倍頻電路與分頻電路的設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱： 模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：倍頻電路與分頻電路的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 專業(yè)： 班級： 學(xué)號: 指導(dǎo)教師： 日期：年月日一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一倍頻電路，能完成2倍頻、4倍頻（甚至更多）功能。且這些倍頻能通過撥動開關(guān)轉(zhuǎn)換。（振蕩電路自行設(shè)計(jì)、制作，振蕩頻率應(yīng)不低于11MHZ可用晶振來完成）；設(shè)計(jì)一分頻電路，能完成1/2分頻、1/4分頻（甚至更低）功能。且這些分頻能通過撥動開關(guān)轉(zhuǎn)換。（振蕩電路自行設(shè)計(jì)、制作，振蕩頻率應(yīng)不低于11MH可用晶振來完成）。Z二、 方案設(shè)計(jì)與論證隨著通信技術(shù)的日益發(fā)展，倍頻技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域也日益增長。例如CPU的倍頻，最初CPU的速度與系統(tǒng)總線的速度是一樣的，但隨著CPU的速度要求越高，相應(yīng)的倍頻技術(shù)也就得到了迅速的發(fā)展。其工作原理是使系統(tǒng)總線工作在低頻狀態(tài)，而CPU的運(yùn)行速度可以通過倍頻技術(shù)來提升。改變頻率的方法有很多種，本文只討論幾種：傅里葉法，鎖相環(huán)法及乘法器與濾波器法。方案一、傅里葉法：這是一種最簡單的變頻方式，它采用了傅里葉級數(shù)。任何一個(gè)周期信號都能表示為其基波和其諧波的和，如果將變換振蕩電路輸出的正弦波為方波，那它可以用一下的公式表示：=虹坯聊口廿一：心血（3用曲津｝_ ---接著就需要選擇正確的諧波，接著可以通過一個(gè)帶通濾波器來選擇所需的諧波。缺陷：自適用于低頻。方案二、鎖相環(huán)法：在這個(gè)方法中，其輸出頻率不是直接是基準(zhǔn)頻率的輸出，而是通過一個(gè)電壓控制的振蕩電路輸出，它是通過一個(gè)相位比較器和基準(zhǔn)電路頻率同步。要被比較的頻率是要除以倍頻因子。由于頻率的分割，壓控振蕩電路必須產(chǎn)生一個(gè)乘以n的頻率。此過程便實(shí)現(xiàn)了頻率的改變。局限：在大的頻率范圍內(nèi)容易實(shí)現(xiàn)，起抖動差。方案三、乘法器和濾波器法：此方法是，首先建立一個(gè)振蕩電路，使其產(chǎn)生正弦波，而后通過一個(gè)乘法器，使其實(shí)現(xiàn)倍頻，再通過一個(gè)濾波器，選擇我們需要的頻率，從而實(shí)現(xiàn)倍頻。分頻是通過JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，其原理是利用JK觸發(fā)器的保持及翻轉(zhuǎn)功能，實(shí)現(xiàn)分頻，再通過一個(gè)濾波整流電路，得到所需的基波。其大致框圖如下圖（1）：

LC三點(diǎn)式正

弦波振蕩電路乘法器選頻濾波器倍JKLC三點(diǎn)式正

弦波振蕩電路乘法器選頻濾波器倍JK觸發(fā)器選頻濾波器輸出

波形分頻圖（1）三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路原理圖如下圖（2）所示，其中包括輸入濾波電路和輸出濾波電路，消除噪音信號。其產(chǎn)生的正弦波頻率主要與C1、C6和L3相關(guān)。計(jì)算公式如下：f二1/(2*兀f二1/(2*兀T2*C1*C6)C1+C6'S2O(Jufr■rt芹104 0%這配￡的電或血電客主芽曠電毒經(jīng)乍製總反翱I左,性蕓肴土誰凈宜就V15kQ(-I??R1tnF\*2M2222'S2O(Jufr■rt芹104 0%這配￡的電或血電客主芽曠電毒經(jīng)乍製總反翱I左,性蕓肴土誰凈宜就V15kQ(-I??R1tnF\*2M2222：LR4：:折埜r主運(yùn)辛牛E冬血一個(gè)豈或塊定”軽成把=：=="（2P"sqr1:lAOkQFJOQpF^2py:Key=A?—務(wù)路電塞R3/_止宅瑩用于言除邀-?巴唱呂左浣&至圖（2）2、倍頻實(shí)現(xiàn)電路如下圖（3）所示，其中包括乘法電路和選頻濾波電路，分別實(shí)現(xiàn)二倍頻和四倍頻。用乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻原理：有公式如（sinwx）2=—COS2WX，通公式可知,2乘法器可實(shí)現(xiàn)倍頻功能，同時(shí)也帶來直流分量。所以，在其后有整流選頻濾波電路，實(shí)現(xiàn)去高頻和直流分量功能。而選頻的計(jì)算公式如下：f=一」2八LCXSC3XFC1XFC2123oXFC3gG1231231V/VOVEr上!￡工癢X1pFS-XFC1XFC2123oXFC3gG1231231V/VOVEr上!￡工癢X1pFS-書S：上養(yǎng)莖巨*■-券野囂.圖（3）3、分頻電路如圖（4）所示，其中包括JK觸發(fā)器，和選頻整流濾波電路。JK觸發(fā)器是實(shí)現(xiàn)分頻，其原理是利用JK觸發(fā)器的保持和翻轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)分頻，產(chǎn)生方波。然后通過選頻濾波電路實(shí)現(xiàn)選頻和濾波，去除方波中的高頻諧波部分和直流分量，保持基波，使其產(chǎn)生正弦波。其計(jì)算公式如下：f=一2"LC

XSC1圖⑷四、總原理圖及元器件清單1.總原理圖2.元件清單型號 參數(shù)名稱0GROUNDPOWER_SOUFLCES -R.15k￡2RESISTOR -倍頻為頻電路R.2昶RESISTOR -倍頻分頻電路R.3L.5k￡lRESISTOR -倍頻分頻電蹈R.4500ARESISTOR -倍頻分頻電路Cl10nFCAPACITOR -倍瓠分頻電路GJLnFCAPACrTQR -倍頻分頻電路C4LnFCAPA匚rTOR -倍頻曲頻電路G5UH=CAPACITOR -倍頻分頻電路中2N2222ABJT_NPN TO-IS倍頻分頻電路VI□匚.POWERPOWER_SOUR.CE5 -倍撅分頻電路R.5lOOkOPtTFMnaMFTER -倍頻另頻電路L2Z2JJHINDUCTOR -倍頻為頻電路L32,SyHINDUCTOR -倍頻分頻電路C660pFVAR[ABLE_CAPACrTOR-倍頻分頻電蹈LIIOOijHINDUCTOR -倍頻分頻電路C7lOOpFCAPACITOR -倍頻另頻電路AlMULTIPLIERCOhTTROLFUNCTIONBL-OCKS倍頻分頻電路C3吋capa匚rraR -倍頻分頻電路R7100<lRESISTOR -倍頻分頻電路AZMULTIPLIERCONTROLFUNCTIONBL-0CK5倍頻分頻電路匚夕1PFCAPA匚LTOR -倍頻分頻電路R8looeiRESISTOR -倍煩分頻電路RlllQQk^RESISTOR -倍頻分頻電路U2JK_FFTIL -倍頻分頻電路U4JK_FFTIL -倍頻分頻電路U174LS08D7<S DO14倍頻分頻電路V2DC_PDiVERPQWER_SQUFLCE5 -倍頻分頻電路R6lOOktlRESISTOR -倍城分頻電賂CIOlpFCAPA匚nciR -倍頻分頻電路ClllpFCAPACITOR -倍頻分頻電路申□怖HINDUCTOR -倍頻分頻電路L52.16mHINDUCTOR -倍煩分頻電路R9血RESISTOR -倍頻分頻電路RIO血RESISTOR -倍頻分傾電賂L6■3和HINDUCTOR -倍頻分頻電路L78.5^HINDUCTOR -倍頻分頻電路C2lQnFCAPA匚LTOR -倍頻分頻電路

五、安裝與調(diào)試1、在LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路中，只需討論其輸出頻率相關(guān)的元器件參數(shù)，我們需要其輸出的是大于12MHz的頻率，由圖（2）可知，影響其輸出頻率的元器件是C1，C6和L3，其輸出頻率計(jì)算公式如下：f二1/(2*f二1/(2*兀L3*C1*C6)C1+C6代人參數(shù)算出結(jié)果為f=13.2MHz,而經(jīng)過調(diào)試結(jié)果表明，其結(jié)果是正確的，結(jié)果如圖（5）所示：Frequencycqunter-XFC113.154MHzMeasurementFlisejFallCouplingPeriodSensitivity(RMS)SlowchangeEgn對Compressionrdte;DCFrequencycqunter-XFC113.154MHzMeasurementFlisejFallCouplingPeriodSensitivity(RMS)SlowchangeEgn對Compressionrdte;DC16f Freqje-ncycounter-XFC^52.603MHzFre-quen-cycounter-XFC3M&aEuremeritCouplingSlowchangesignalAC|[DC]Compressionrate:52.603MHzFre-quen-cycounter-XFC3M&aEuremeritCouplingSlowchangesignalAC|[DC]Compressionrate:圖（7）圖（7）圖⑹2、在倍頻放大電路中，其中乘法器和選頻整流濾波電路可實(shí)現(xiàn)二倍頻和四倍頻，乘法器實(shí)現(xiàn)頻率的放大，而濾波電路實(shí)現(xiàn)去除直流和高頻分量。其所用到的公式如下：1-cos2wx 『 1smwx）= ， f=—2 2兀VLC其二倍頻的組成元件為C8=lpf和L6=34uH，四倍頻的組成元件為C9=lpf和L7=8.54uH，代人公式分別得f2=26.4MHz,f4=52.8MHz。測試結(jié)果如圖（6）、（7）所示。3、在分頻電路中，其由JK觸發(fā)器及選頻整流濾波電路組成，如圖（4）所示。JK觸發(fā)器利用其保持及翻轉(zhuǎn)特性，把正弦波轉(zhuǎn)換成方波并實(shí)現(xiàn)分頻，然后經(jīng)過選頻濾波電路轉(zhuǎn)換為二分頻和四分頻的正弦波。所用到的公式如下：f=2n.jLC選頻整流濾波電路的二分頻和四分頻電路分別由C10=1pf和L4=0.54uH、及C11=1pf和L5=2.16uH組成，其分別代入公式得f'2=6.5MHz,f'4=3.2MHz。測試結(jié)果如圖（8）、（9）所示。

Frequencycojnler-XFC5Frequencycounter-XFC43.288MHzFrequencycojnler-XFC5Frequencycounter-XFC4Measurement[ F「已q ]| P皂riod |Pulse||Rise/FallCouplingI |[DC]Sensitivity{RMS)Slovt'diang亡siqn日ISensitivity{RMS)Slovt'diang亡siqn日ICompressionr^te:(9)六、性能測試與分析1、 LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路此振蕩電路可實(shí)現(xiàn)5-30MHz范圍的頻率，可以通過改變C6來控制。剛開始時(shí)，輸入的直流電源和輸出的正弦波沒有經(jīng)過濾波而得到的正弦波是很不穩(wěn)定，后來經(jīng)過查閱資料及與同學(xué)討論，我才發(fā)現(xiàn)輸入的直流電源也是有噪音波的，但后來發(fā)現(xiàn)在輸入直流電源加了濾波后還是效果不大，最后在輸出的正弦波也加濾波后，圖形才穩(wěn)定下來。如圖（10）所示。2、 二、四倍頻電路如圖（3）所示，初始時(shí)并不了解要在乘法器后加選頻整流濾波電路，

就直接輸出了。不過圖形是不進(jìn)人意，因?yàn)樵谡也ㄏ喑撕髸兄绷鞣至亢鸵恍└哳l諧波。后來在其后加了濾波電路，效果便出來了，如圖（10）所示。3、二、四倍頻電路如圖（4）所示，開始時(shí)我也沒有加選頻整流濾波電路，輸出的是能實(shí)現(xiàn)分頻的方波，后來經(jīng)過了解到方波含有基波及許多高頻諧波和直流分量，這是傅里葉的知識。然后我設(shè)計(jì)了選頻整流濾波電路，使其只輸出基波。如圖（11）所示。Fourchiannelosci11oscope-XSC3Fourchiannelosci11oscope-XSC3口rtiSETimeChanneLAChannel_BChanneLCChannel_D1Reverse7.807ms-966.D36nW2.0C7V3.051VTZBE7.&07ms-966.035mV20仍3』51VhaveT2-710.000s0.000V0.000V0.000VGNDTirriebas亡 Chann亡l_A TriggerScale: 200ns/Div Scale: 5V^ivXpas.(pivj;a Ypos.(Oiv); 1.SExtEdge:Fourchanneloici11oscope-XSC1Level;衛(wèi)iXi[y/T] > |^|211q|[pc]|-| 15ingleNormal||Autp|[Non&[ftFourchanneloici11oscope-XSC1Level;衛(wèi)iXi(10)圖（11）七、結(jié)論與心得1、 結(jié)論：本次課程設(shè)計(jì)，在完成倍頻電路和分頻電路的設(shè)計(jì)中，本文采用的乘法器和濾波整流電路實(shí)現(xiàn)了倍頻功能，采用JK觸發(fā)器和濾波整流電路實(shí)現(xiàn)了分頻功能。實(shí)驗(yàn)表明，此方案是可行的。2、 心得:通過為期兩周的模電課程設(shè)計(jì)，我重新溫習(xí)了一遍模電書，收益匪淺。俗話說得好啊，紙上得來終覺淺，要知此事須躬行。以前學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)這門課程，現(xiàn)在看來都是理論的知識，只是知道一個(gè)概念，只會考試做題，這便失去了學(xué)習(xí)模電知識的真正的作用。在剛開始做課程設(shè)計(jì)時(shí)，我面對著要選的題目一無所知，完全不知知道那個(gè)跟那個(gè)，對應(yīng)的題目要用到哪些知識點(diǎn)來做都不知道，這時(shí)我才意識到平時(shí)只會考試的結(jié)果。這時(shí)我又想起了一句話：面對要學(xué)習(xí)的東西，如果你只是去看，那你只是能得到10%；如果你只是去聽，那你能得到15%；而如果你去實(shí)踐了，那你能得到80%?，F(xiàn)在我才真正理解這話的意義。我們要學(xué)習(xí)，我們更要學(xué)而智用。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，我?guī)缀跏桥c同學(xué)共同完成的，說得難聽