變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

1、 7/7變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 212 213學(xué)年第1 學(xué)期 高頻電子線路 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目:變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)：信息（）班 電氣工程系 202年12月1日 、任務(wù)書 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設(shè)計(jì) 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設(shè)計(jì) 目錄 第一章設(shè)計(jì)思路?錯(cuò)誤!未定義書簽。 第二章調(diào)頻電路工作原理 錯(cuò)誤!未定義書簽。 21 間接調(diào)頻原理?錯(cuò)誤!未定義書簽。 2.2 直接調(diào)頻原理?錯(cuò)誤!未定義書簽。 2.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理 錯(cuò)誤!未定義書簽。第三章電路設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書簽。 .主振電路設(shè)計(jì)原理分析?錯(cuò)誤!未定義書簽。 3.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分

2、析 錯(cuò)誤!未定義書簽。第四章電路元器件參數(shù)設(shè)置?錯(cuò)誤!未定義書簽。 .1 LC震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置 錯(cuò)誤!未定義書簽。 4.2變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設(shè)置 (5) 4.3 T2管參數(shù)設(shè)置 錯(cuò)誤!未定義書簽。 .1 mulitisim1軟件介紹 錯(cuò)誤!未定義書簽。 5.2 電路仿真?錯(cuò)誤!未定義書簽。 小結(jié) 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄一元器件清單 錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄二 第一章設(shè)計(jì)思路 變?nèi)荻O管為特殊二極管的一種。當(dāng)外加順向偏壓時(shí),有大量電流產(chǎn)生,PN（正負(fù)極)接面的耗盡區(qū)變窄,電容變大,產(chǎn)生擴(kuò)散電容效應(yīng);當(dāng)外加反向偏壓時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生過渡電容效應(yīng)。但因加順向偏壓時(shí)會(huì)有漏電流的產(chǎn)生，所以在應(yīng)用上均供給反向

3、偏壓。在變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路中,變?nèi)荻O管作為一壓控電容接入到諧振回路中,當(dāng)變?nèi)荻O管的結(jié)電容隨加到變?nèi)荻O管上的電壓變化時(shí),由變?nèi)荻O管的結(jié)電容和其他回路元件決定的諧振回路的諧振頻率也就隨之變化，若此時(shí)諧振回路的諧振頻率與加到變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號(hào)呈線性關(guān)系,就完成了調(diào)頻的功能,這也是變?nèi)荻O管調(diào)頻的原理。 ?第二章調(diào)頻電路工作原理 頻率調(diào)制是對(duì)調(diào)制信號(hào)頻譜進(jìn)行非線性頻率變換,而不是線性搬移，因而不能簡(jiǎn)單地用乘法器和濾波器來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法分為兩大類:直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法。 2.間接調(diào)頻原理 先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分處理,然后用它控制載波的瞬時(shí)相位變化,從而實(shí)現(xiàn)間接控制載波的瞬時(shí)頻率變化

4、的方法，稱為間接調(diào)頻法。 根據(jù)前述調(diào)頻與調(diào)相波之間的關(guān)系可知，調(diào)頻波可看成將調(diào)制信號(hào)積分后的調(diào)相波。這樣,調(diào)相輸出的信號(hào)相對(duì)積分后的調(diào)制信號(hào)而言是調(diào)相波，但對(duì)原調(diào)制信號(hào)而言則為調(diào)頻波。這種實(shí)現(xiàn)調(diào)相的電路獨(dú)立于高頻載波振蕩器以外，所以這種調(diào)頻波突出的優(yōu)點(diǎn)是載波中心頻率的穩(wěn)定性可以做得較高,但可能得到的最大頻偏較小。 2 直接調(diào)頻原理 用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的瞬時(shí)頻率變化的方法稱為直接調(diào)頻法。如果受控振蕩器是產(chǎn)生正弦波的LC 振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。將受到調(diào)制信號(hào)控制的可變電抗與諧振回路連接,就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。 可變電抗器件的種類很多，

5、其中應(yīng)用最廣的是變?nèi)荻O管。作為電壓控制的可變電容元件,它有工作頻率高、損耗小和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控制的可變電感元件。此外，由場(chǎng)效應(yīng)管或其它有源器件組成的電抗管電路，可以等效為可控電容或可控電感。 直接調(diào)頻法原理簡(jiǎn)單,頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。在正弦振蕩器中，若使可控電抗器連接于晶體振蕩器中，可以提高頻率穩(wěn)定度，但頻偏減小。 3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理 變?nèi)荻O管具有PN 結(jié)，利用P 結(jié)反向偏置時(shí)勢(shì)壘電容隨外加反向偏壓變化的機(jī)理,在制作半導(dǎo)體二極管的工藝上進(jìn)行特殊處理，以控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜分布，可以使二極管的勢(shì)壘電容靈敏地隨反偏電壓變化且呈現(xiàn)較大

6、的變化,這樣就制作成了變?nèi)荻O管。 變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj,與在其而端所加反向電壓u 之間存在著如下關(guān)系: n B V u Cj Cj ? ? ? ?+= 10 () 式中,V B 為N 結(jié)的勢(shì)壘位差(硅管約為0.V,鍺管約為.3V)，C j0為變?nèi)荻O管在零偏置時(shí)的結(jié)電容值，n 為變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化指數(shù)，它取決于PN 結(jié)的雜質(zhì)分布規(guī)律:n 13對(duì)于緩變結(jié)，擴(kuò)散型管多屬此種; n=/2為突變結(jié),合金型管屬于此類。采用特殊工藝制程的超突變結(jié)的n 在15之間。 變?nèi)荻O管的結(jié)電容變化曲線如所示。 圖2.1 變?nèi)荻O管的C u 特性曲線 加到變?nèi)荻O管上的反向電壓包括直流偏壓V0和調(diào)制信號(hào)電壓(

7、t)= cos t ，即t cos V V m Q +=+=V V u Q （） 將式（)帶入（)，得 () n Q m V Cj Cj -+=? ? ? ?+? ? ? ?+= ? ?+= t cos 1Cj t cos V V V 11 V V 1Cj V t cos 1Q n B Q m n B Q 0n B 0 式中,n B Q Q V V Cj Cj ? ? ? ?+= 10 為靜態(tài)工作點(diǎn)的結(jié)電容，() Q m B Q m V V V +=V V m 為反映 結(jié)電容調(diào)深度的調(diào)制指數(shù)。結(jié)電容在u （)的控制下隨時(shí)間的變化而變化。把受到調(diào)制信 號(hào)控制的變?nèi)荻?jí)管接入載波振蕩器的振蕩回路,

8、則振蕩回路的頻率已收到調(diào)制信號(hào)的控制。適當(dāng)選擇調(diào)頻二極管的特性和工作狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。設(shè)電路工作在線性調(diào)制 狀態(tài)，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q 處,曲線的斜率為V C k C =。 ?第三章 電路設(shè)計(jì) 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路主要是由主振電路和變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路構(gòu)成，電路如圖所示。 圖 3.1 總體電路圖 .1 主振電路設(shè)計(jì)原理分析 端口通過濾直電容C82輸入頻率為1H 大小為v 的調(diào)制信號(hào),并且頻率由零慢慢增大，端口輸出調(diào)頻信號(hào)。T ,T2為3D 12三極管,9、C1、7、L4、C 1、C8為主振回路,1為b91變?nèi)荻O管。為了減小三極管的極間電容C e 、Cb 、Cc 這些不穩(wěn)定電容對(duì)振蕩頻率的影響

9、，要求C9C7,C10C7，且C7越小,這種影響就越小，回路的標(biāo)準(zhǔn)性也就越高。則回路的諧振頻率是 C f o L 21= 本電路采用常見的電容三點(diǎn)式振蕩電路實(shí)現(xiàn)LC 振蕩,簡(jiǎn)便易行。式中,L 為C 振蕩電 路的總電感量,為振蕩電路中的總電容,主要取決于C3、C 、8、c1及變?nèi)荻O管反偏時(shí)的結(jié)電容Cj 。，變?nèi)荻O管電容j 作為組成LC 振蕩電路的一部分，電容值會(huì)隨加在其而端的電壓的變化而變化,從而達(dá)到變頻的目的。4、R5、R6、R7和W2調(diào)節(jié)并設(shè)置電容三點(diǎn)式振蕩器中1管的靜態(tài)工作點(diǎn)，R 、R 、R1調(diào)節(jié)并設(shè)置2管的靜態(tài)工作點(diǎn),C7、C9、C10以及L4、CC1、構(gòu)成L 振蕩電路。電容三點(diǎn)式振

10、蕩器電路等效電路如下圖所示。 圖3.2 電容三點(diǎn)式振蕩器等效電路 32 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設(shè)計(jì)原理分析 圖3.1中,直接調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管(Bb 10）D1，耦合電容C1、C3、C82，偏置電 阻1、R2,隔離電阻R3和電位器1構(gòu)成。接入系數(shù)Cj C C p += 33 ,(C3由不同電容值的電 容代 替，保證接入系數(shù)不同）其中等效電路圖如下圖所示。 CJ 圖3.3 變?nèi)荻O管部分接入等效圖 無調(diào)制時(shí),諧振回路的總電容為： 式中()718C CC C Ca +=，(由于9和0電容值遠(yuǎn)大于C7,C9和C10可串聯(lián)忽略） CQ 為靜態(tài)工作點(diǎn)是所對(duì)應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容。 調(diào)頻電路中，1、R2、

11、R3和1調(diào)節(jié)并設(shè)置變?nèi)荻O管的反偏工作點(diǎn)電壓，,調(diào)制信號(hào)v 經(jīng)C82和高頻扼流圈加到二極管上。為了使VQ 和v 能有效的加到變?nèi)莨苌?而不至于被振蕩回路中L4所短路,須在變?nèi)莨芎蚅4之間接入隔直流電容3,要求它對(duì)高頻接近短路，而對(duì)調(diào)制頻率接近開路。C1為高頻濾波電容，要求它對(duì)高頻的容抗很小，近似短路,而對(duì)調(diào)制頻率的容抗很大，近似開路。信號(hào)V 從端口通過C 2輸入,C 2為隔直電容，濾除輸入信號(hào)中摻雜的直流成分。電感1為高頻扼流圈,要求它對(duì)高頻的感抗很大，近似開路，而對(duì)直流和調(diào)制頻率近似短路。對(duì)高頻而言,1相當(dāng)于斷路,3相當(dāng)于短路,因而C3和二極管接入LC 振蕩電路,并組成振蕩器中的電抗分量，等

12、效電路如下左圖所示。對(duì)直流和調(diào)制頻率而言,由于3的阻斷,因而V 和v 可以有效的加到變?nèi)莨苌?，不受振蕩回路的影?等效電路如下右圖所示。 CJ 圖3.4 高頻通路 圖3.5 直流和調(diào)制頻率通路 Q 3Q 3Q C C C C C C a + = ?第四章 電路元器件參數(shù)設(shè)置 41 LC 震蕩電路直流參數(shù)設(shè)置 IC 一般為1mA 。若I Q 偏大，振蕩幅度增加,但波形失真加重,頻率穩(wěn)定性變差。 取ICQ1=2m 。取VC Q1(2）CC 6V ?？梢郧蟪鯮 +R5=3K ，取R =2K ,R5=1K ;=60,BQ=I ,為使減小I Q 對(duì)偏執(zhí)電阻的電位偏執(zhí)效果的影響，取R6和R 上流過的電流I

13、BI Q ，取R6=5，R7=8.2K ，W2的可調(diào)最大阻值為20K 。實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)得1管Vc =7.8V ，ce1=56V ，b =064V ，基本接近理論值。 . 變?nèi)莨苷{(diào)頻電路參數(shù)設(shè)置 由LC 震蕩頻率的計(jì)算公式可求出 LC f 21 0= 若取()718C CC C Ca C +=,本次實(shí)驗(yàn)中可調(diào)電容C 規(guī)格為5120pF ，計(jì)算時(shí)取5pF,C7=24F 。L41. H 。實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整CC 的值。電容C 、C 0由反饋系數(shù) 及電路條件C72,R 1,以減小調(diào)制信號(hào)對(duì)的影響。取 R2=.9k ，隔離電阻3=8k ，R1=20K 。實(shí)際調(diào)試時(shí),L1用1.2u 代替，測(cè)得C3與1之間節(jié)點(diǎn)對(duì)

14、地電壓為0.5V ,較理論值偏小。1與R2之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為2.V 。 43 2管參數(shù)設(shè)置 對(duì)輸出電路，為保證T2管正常工作，可取R8=8.2K ，R9=10K,R 0=1.5K ，實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)得R8與間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為6.4V ,Ve =5.69V ,則Vbe 0.7V ，基本符合理論值。取耦合電容C12=3pF ，1=.01uF 第五章電路仿真 51 multism11軟件介紹 ultisim是美國國家儀器（N）有限公司推出的以Winows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Ml

15、tism交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multsim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的P技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì),這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Mltsim和虛擬儀器技術(shù)，PB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。 2電路仿真 在mulitisim中連接測(cè)試電路,按下仿真開始按鈕,開始仿真。 (）用萬用表分別測(cè)量1管Vb，Vce和Ve,調(diào)試T1管的靜態(tài)工作點(diǎn)。測(cè)得Vcb17.8V，ce1=.6V,Vbe1064V，說明T1管正常工作。 (）Vcb1 (b)Vce1 (c）Vbe

16、1 圖5.T管靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試 （2）用萬用表測(cè)得8與R9間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓即Vb為6.V，Ve2=69V,則b2V （a）V2 (b）Ve2 (c）Vbe2 圖.2 2管靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試 (3)用萬用表測(cè)得C3與L1之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為0.5V,較理論值偏小。R1與R之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓為27。 （a）C與1之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓(b）R1與R2之間節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓 圖5.3 變?nèi)荻O管反向電壓的設(shè)置 說明加在變?nèi)荻O管兩端的反向電壓為0.5V,變?nèi)荻O管正常工作。 (4)不加調(diào)制信號(hào)，使用示波器測(cè)電路的輸出波形,即振蕩回路的載波信號(hào)的波形。 圖5.4 載波信號(hào)波形 (4）然后在c處加入頻率為1KH，幅度為20的

17、調(diào)制信號(hào),此時(shí)示波器輸出的即為調(diào)制后的F信號(hào)。 圖. 加入調(diào)制信號(hào)后的輸出波形 根據(jù)所得數(shù)據(jù)及已知參數(shù)計(jì)算可得 LC f 21 0= ?-=?Q o m 21C C f f 計(jì)算以上各式可得MHz f 945.200，f 20Hz,滿足實(shí)驗(yàn)要求。 小結(jié) 通過本周的課程設(shè)計(jì),我認(rèn)識(shí)到課本上的知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了思考和解決實(shí)際問題的能力。這次做課程設(shè)計(jì)，給我留下了很深的印象。上了三年大學(xué)，學(xué)了三年電子，發(fā)覺自己竟然連一只三極管還沒有學(xué)會(huì)?？磥碜鍪裁炊家凶犯蟮椎木瘛２蝗皇裁炊贾皇侵?卻什么都不精通，這是將來走上社會(huì)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(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到了知識(shí)和實(shí)踐的重