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整L1的圈數(shù)或C1的值。電容C2、C3由反饋系數(shù)F及電路條件C|C2,C,C3所決

15、定，若取C2=510pF,由F=C2/C3=1/8-1/2,則取Cj=3000pF,取耦合電容Cb=().()l|iF3本題給定變?nèi)荻O管的型號為2CC1C,已測量出其Cj-v曲線如圖1所示。収變?nèi)莨莒o態(tài)反向偏丿衣心二一4V,山特性曲線可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容CQ=75pF02CC1C屬于突變結(jié)，Y=0.5,圖4為變?nèi)荻O管部分接入振蕩冋路的等效電路，接入系數(shù)p及冋路總電容Cx分別為CcG+qgG+Cj為減小振蕩冋路高頻電壓對變?nèi)莨艿挠绊懀琾應(yīng)取小，但p過小又會使頻偏達(dá)不到指標(biāo)要求?？梢韵热=().2,然后在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試。當(dāng)Vq=4V時,對應(yīng)CQ=75pF,則Cc18.8pfo取標(biāo)稱值20pFo圖

16、4.1交流等效電路圖計(jì)算調(diào)制信號的幅度為達(dá)到最大頻偏人的要求，調(diào)制信號的幅度v，可由下列關(guān)系式求出。由Cj-v曲線得變?nèi)莨?CC1C在VQ=-4V處的斜率kc=C.JV=12.5PF/V,得調(diào)制信號的幅度VQm=AQ/)lc=0.92V。調(diào)制靈敏度Sf為S=fm/VQm=10.9KHz/V頻率穩(wěn)定度：fo/f()W5X1(尸/小時。f0/f（）=KA（）W5XICT4/小時mW0.7可以達(dá)到要求。5元器件清單DesignatorCommentFootprintDescriptionC5CapPollRB7.6-15PolarizedCapacitor(Radial)C,C1,C2,C3,C4,

17、C6,C10,C11,C12,C13,Cb,Cb3,Cc,Ce3,Ce4CapRAD-0.3CapacitorDe2CC1CSOT23AVariableCapacitanceDiodeLInductor0402-AInductorL1,L2,L3InductorIronAXIAL-0.9Magnetic-CoreInductorQ1,Q2,Q3,Q43DG100TO-92ANPNGeneralPurposeAmplifierR1,R2,R3,Rb1,Rb2,Rb3,Rb4,Rb5,Rb6,Rc,Re,Re4,Re21,Re31,Re32,RLRes2AXIAL-0.4ResistorRe22R

18、esAdj2AXIAL-0.6VariableResistorT1TransTRANSTransformerT2TransCTIdealTRF_5Center-TappedTransformer(Ideal)設(shè)計(jì)體會通過本周的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到課本上的知識的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了思考和解決實(shí)際問題的能力。這次做課程設(shè)計(jì)，給我留下了很深的印象。上了三年大學(xué)，學(xué)了三年電子，發(fā)覺口己競?cè)贿B一只三極管還沒有學(xué)會。看來做什么都要有追根求底的精神。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。這次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識到了知識和實(shí)踐的重要性。只有牢固掌握了所學(xué)的知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個問題。就以這次課程設(shè)計(jì)為例，剛拿到題日的時候，大致看一下要求，根據(jù)平時所學(xué)的知識，腦海中就立刻會想到應(yīng)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(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎(chǔ)知識掌握得不牢固。所以，這次課程設(shè)計(jì)在讓我認(rèn)識了知識的重要性之外，更讓我明白了白己理論知識