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高频设计 变容二极管调频电路.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.39M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1方案选择：
    2调频电路设计原理分析
    2.1FM调制原理：
    2.2变容二极管直接频率调制的原理：
    2.3三极管的参数
    3单元电路设计分析
    3.1LC振荡电路
    3.2调制灵敏度
    3.3增加稳定度的措施：
    3.3.1震荡回路参数LC
    3.3.2温度补偿法
    3.3.3回路电阻
    3.3.4加缓冲级
    3.3.5有源器件的参数
    4各单元电路元器件参数设置：
    4.1LC震荡电路直流参数设置：
    4.2调频电路的直流参数设置
    4.3交流电路参数设置：
    4.4计算调制信号的幅度
    元器件清单
    设计体会
    参考文献
    附录
    郑州轻工业学院 摘要 本设计基于 LC 振荡器原理，通过改变变容二极管两端的电压来改变 电容，以达到改变频率，从而实现设计的要求。整个设计由三点式振荡 器模块、变容二极管调频模块组成，完成了调频电路设计的要求。 关键字：LC 振荡器 变容二极管 调频 1
    郑州轻工业学院 目录 1 方案选择：......................................................................................................................3 2 调频电路设计原理分析 ................................................................................................. 4 FM 调制原理： ............................................................................................... 4 2.1 变容二极管直接频率调制的原理：..........................................................4 2.2 2.3 三极管的参数..................................................................................................... 6 3 单元电路设计分析 .................................................................................................... 6 LC 振荡电路 ................................................................................................... 6 3.1 3.2 调制灵敏度 .................................................................................................... 7 3.3 增加稳定度的措施： .................................................................................... 8 3.3.1 震荡回路参数 LC............................................................................... 8 3.3.2 温度补偿法........................................................................................ 9 3.3.3 回路电阻 ............................................................................................ 9 3.3.4 加缓冲级 .......................................................................................... 10 3.3.5 有源器件的参数................................................................................... 10 4 各单元电路元器件参数设置：.............................................................................. 11 LC 震荡电路直流参数设置： ..................................................................... 11 4.1 4.2 调频电路的直流参数设置 .......................................................................... 11 4.3 交流电路参数设置： .................................................................................. 11 计算调制信号的幅度................................................................................ 13 4.4 元器件清单.......................................................................................................................14 设计体会 ...........................................................................................................................15 参考文献 ...........................................................................................................................16 附录 ...................................................................................................................................17 2
    郑州轻工业学院 1 方案选择： 产生调频信号的电路叫做调频器，对他有 4 个主要的要求： 已调波的瞬时频率与调制信号成比例变化。 未调制时的载波频率即已调波的中心频率具有一定的稳定度。 最大频偏与调制频率无关。 无寄生调幅或寄生调幅尽量小。 产生调频的方法主要归纳为两类： 1 用调制信号直接控制载波的瞬时频率——直接调频。 2 先将调制信号积分，然后对载波进行调相，结果得到调频波——间接 调频。 变容二极管调频的主要优点是能够获得较大的频移（相对于间接调 频而言），线路简单，并且几乎不需要调制功率，其主要缺点是中心频率 的稳定度低。 在满足设计的各项参数的基础上尽量简化电路。因此本次课程设计采用 2CC1C 变容二极管进行直接调频电路设计。 3
    郑州轻工业学院 2 调频电路设计原理分析 2.1 FM 调制原理： FM 调制是靠信号使频率发生变化，振幅可保持一定，所以噪声成分 易消除。 设载波 Vc  Vcm cos tw c ,调制波 Vs  Vsm cos tw s 。 w m  w c  w cos tw s 或 f m  f c  f cos 2 tf s ，此时的频率偏移量△f 为最 大频率偏移。 最后得到的被调制波 V m V cm  sin m , V m 随 Vs 的变化而变化。 dtw m  tw c (  ww s / sin) tw s  m  t  0 V cm sin[ sin( V  m V  cm V  cm sin  m ( tw  c mtw  c / ww s sin tw s sin) ) tw s ] m  w  w s   f f s 为调制系数 2.2 变容二极管直接频率调制的原理： 变容二极管是利用半导体 PN 结的结电容随反向电压变化这一特性制 成的一种半导体二极管，它是一种电压控制可变电抗元件，它的结电容 Cj 与反向电压 VR 存在如下关系： C j  C 0 j v R V D  1( ) 式中，VD 为 PN 结的势垒电压（内建电势差），Cj0 为 VR 为 0 时的结电容， 4
    郑州轻工业学院 γ为系数，它的值随半导体的掺杂浓度和 PN 结的结构不同而异：对于缓 变结，γ=1/3；突变结：γ=1/2;对于超突变结，γ=1~4，最大可达 6 以 上。 图 2.1 变容二极管的 Cj-v 特性曲线 变容二极管的 Cj-v 特性曲线如图 2.1 所示。 加到变容二极管上的反向电压包括直流偏压 V0 和调制信号电压 VΩ (t)=VΩcosΩt，即 v R ( t )  V 0  V  cos  t 。 结电容在 vR(t)的控制下随时间的变化而变化。把受到调制信号控制的 变容二级管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡回路的频率已收到调制 信号的控制。适当选择调频二极管的特性和工作状态，这样就实现了调 频。设电路工作在线性调制状态，在静态工作点 Q 处，曲线的斜率为 k ΔΔC  VC 。 5
    郑州轻工业学院 2.3 三极管的参数 图 2.2 高频三极管的参数 3 单元电路设计分析 3.1 LC 振荡电路 本电路采用常见的电容三点式震荡电路实现 LC 振荡，如图 3.1，简 便易行，变容二极管电容作为组成 LC 振荡电路的一部分，电容值会随加 在其两端的电压的变化而变化，从而达到了变频的目的。 Rc，Re，RB1，RB2 设置 LC 震荡电路的静态工作点，L1，C1 构成 LC 震荡 电路，CC,DC 接入 LC 振荡电路改变振荡频率构成调频电路。R1、R2、R3 提供变容二极管工作所需的直流偏置。信号 VΩ从 C5 接入，电感 L2 是 一低通线圈，可以过滤掉信号的高频部分。图 3.2 为调频电路的交流等 效电路。变容二极管的接入方式为部分接入，如果去掉与之串联的 CC 则 为全部接入。 6
    郑州轻工业学院 * RB1 B RB2 CB RC RE T C1 C C2 E C3 A C4 D Cc L2 L1 ＋ C5 C6 ＋ VCC * R1 VQ R2 R3 DC LC 振荡器 v 调频电路 图 3.1 调频信号产生电路 图 3.2 三点式振荡电路 3.2 调制灵敏度 单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以 Sf 表示，单位 为 kHz/V，即 S f  m f  V mΩ VΩm 为调制信号的幅度；△fm 为变容管的结电容变化△Cj 时引起的最 大频偏。 7
    ∵回路总电容的变化量为 郑州轻工业学院 C    2 Cp  j 在频偏较小时，△fm 与△C∑的关系可采用下面近似公式，即 m f  f o 1  2 C  C Q  ∴ p↑ △f ↑ ，△Cj↑ △f ↑。 调制灵敏度 S f  f o 2 C Q    C  V mΩ 式中，△C∑为回路总电容的变化 量；CQ∑为静态时谐振回路的总电容， 即 C  Q C 1  CC QC C C  C Q ∴ C1↓Sf↑ △f↑ 调制灵敏度 Sf 可以由变容二极管 Cj-v 特性曲线上 VQ 处的斜率 kc 计算。Sf 越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。 改 变 CC 的值可以使变容二极管的工作点调节到最佳状态。 3.3 增加稳定度的措施： 3.3.1 震荡回路参数 LC 显然 LC 如有变化，必然引起震荡频率的变化，影响 LC 飞变化的因 素有：元件的机械变形，周围温度变化的影响，适度，气压的变化，因 此为了维持 LC 的数值不变，首先就应选取标准性高的，不易发生机械变 形的元件；其次，应尽量维持振荡器的环境温度的恒定，因为当温度变 8
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