高頻電子線路課程設計-高頻信號調頻調制.doc

高頻電子線路調頻設計目 錄1.緒論- 1 -1.1選題背景及意義- 1 -1.2設計流程- 1 -2.調頻設計方案- 2 -2.1產生調頻信號的電路要求- 2 -2.2產生調頻的方法- 2 -2.3調頻的方法分析- 2 -3.調頻電路設計原理分析- 2 -3.1fm調制原理- 2 -3.2變容二極管直接頻率調制的原理- 3 -3.3調頻波的數(shù)學表達式- 4 -4.主要性能參數(shù)及其測試方法- 5 -4.1主振頻率- 5 -4.2頻率穩(wěn)定度- 5 -4.3最大頻偏- 6 -4.4頻率調制靈敏度的估測- 6 -5.調頻原理圖- 7 -5.1調頻電路圖- 7 -5.2輸入波形（xsc2的波形）- 8 -5.3調頻后波形（xsc1的波形）- 8 -5.4 混合圖- 9 -6.仿真軟件：multisim軟件- 9 -6.1元器件清單：- 9 -7.設計體會- 10 -8.參考文獻- 10 -附錄 總電路圖設計- 11 -高頻電子線路調頻設計1.緒論實現(xiàn)調頻的方法很多，大致可分為兩類，一類是直接調頻，另一類是間接調頻。直接調頻是用調制信號電壓直接去控制自激振蕩器的振蕩頻率（實質上是改變振蕩器的定頻元件），變容二極管調頻便屬于此類。間接調頻則是利用頻率和相位之間的關系，將調制信號進行適當處理（如積分）后，再對高頻振蕩進行調相，以達到調頻的目的。兩種調頻法各有優(yōu)缺點。直接調頻的穩(wěn)定性較差，但得到的頻偏大，線路簡單，故應用較廣；間接調頻穩(wěn)定性較高，但不易獲得較大的頻偏?？紤]到電路的復雜度故采用直接調頻的方案。1.1選題背景及意義要使信號的能量以電場和磁場的形式向空中發(fā)射出去傳向遠方，需要較高的振蕩頻率方能使電場和磁場迅速變化；同時信號的波長要與天線的長度相匹配。語言或音樂信號的頻率太低，無法產生迅速變化的電場和磁場；相應地，它們的波長又太大，即使選用它的最高頻率 20000hz 來計算，其波長仍為 15000m ，實際上是不可能架設這么長的天線的?？磥硪研盘杺鬟f出去，必須提高頻率，縮短波長?？墒浅^ 20khz 的高頻信號，人耳就聽不見了。為了解決這個矛盾，只有采用把音頻信號“搭乘”在高頻載波上，也就是調制，借助于高頻電磁波將低頻信號發(fā)射出去，傳向遠方。調頻發(fā)射機作為一種簡單的通信工具，由于它不需要中轉站和地面交換機站支持，就可以進行有效的移動通信，因此深受人們的歡迎。目前它廣泛的用于生產、保安、野外工程等領域的小范圍移動通信工程中。1.2設計流程提出設計指標擬定電路方案設定器件參數(shù)電路安裝和調試結果測量指標滿足要求電路設計結束y修改電路方案修改電路參數(shù)是否要修改電路方案ynn2.調頻設計方案2.1產生調頻信號的電路要求 已調波的瞬時頻率與調制信號成比例變化。 未調制時的載波頻率即已調波的中心頻率具有一定的穩(wěn)定度。 最大頻偏與調制頻率無關。 無寄生調幅或寄生調幅盡量小。2.2產生調頻的方法 用調制信號直接控制載波的瞬時頻率直接調頻。 先將調制信號積分，然后對載波進行調相，結果得到調頻波間接調頻。2.3調頻的方法分析變容二極管調頻的主要優(yōu)點是能夠獲得較大的頻移（相對于間接調頻而言），線路簡單，并且?guī)缀醪恍枰{制功率，其主要缺點是中心頻率的穩(wěn)定度低。在滿足設計的各項參數(shù)的基礎上盡量簡化電路。因此本次課程設計采用2cc1c變容二極管進行直接調頻電路設計。3.調頻電路設計原理分析3.1fm調制原理fm調制是靠信號使頻率發(fā)生變化，振幅可保持一定，所以噪聲成分易消除。設載波,調制波?；?，此時的頻率偏移量f為最大頻率偏移。最后得到的被調制波 , v m 隨vs的變化而變化。為調制系數(shù)3.2變容二極管直接頻率調制的原理圖 變容二極管直接調頻示意圖變容二極管是利用半導體pn結的結電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種半導體二極管，它是一種電壓控制可變電抗元件，它的結電容cj與反向電壓vr存在如下關系：式中，vd為pn結的勢壘電壓（內建電勢差），cj0為vr為0時的結電容，為系數(shù)，它的值隨半導體的摻雜濃度和pn結的結構不同而異：對于緩變結，=1/3；突變結：=1/2;對于超突變結，=14，最大可達6以上。圖：用調制信號控制變容二極管結電容圖變容二極管的cj-v特性曲線如圖所示。加到變容二極管上的反向電壓包括直流偏壓v0和調制信號電壓v(t)=vcost，即。結電容在vr(t)的控制下隨時間的變化而變化。把受到調制信號控制的變容二級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制信號的控制。適當選擇調頻二極管的特性和工作狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了調頻。設電路工作在線性調制狀態(tài)，在靜態(tài)工作點q處，曲線的斜率為3.3調頻波的數(shù)學表達式設未調高頻載波為一簡諧振蕩，其數(shù)學表達式為 v (t)= v cos q (t)= v cos( w 0 t+ q 0 ) (1-1) 式中， q 0 為載波初相角； w 0 是載波的角頻率， q (t) 為載波振蕩的瞬時相位。 當沒有調制時， v (t) 就是載波振蕩電壓，其角頻率 w0 和初相角 q 0 都是常數(shù)。 調頻時，在式 (1-1) 中，高頻正弦載波的角頻率不再是常數(shù) w 0 ，而是隨調制信號變化的量。即調頻波的瞬時角頻率 w (t) 為 w (t)= w 0 +k f v w (t)= w 0 + d w (t) 式中 k f 為比例常數(shù)，即單位調制信號電壓引起的角頻率變化，單位為 rad/s v 。此時調頻波的瞬時相角 q (t) 為 調頻波的相關表達式數(shù)學表達式 瞬時頻率 w 0 t+k f v w (t) 瞬時相位 最大頻偏 d w m =k f 調制指數(shù) m f =k f 下圖畫出了調頻波瞬時頻率、瞬時相位隨調制信號 ( 單音信號 ) 變化的波形圖以及調頻波的波形圖。 (a) 為調制信號 vw，圖 (b) 為調頻波，當為vw波峰時，頻率 w o + d wm 為最大；當vw為波谷時，頻率 w o dwm 為最小。圖 (c) 為瞬時頻率的形式，是在載頻的基礎上疊加了隨調制信號變化的部分。圖 (d) 為調頻時引起的附加相位偏移的瞬時值，由上式可知， d q (t) 與調制信號相差 90 。由圖可知，調頻波的瞬時頻率隨調制信號成線性變化，而瞬時相位隨調制信號的積分線性變化。4.主要性能參數(shù)及其測試方法4.1主振頻率 lc振蕩器的輸出頻率稱為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計測量回路的諧振頻率，高頻電壓表測量諧振電壓vo，示波器監(jiān)視振蕩波形。由于數(shù)字頻率計的輸入阻抗較低，所以要接入電容，一般取等于幾十皮法。4.2頻率穩(wěn)定度主振頻率的相對穩(wěn)定度用頻率穩(wěn)定度 /表示。雖然調頻信號的瞬時頻率隨調制信號的改變而改變，但這種變化時以穩(wěn)定的載頻為基準的。若載頻不穩(wěn)，則調制信號的頻譜有可能落到接收機通帶之外。因此，對于調頻電路，不僅要滿足一定頻偏要求，而且振蕩頻率必須保持足夠高的頻率穩(wěn)定度。測量頻率穩(wěn)定度的方法是，在一定的時間范圍（如1小時）內或溫度范圍內每隔幾分鐘讀一個頻率值，然后取其范圍內的最大值fmax與最小值fmin，則穩(wěn)定度： /每小時4.3最大頻偏指在一定的調制電壓的作用下所能達到的最大頻偏偏移值fm。將fm/成為相對頻偏。用于調頻廣播、電視伴音、移動式電臺等的相對頻偏較小，一般fm/,頻偏fm在50khz-75khz之內。其調頻的最大頻偏的公式： wm=max4.4頻率調制靈敏度的估測頻率調制靈敏度指單位調制電壓所引起的頻偏。若調頻電路工作在線性調制狀態(tài)，則頻率調制靈敏度為： 根據(jù) 可知，當電容變化c時，頻率變化量為 （4-1）若定義變容器在靜態(tài)工作點處v特性曲線的斜率為： （4-2）以調制信號電壓幅度代替，則 （4-3）將（4-1）代入（4-2），則得： 因此， （4-4）將（4-3）代入（4-4），得 （4-5）可見，由測得的v曲線，求出處的斜率，既可由（4-5）式計算出頻率調制靈敏度。5.調頻原理圖5.1調頻電路圖5.2輸入波形（xsc2的波形）5.3調頻后波形（xsc1的波形）5.4 混合圖6.仿真軟件：multisim軟件6.1元器件清單：電阻、電容、電感、交流電、變容二極管、三極管、示波器、直流電源。7.設計體會通過本周的課程設計，我認識到課本上的知識的實際應用，激發(fā)了學習興趣，增強了思考和解決實際問題的能力。這次做課程設計，給我留下了很深的印象。做什么都要有追根求底的精神。不然什么都只是知道，卻什么都不精通，這是將來走上社會最忌諱的。雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。這次課程設計讓我認識到了知識和實踐的重要性。只有牢固掌握了所學的知識，才能有清晰的思路，知道每一步該怎樣走。才能順利的解決每一個問題。就以這次課程設計為例，剛拿到題目的時候，大致看一下要求，根據(jù)平時所學的知識，腦海中就立刻會想到應該用到的元器件，然后再去圖書館去查這些元器件的資料，很快地初步方案以及大概的電路原理圖就出來了。但是，在具體的細節(jié)設計上，我卻不知道為什么，從而明白了自己基礎知識掌握得不牢固。所以，這次課程設計在讓我認識了知識的重要性之外，更讓我明白了自己理論知識和實踐知識的欠缺。