倍频电路与分频电路的设计

课程设计说明书课程名称： 模拟电子技术课程设计题目：倍频电路与分频电路的设计学生姓名： 专业： 班级： 学号: 指导教师： 日期：年月日一、 设计任务与要求设计一倍频电路，能完成2倍频、4倍频（甚至更多）功能。且这些倍频能通过拨动开关转换。（振荡电路自行设计、制作，振荡频率应不低于11MHZ可用晶振来完成）；设计一分频电路，能完成1/2分频、1/4分频（甚至更低）功能。且这些分频能通过拨动开关转换。（振荡电路自行设计、制作，振荡频率应不低于11MH可用晶振来完成）。Z二、 方案设计与论证随着通信技术的日益发展，倍频技术应用的领域也日益增长。例如CPU的倍频，最初CPU的速度与系统总线的速度是一样的，但随着CPU的速度要求越高，相应的倍频技术也就得到了迅速的发展。其工作原理是使系统总线工作在低频状态，而CPU的运行速度可以通过倍频技术来提升。改变频率的方法有很多种，本文只讨论几种：傅里叶法，锁相环法及乘法器与滤波器法。方案一、傅里叶法：这是一种最简单的变频方式，它采用了傅里叶级数。任何一个周期信号都能表示为其基波和其谐波的和，如果将变换振荡电路输出的正弦波为方波，那它可以用一下的公式表示：=虹坯聊口廿一：心血（3用曲津｝_ ---接着就需要选择正确的谐波，接着可以通过一个带通滤波器来选择所需的谐波。缺陷：自适用于低频。方案二、锁相环法：在这个方法中，其输出频率不是直接是基准频率的输出，而是通过一个电压控制的振荡电路输出，它是通过一个相位比较器和基准电路频率同步。要被比较的频率是要除以倍频因子。由于频率的分割，压控振荡电路必须产生一个乘以n的频率。此过程便实现了频率的改变。局限：在大的频率范围内容易实现，起抖动差。方案三、乘法器和滤波器法：此方法是，首先建立一个振荡电路，使其产生正弦波，而后通过一个乘法器，使其实现倍频，再通过一个滤波器，选择我们需要的频率，从而实现倍频。分频是通过JK触发器实现，其原理是利用JK触发器的保持及翻转功能，实现分频，再通过一个滤波整流电路，得到所需的基波。其大致框图如下图（1）：

LC三点式正

弦波振荡电路乘法器选频滤波器倍JKLC三点式正

弦波振荡电路乘法器选频滤波器倍JK触发器选频滤波器输出

波形分频图（1）三、单元电路设计与参数计算1、LC三点式正弦波振荡电路原理图如下图（2）所示，其中包括输入滤波电路和输出滤波电路，消除噪音信号。其产生的正弦波频率主要与C1、C6和L3相关。计算公式如下：f二1/(2*兀f二1/(2*兀T2*C1*C6)C1+C6'S2O(Jufr■rt芹104 0%这配£的电或血电客主芽旷电毒经乍製总反翱I左,性芸肴土誰净宜就V15kQ(-I»?R1tnF\*2M2222'S2O(Jufr■rt芹104 0%这配£的电或血电客主芽旷电毒经乍製总反翱I左,性芸肴土誰净宜就V15kQ(-I»?R1tnF\*2M2222：LR4：:折埜r主运辛牛E冬血一个岂或块定”軽成把=：=="（2P"sqr1:lAOkQFJOQpF^2py:Key=A®—务路电塞R3/_止宅莹用于言除邀-•巴唱吕左浣&至图（2）2、倍频实现电路如下图（3）所示，其中包括乘法电路和选频滤波电路，分别实现二倍频和四倍频。用乘法器实现倍频原理：有公式如（sinwx）2=—COS2WX，通公式可知,2乘法器可实现倍频功能，同时也带来直流分量。所以，在其后有整流选频滤波电路，实现去高频和直流分量功能。而选频的计算公式如下：f=一」2八LCXSC3XFC1XFC2123oXFC3gG1231231V/VOVEr上!£工痒X1pFS-XFC1XFC2123oXFC3gG1231231V/VOVEr上!£工痒X1pFS-書S：上养茎巨*■-券野嚣.图（3）3、分频电路如图（4）所示，其中包括JK触发器，和选频整流滤波电路。JK触发器是实现分频，其原理是利用JK触发器的保持和翻转功能实现分频，产生方波。然后通过选频滤波电路实现选频和滤波，去除方波中的高频谐波部分和直流分量，保持基波，使其产生正弦波。其计算公式如下：f=一2"LC

XSC1图⑷四、总原理图及元器件清单1.总原理图2.元件清单型号 参数名称0GROUNDPOWER_SOUFLCES -R.15k£2RESISTOR -倍频为频电路R.2昶RESISTOR -倍频分频电路R.3L.5k£lRESISTOR -倍频分頻电蹈R.4500ARESISTOR -倍频分频电路Cl10nFCAPACITOR -倍瓠分频电路GJLnFCAPACrTQR -倍频分频电路C4LnFCAPA匚rTOR -倍频曲频电路G5UH=CAPACITOR -倍频分频电路中2N2222ABJT_NPN TO-IS倍频分频电路VI□匚.POWERPOWER_SOUR.CE5 -倍撅分频电路R.5lOOkOPtTFMnaMFTER -倍频另频电路L2Z2JJHINDUCTOR -倍频为频电路L32,SyHINDUCTOR -倍频分频电路C660pFVAR[ABLE_CAPACrTOR-倍频分频电蹈LIIOOijHINDUCTOR -倍频分频电路C7lOOpFCAPACITOR -倍频另频电路AlMULTIPLIERCOhTTROLFUNCTIONBL-OCKS倍频分频电路C3吋capa匚rraR -倍频分频电路R7100<lRESISTOR -倍频分频电路AZMULTIPLIERCONTROLFUNCTIONBL-0CK5倍频分频电路匚夕1PFCAPA匚LTOR -倍频分频电路R8looeiRESISTOR -倍烦分频电路RlllQQk^RESISTOR -倍频分频电路U2JK_FFTIL -倍频分频电路U4JK_FFTIL -倍频分频电路U174LS08D7<S DO14倍频分频电路V2DC_PDiVERPQWER_SQUFLCE5 -倍频分频电路R6lOOktlRESISTOR -倍城分频电賂CIOlpFCAPA匚nciR -倍频分频电路ClllpFCAPACITOR -倍频分频电路申□怖HINDUCTOR -倍频分频电路L52.16mHINDUCTOR -倍烦分频电路R9血RESISTOR -倍频分频电路RIO血RESISTOR -倍频分倾电賂L6■3和HINDUCTOR -倍频分频电路L78.5^HINDUCTOR -倍频分频电路C2lQnFCAPA匚LTOR -倍频分频电路

五、安装与调试1、在LC三点式正弦波振荡电路中，只需讨论其输出频率相关的元器件参数，我们需要其输出的是大于12MHz的频率，由图（2）可知，影响其输出频率的元器件是C1，C6和L3，其输出频率计算公式如下：f二1/(2*f二1/(2*兀L3*C1*C6)C1+C6代人参数算出结果为f=13.2MHz,而经过调试结果表明，其结果是正确的，结果如图（5）所示：Frequencycqunter-XFC113.154MHzMeasurementFlisejFallCouplingPeriodSensitivity(RMS)SlowchangeEgn对Compressionrdte;DCFrequencycqunter-XFC113.154MHzMeasurementFlisejFallCouplingPeriodSensitivity(RMS)SlowchangeEgn对Compressionrdte;DC16f Freqje-ncycounter-XFC^52.603MHzFre-quen-cycounter-XFC3M&aEuremeritCouplingSlowchangesignalAC|[DC]Compressionrate:52.603MHzFre-quen-cycounter-XFC3M&aEuremeritCouplingSlowchangesignalAC|[DC]Compressionrate:图（7）图（7）图⑹2、在倍频放大电路中，其中乘法器和选频整流滤波电路可实现二倍频和四倍频，乘法器实现频率的放大，而滤波电路实现去除直流和高频分量。其所用到的公式如下：1-cos2wx 『 1smwx）= ， f=—2 2兀VLC其二倍频的组成元件为C8=lpf和L6=34uH，四倍频的组成元件为C9=lpf和L7=8.54uH，代人公式分别得f2=26.4MHz,f4=52.8MHz。测试结果如图（6）、（7）所示。3、在分频电路中，其由JK触发器及选频整流滤波电路组成，如图（4）所示。JK触发器利用其保持及翻转特性，把正弦波转换成方波并实现分频，然后经过选频滤波电路转换为二分频和四分频的正弦波。所用到的公式如下：f=2n.jLC选频整流滤波电路的二分频和四分频电路分别由C10=1pf和L4=0.54uH、及C11=1pf和L5=2.16uH组成，其分别代入公式得f'2=6.5MHz,f'4=3.2MHz。测试结果如图（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、性能测试与分析1、 LC三点式正弦波振荡电路此振荡电路可实现5-30MHz范围的频率，可以通过改变C6来控制。刚开始时，输入的直流电源和输出的正弦波没有经过滤波而得到的正弦波是很不稳定，后来经过查阅资料及与同学讨论，我才发现输入的直流电源也是有噪音波的，但后来发现在输入直流电源加了滤波后还是效果不大，最后在输出的正弦波也加滤波后，图形才稳定下来。如图（10）所示。2、 二、四倍频电路如图（3）所示，初始时并不了解要在乘法器后加选频整流滤波电路，

就直接输出了。不过图形是不进人意，因为在正弦波相乘后会有直流分量和一些高频谐波。后来在其后加了滤波电路，效果便出来了，如图（10）所示。3、二、四倍频电路如图（4）所示，开始时我也没有加选频整流滤波电路，输出的是能实现分频的方波，后来经过了解到方波含有基波及许多高频谐波和直流分量，这是傅里叶的知识。然后我设计了选频整流滤波电路，使其只输出基波。如图（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;卫iXi[y/T] > |^|211q|[pc]|-| 15ingleNormal||Autp|[Non&[ftFourchanneloici11oscope-XSC1Level;卫iXi(10)图（11）七、结论与心得1、 结论：本次课程设计，在完成倍频电路和分频电路的设计中，本文采用的乘法器和滤波整流电路实现了倍频功能，采用JK触发器和滤波整流电路实现了分频功能。实验表明，此方案是可行的。2、 心得:通过为期两周的模电课程设计，我重新温习了一遍模电书，收益匪浅。俗话说得好啊，纸上得来终觉浅，要知此事须躬行。以前学习模拟电子技术这门课程，现在看来都是理论的知识，只是知道一个概念，只会考试做题，这便失去了学习模电知识的真正的作用。在刚开始做课程设计时，我面对着要选的题目一无所知，完全不知知道那个跟那个，对应的题目要用到哪些知识点来做都不知道，这时我才意识到平时只会考试的结果。这时我又想起了一句话：面对要学习的东西，如果你只是去看，那你只是能得到10%；如果你只是去听，那你能得到15%；而如果你去实践了，那你能得到80%。现在我才真正理解这话的意义。我们要学习，我们更要学而智用。在整个课程设计中，我几乎是与同学共同完成的，说得难听