變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路要點(diǎn)

1、 9/9變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路要點(diǎn) 2012 2013學(xué)年第1 學(xué)期 高頻電子線路 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目：變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)： 10信息（2）班 電氣工程系 2012年12月17日 1、任務(wù)書 課題名稱變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師（職稱） 執(zhí)行時(shí)間20122013學(xué)年第二學(xué)期第16 周學(xué)生姓名學(xué)號(hào)承擔(dān)任務(wù) 設(shè)計(jì)目的1原理分析及電路圖設(shè)計(jì) 2用相關(guān)仿真軟件畫出電路并對(duì)電路進(jìn)行分析與測(cè)試 設(shè)計(jì)要求(1)輸入1KHz大小為200Mv的正弦電壓（也可以用1KHz的方波）； (2)主振頻率為f0大于15MHz； (3）最大頻偏fm= 20KHz。 變?nèi)荻O管直接

2、調(diào)頻電路的設(shè)計(jì) 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設(shè)計(jì) 目錄 第一章設(shè)計(jì)思路 (1) 第二章調(diào)頻電路工作原理 (2) 2.1 間接調(diào)頻原理 (2) 2.2 直接調(diào)頻原理 (2) 2.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理 (2) 第三章電路設(shè)計(jì) (5) 3.1 主振電路設(shè)計(jì)原理分析 (5) 3.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分析 (6) 第四章電路元器件參數(shù)設(shè)置 (8) 4.1 LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置 (8) 4.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設(shè)置 (8) 4.3 T2管參數(shù)設(shè)置 (8) 5.1 mulitisim11軟件介紹 (9) 5.2 電路仿真 (9) 小結(jié) (12) 附錄一元器件清單 (13) 附錄二 第一

3、章設(shè)計(jì)思路 變?nèi)荻O管為特殊二極管的一種。當(dāng)外加順向偏壓時(shí)，有大量電流產(chǎn)生，PN（正負(fù)極）接面的耗盡區(qū)變窄，電容變大，產(chǎn)生擴(kuò)散電容效應(yīng)；當(dāng)外加反向偏壓時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生過渡電容效應(yīng)。但因加順向偏壓時(shí)會(huì)有漏電流的產(chǎn)生，所以在應(yīng)用上均供給反向偏壓。在變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路中，變?nèi)荻O管作為一壓控電容接入到諧振回路中，當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨加到變?nèi)荻O管上的電壓變化時(shí)，由變?nèi)荻O管的結(jié)電容和其他回路元件決定的諧振回路的諧振頻率也就隨之變化，若此時(shí)諧振回路的諧振頻率與加到變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)呈線性關(guān)系，就完成了調(diào)頻的功能，這也是變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理。 第二章調(diào)頻電路工作原理 頻率調(diào)制是對(duì)調(diào)制信號(hào)頻譜進(jìn)行非

4、線性頻率變換，而不是線性搬移，因而不能簡(jiǎn)單地用乘法器和濾波器來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法分為兩大類：直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法。 2.1 間接調(diào)頻原理 先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分處理，然后用它控制載波的瞬時(shí)相位變化，從而實(shí)現(xiàn)間接控制載波的瞬時(shí)頻率變化的方法，稱為間接調(diào)頻法。 根據(jù)前述調(diào)頻與調(diào)相波之間的關(guān)系可知，調(diào)頻波可看成將調(diào)制信號(hào)積分后的調(diào)相波。這樣，調(diào)相輸出的信號(hào)相對(duì)積分后的調(diào)制信號(hào)而言是調(diào)相波，但對(duì)原調(diào)制信號(hào)而言則為調(diào)頻波。這種實(shí)現(xiàn)調(diào)相的電路獨(dú)立于高頻載波振蕩器以外，所以這種調(diào)頻波突出的優(yōu)點(diǎn)是載波中心頻率的穩(wěn)定性可以做得較高，但可能得到的最大頻偏較小。 2.2 直接調(diào)頻原理 用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的瞬

5、時(shí)頻率變化的方法稱為直接調(diào)頻法。如果受控振蕩器是產(chǎn)生正弦波的LC 振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。將受到調(diào)制信號(hào)控制的可變電抗與諧振回路連接，就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。 可變電抗器件的種類很多，其中應(yīng)用最廣的是變?nèi)荻O管。作為電壓控制的可變電容元件，它有工作頻率高、損耗小和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控制的可變電感元件。此外，由場(chǎng)效應(yīng)管或其它有源器件組成的電抗管電路，可以等效為可控電容或可控電感。 直接調(diào)頻法原理簡(jiǎn)單，頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。在正弦振蕩器中，若使可控電抗器連接于晶體振蕩器中，可以提高頻率穩(wěn)定度，但頻偏減

6、小。 2.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理 變?nèi)荻O管具有PN結(jié)，利用PN結(jié)反向偏置時(shí)勢(shì)壘電容隨外加反向偏壓變化的機(jī)理，在制作半導(dǎo)體二極管的工藝上進(jìn)行特殊處理，以控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜分布，可以使二極管的勢(shì)壘電容靈敏地隨反偏電壓變化且呈現(xiàn)較大的變化，這樣就制作成了變?nèi)荻O管。 變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj，與在其而端所加反向電壓u之間存在著如下關(guān)系： n B V u Cj Cj ? ? ? ?+= 10 () 式中，V B 為PN 結(jié)的勢(shì)壘位差(硅管約為0.7V,鍺管約為0.3V)，C j0為變?nèi)荻O管在零偏置時(shí)的結(jié)電容值，n 為變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化指數(shù)，它取決于PN 結(jié)的雜質(zhì)分布規(guī)律：n=1/3對(duì)

7、于緩變結(jié)，擴(kuò)散型管多屬此種； n=1/2為突變結(jié)，合金型管屬于此類。采用特殊工藝制程的超突變結(jié)的n 在15之間。 變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化曲線如所示。 圖2.1 變?nèi)荻O管的Cj-u 特性曲線 加到變?nèi)荻O管上的反向電壓包括直流偏壓V0和調(diào)制信號(hào)電壓V (t)= V cos t ，即t cos V V m Q +=+=V V u Q （） 將式（）帶入（），得 () n Q m V Cj Cj -+=? ? ? ?+? ? ? ?+= ? ?+= t cos 1Cj t cos V V V 11 V V 1Cj V t cos 1Q n B Q m n B Q 0n B 0 式中，n B Q Q

8、 V V Cj Cj ? ? ? ?+= 10 為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容，() Q m B Q m V V V += V V m 為反映 結(jié)電容調(diào)深度的調(diào)制指數(shù)。結(jié)電容在u(t)的控制下隨時(shí)間的變化而變化。把受到調(diào)制信號(hào) 控制的變?nèi)荻?jí)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(diào)制信號(hào)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V C k C =。 第三章 電路設(shè)計(jì) 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路主要是由主振電路和變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路構(gòu)成，電路如圖所示。 C 14100n F C9100pF C10330pF C82330p

9、F C724pF C330pF C12 33pF C13 10nF R42k R51k R615k R78.2k R23.9kR3 180k R120k R88.2k R910k R101.5k C14.7uF W2 20kKey=A 50%CC1 100pF Key=A 50%W1 5k Key=A 50% L41.2uH L1 47uH Key=A 50%D1BB910 V112 V C85pF 2 1 C1110nF 8 XFG1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ +_ Q1 2N3391 Q2 2N339110 12 14 5 9 6 16 18130 3 圖 3.1

10、 總體電路圖 3.1 主振電路設(shè)計(jì)原理分析 端口通過濾直電容C82輸入頻率為1KHz 大小為200mv 的調(diào)制信號(hào)，并且頻率由零慢慢增大，端口12輸出調(diào)頻信號(hào)。T1,T2為3DG12C 三極管，C9、C10、C7、L4、CC1、C8為主振回路，D1為Bb910變?nèi)荻O管。為了減小三極管的極間電容Cce 、Cbe 、Ccb 這些不穩(wěn)定電容對(duì)振蕩頻率的影響，要求C9C7,C10C7，且C7越小，這種影響就越小，回路的標(biāo)準(zhǔn)性也就越高。則回路的諧振頻率是 C f o L 21 本電路采用常見的電容三點(diǎn)式振蕩電路實(shí)現(xiàn)LC 振蕩，簡(jiǎn)便易行。式中，L 為L(zhǎng)C 振蕩 電路的總電感量，C 為振蕩電路中的總電容，

11、主要取決于C3、C7、C8、Cc1及變?nèi)荻O管反偏時(shí)的結(jié)電容Cj 。，變?nèi)荻O管電容Cj 作為組成LC 振蕩電路的一部分，電容值會(huì)隨加在其而端的電壓的變化而變化，從而達(dá)到變頻的目的。R4、R5、R6、R7和W2調(diào)節(jié)并設(shè)置電容三點(diǎn)式振蕩器中T1管的靜態(tài)工作點(diǎn)，R8、R9、R10調(diào)節(jié)并設(shè)置T2管的靜態(tài)工作 點(diǎn)，C7、C9、C10以及L4、CC1、C8構(gòu)成LC 振蕩電路。電容三點(diǎn)式振蕩器電路等效電路如下圖所示。 T33DG12C C9100pF C10330pF L 1.2uH 6117 圖3.2 電容三點(diǎn)式振蕩器等效電路 3.2 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分析 圖3.1中，直接調(diào)頻電路由變?nèi)荻?/p>

12、極管(Bb910)D1，耦合電容C1、C3、C82，偏置電 阻R1、R2，隔離電阻R3和電位器W1構(gòu)成。接入系數(shù)Cj C C p += 33 ，（C3由不同電容值的 電容代 替，保證接入系數(shù)不同）其中等效電路圖如下圖所示。 L Ca CJ C3 2 1 3 圖3.3 變?nèi)荻O管部分接入等效圖 無調(diào)制時(shí)，諧振回路的總電容為： 式中()718C CC C Ca +=，（由于C9和C10電容值遠(yuǎn)大于C7,C9和C10可串聯(lián)忽略） CQ 為靜態(tài)工作點(diǎn)是所對(duì)應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容。 調(diào)頻電路中，R1、R2、R3和W1調(diào)節(jié)并設(shè)置變?nèi)荻O管的反偏工作點(diǎn)電壓VQ ，調(diào)制信號(hào)v 經(jīng)C82和高頻扼流圈L1加到二極管

13、上。為了使VQ 和v 能有效的加到變?nèi)莨苌?，而不至于被振蕩回路中L4所短路，須在變?nèi)莨芎蚅4之間接入隔直流電容C3，要求它對(duì)高頻接近短路，而對(duì)調(diào)制頻率接近開路。C1為高頻濾波電容，要求它對(duì)高頻的容抗很小，近似短路，而對(duì)調(diào)制頻率的容抗很大，近似開路。信號(hào)V 從端口通過C82輸入，C82 Q 3Q 3Q C C C C C C a + = 為隔直電容，濾除輸入信號(hào)中摻雜的直流成分。電感L1為高頻扼流圈，要求它對(duì)高頻的感抗很大，近似開路，而對(duì)直流和調(diào)制頻率近似短路。對(duì)高頻而言，L1相當(dāng)于斷路，C3相當(dāng)于短路，因而C3和二極管D1接入LC振蕩電路，并組成振蕩器中的電抗分量，等效電路如下左圖所示。對(duì)直流

14、和調(diào)制頻率而言，由于C3的阻斷，因而VQ和v可以有效的加到變?nèi)莨苌?，不受振蕩回路的影響，等效電路如下右圖所示。 L Ca CJ C3 2 1 3 D1 V VQ 2 1 3 圖3.4 高頻通路圖3.5 直流和調(diào)制頻率通路 第四章 電路元器件參數(shù)設(shè)置 4.1 LC 震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置 ICQ 一般為14mA 。若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ICQ1=2mA 。取VCEQ1=（1/2）VCC=6V ?？梢郧蟪鯮4+R5=3K ，取R4=2K ，R5=1K ；=60，IBQ=IBQ ，為使減小IBQ 對(duì)偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)效果的影響，取R6和R7上流過的電流IBI

15、BQ ，取R6=15K ，R7=8.2K ，W2的可調(diào)最大阻值為20K 。實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)得T1管Vc1=7.8V ，Vce1=5.6V ，Vbe=0.64V ，基本接近理論值。 4.2 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設(shè)置 由LC 震蕩頻率的計(jì)算公式可求出 LC f 21 0= 若取()718C CC C Ca C +=，本次實(shí)驗(yàn)中可調(diào)電容CC1規(guī)格為5120pF ，計(jì)算時(shí)取5pF ，C7=24pF 。L41.2 H 。實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整CC1的值。電容C9、C10由反饋系數(shù) F 及電路條件C7R2，R3R1，以減小調(diào)制信號(hào)V 對(duì)VQ 的影響。取 R2=3.9k ，隔離電阻R3=180k ，R1=20K 。實(shí)際調(diào)

16、試時(shí)，L1用1.2uH 代替，測(cè)得C3與L1之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為0.5V ,較理論值偏小。R1與R2之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為2.7V 。 4.3 T2管參數(shù)設(shè)置 對(duì)輸出電路，為保證T2管正常工作，可取R8=8.2K ，R9=10K ，R10=1.5K ，實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)得R8與R9間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為6.4V ,Ve2=5.69V ,則Vbe20.7V ，基本符合理論值。取耦合電容C12=33pF ，C13=0.01uF 第五章電路仿真 5.1 mulitisim11軟件介紹 Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路

17、原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。 5.2 電路仿真 在mulitisim中連接測(cè)試電路，按下仿真開始按鈕，開始仿真。 （1）用萬用表分別測(cè)量Q1管Vcb，Vce和Vbe，調(diào)試T1管的靜態(tài)工作點(diǎn)

18、。測(cè)得Vcb1=7.8V，Vce1=5.6V，Vbe1=0.64V，說明T1管正常工作。 （a）Vcb1 (b)Vce1 (c)Vbe1 圖5.1 T1管靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試 （2）用萬用表測(cè)得R8與R9間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓即Vb為6.4V,Ve2=5.69V,則Vbe20.7V （a）Vb2 (b)Ve2 (c)Vbe2 圖5.2 T2管靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試 （3）用萬用表測(cè)得C3與L1之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為0.5V,較理論值偏小。R1與R2之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為2.7V。 （a）C3與L1之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓（b）R1與R2之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓 圖5.3 變?nèi)荻O管反向電壓的設(shè)置 說明加在變?nèi)荻O管兩端的反向電壓為0.5V，變?nèi)荻O管正常工作。 （4）不加調(diào)制信號(hào)，使用示波器測(cè)電路的輸出波形，即振蕩回路的載波信號(hào)的波形。 圖5.4 載波信號(hào)波形 （4）然后在c82處加入頻率為1KHz，幅度為200MV的調(diào)制信號(hào)，此時(shí)示波器輸出的即為調(diào)制后的FM信號(hào)。 圖5.5 加入調(diào)制信號(hào)后的輸出波形 根據(jù)所得數(shù)據(jù)及已知參數(shù)計(jì)算可得 LC f 21 0= ?-=?Q o m 21C C f f 計(jì)算以上各式可得MHz f 945.200，fm 20KHz ，滿足實(shí)驗(yàn)要求。 小結(jié) 通過本周的課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到課本上的知識(shí)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