高频课程设计刘丽慧

1、高频LC振荡器与变容二极管调频电路设计1 概述1.1 系统功能说明调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。调频殿堂的频带通常大约是200250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于308000Hz的范围内。在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至3015000Hz，视音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上的直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。对比于中

2、频调制和倍频调制方法，这种方法的电路简单、性能良好、副载波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。由于本次课程设计对频率稳定度要求不是很高并且最大频偏也比较大，故本次设计采用变容二极管直接调频。原理框图如下：高频LC振荡器变容二极管频率调制图1.1 变容二极管调频电路原理框图1.2 设计流程1、硬件设计：变容二极管调频电路的基本原理电路图的设计2、 整体电路的具体设计与分析：（1） 确定电路形式，设置静态工作点；（2） 计算主振回路（LC振荡回路）元件值；（3） 测变容二极管特性曲线，设置变容二极管的静态工作点；（4） 计算调频电路元件值；（5） 计算调制幅度。2 硬件设计变容二极管调频电路

3、的基本原理电路图:图1.2变容二极管调频电路原理图2.1 电路说明2.1.1 变容二极管的特性概述变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压大小二变化的原理设计的一种二极管。它的极间结构、伏安特性与一般检波二极管没有多大差别，不同的是在加反向电压时，变容二极管呈现较大的结电容，这个结电容的大小能灵敏的随反向偏压而变化，正是利用了二极管这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会随调制信号电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。2.1.2 三极管及其外围电路介绍三极管起放大作用。在输入信号的控制之下，通过三极管将直流电源的能量，转换为输出信号的能量。图1.

4、2中负载电阻将变化的集电极电流转换为电压输出；偏置电路Rb1、Rb2、Re提供合适的偏置，保证三极管工作在线性区，使信号不产生失真。耦合电容保证反馈信号输送到基极，且不影响基极分压偏置。直流电源VCC为放大电路提供工作电源，给三极管放大信号提供能量。2.1.3 变容二极管偏置电路电源VCC，电阻 ，电阻 ，以及电阻为变容二极管工作提供合适的静态工作点，并保证变容二极管工作在反向偏压的情况下。由于变容二极管的静态电容会随温度、偏置电压的变化而变化，造成中心频率的不稳定，在电路中电容的加入可以提高振荡电路的衷心频率稳定度，也可以减少高频振荡信号对变容二极管的影响。2.2 参数计算 确定电路形式设置

5、静态工作点由图2-1可得： 图2.1 直流通路本题对主振频率f0要求不高，但对频率稳定度要求较高，故选用图3-1所示的LC调频振荡器电路。振荡器的静态工作点取ICQ=2mA，VCEQ=6V，测得晶体管=60。    因为提高电路的稳定性，的值可适当增大，取，则。则     若取流过的电流则     因          得   

6、          用20k电阻与47k电位器串联，以便调整静态工作点。计算主振回路元件值 若取由式得                            实验中可适当调整的圈数或的值。  

7、;   电容、由反馈系数F及电路条件，决定若取由，则取取耦合电容 2.2.3 测变容二极管特性曲线，设置变容二极管的静态工作点特性曲线如图2-2示。性能参数、及Q点处的斜率kc等可以通过特性曲线估算。  图2-2 变容二极管的结电容变化曲线如果变容二极管的特性曲线未给定，本题给定变容二极管为2CC1C，已测量出其曲线如图2-2所示。取变容管静态反向偏压，由特性曲线可得变容管的静态电容。2.2.4 计算调频电路元件值  变容管的静态反偏压由电阻与分压决定，即      

8、;                        已知，若取，则                        

9、0;          实验时用10k电阻与47k电位器串联，以便调整静态偏压。隔离电阻应远大于，取。图2-3 变容二极管部分接入的等效电路因接入系数一般接入系数，为减小振荡回路输出的高频电压对变容晶体管的影响，p值应取小，但p值过小又会使频偏达不到指标要求。可以先取p=0然后在实验中调试。由曲线得到时对应则    取标称值20pF    低频调制信号的耦合支路电容及电感应对提供通路，一般的频率为几十赫至几十千赫兹，

10、故取，（固定电感）。高频旁路电容应对调制信号呈现高阻，取。 2.2.5 计算调制幅度 为达到最大频偏的要求，调制信号的幅度，可由下列关系式求出因                         式中，静态时谐振回路的总电容，即         

11、60;     则回路总电容的变化量           可得变容管的结电容的最大变化量                    由图3-2的曲线得变容管2CC1C在处的斜率可得调制信号的幅度则调制灵敏为 3结论  3.1

12、 设计功能：LC振荡器是正弦波振荡器的一种，用于产生高频正弦波，同时又是一种反馈式振荡器，有它产生的高频正弦波作为变容二极管频率调频器的载波信号。利用了变容二极管结电容的大小能灵敏的随反向偏压而变化这一特性，将变容二极管接到振荡器的振荡回路中，作为可控电容元件，则回路的电容量会随调制信号电压而变化，从而改变振荡频率，达到调频的目的。在这个变容二极管调频电路中，由于采用了变容二极管部分接入振荡回路的方式，使得对回路总电容的控制能力比全接入时减弱了，由于的部分接入，使得随温度及电源变化的影响和的非线性导致的的偏移都减小了，这有利于减小FM波中心频率的不稳定度。此外的部分接入还有利于减少因高频电压加于变容二极管两端而造成的寄生调制。3.2 不足：（1）由于的非线性，在调制信号的一个周期内，结电容的变化是不对称的，这使结电容的平均值比静态电容要大，而且随调制幅度的大小而变化，从而使FM波的中心频率发生了偏移。（2） 由于的非线性作用增加了的谐波分量而引起的附加频偏，这样会造成调频接收机解调后的输出信号中除了有用信号（分量）外，还包含有2，等谐波分量，即造成调频接收时的非线性失真。（3） 变容二极管的静态电容直接决定了FM