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學年第1 學期 高頻電子線路 課程設計報告 題目:變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設計專業(yè)：電子信息工程 班級：信息（）班 電氣工程系 202年12月1日 、任務書 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設計 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路的設計 目錄 第一章設計思路?錯誤!未定義書簽。 第二章調(diào)頻電路工作原理 錯誤!未定義書簽。 21 間接調(diào)頻原理?錯誤!未定義書簽。 2.2 直接調(diào)頻原理?錯誤!未定義書簽。 2.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理 錯誤!未定義書簽。第三章電路設計 錯誤!未定義書簽。 .主振電路設計原理分析?錯誤!未定義書簽。 3.2變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設計原理分

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

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,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，若此時諧振回路的諧振頻率與加到變?nèi)荻O管上的調(diào)制信號呈線性關系,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)制是對調(diào)制信號頻譜進行非線性頻率變換,而不是線性搬移，因而不能簡單地用乘法器和濾波器來實現(xiàn)。實現(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)制信號進行積分處理,然后用它控制載波的瞬時相位變化,從而實現(xiàn)間接控制載波的瞬時頻率變化

4、的方法，稱為間接調(diào)頻法。 根據(jù)前述調(diào)頻與調(diào)相波之間的關系可知，調(diào)頻波可看成將調(diào)制信號積分后的調(diào)相波。這樣,調(diào)相輸出的信號相對積分后的調(diào)制信號而言是調(diào)相波，但對原調(diào)制信號而言則為調(diào)頻波。這種實現(xiàn)調(diào)相的電路獨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)制信號直接控制振蕩器的瞬時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)制信號的規(guī)律變化，實現(xiàn)直接調(diào)頻。 可變電抗器件的種類很多，

5、其中應用最廣的是變?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。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，由場效應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)反向偏置時勢壘電容隨外加反向偏壓變化的機理,在制作半導體二極管的工藝上進行特殊處理，以控制半導體的摻雜濃度和摻雜分布，可以使二極管的勢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 之間存在著如下關系: n B V u Cj Cj ? ? ? ?+= 10 () 式中,V B 為N 結(jié)的勢壘位差(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對于緩變結(jié)，擴散型管多屬此種; 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 （)的控制下隨時間的變化而變化。把受到調(diào)制信 號控制的變?nèi)荻壒芙尤胼d波振蕩器的振蕩回路,

8、則振蕩回路的頻率已收到調(diào)制信號的控制。適當選擇調(diào)頻二極管的特性和工作狀態(tài)，這樣就實現(xiàn)了調(diào)頻。設電路工作在線性調(diào)制 狀態(tài)，在靜態(tài)工作點Q 處,曲線的斜率為V C k C =。 ?第三章 電路設計 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 主振電路設計原理分析 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,并且頻率由零慢慢增大，端口輸出調(diào)頻信號。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，回路的標準性也就越高。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式振蕩電路實現(xiàn)LC 振蕩,簡便易行。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，電容值會隨加在其而端的電壓的變化而變化,從而達到變頻的目的。4、R5、R6、R7和W2調(diào)節(jié)并設置電容三點式振蕩器中1管的靜態(tài)工作點，R 、R 、R1調(diào)節(jié)并設置2管的靜態(tài)工作點,C7、C9、C10以及L4、CC1、構(gòu)成L 振蕩電路。電容三點式振

10、蕩器電路等效電路如下圖所示。 圖3.2 電容三點式振蕩器等效電路 32 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路設計原理分析 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,諧振回路的總電容為： 式中()718C CC C Ca +=，(由于9和0電容值遠大于C7,C9和C10可串聯(lián)忽略） CQ 為靜態(tài)工作點是所對應的變?nèi)荻O管結(jié)電容。 調(diào)頻電路中，1、R2、

11、R3和1調(diào)節(jié)并設置變?nèi)荻O管的反偏工作點電壓，,調(diào)制信號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,要求它對高頻接近短路，而對調(diào)制頻率接近開路。C1為高頻濾波電容，要求它對高頻的容抗很小，近似短路,而對調(diào)制頻率的容抗很大，近似開路。信號V 從端口通過C 2輸入,C 2為隔直電容，濾除輸入信號中摻雜的直流成分。電感1為高頻扼流圈,要求它對高頻的感抗很大，近似開路，而對直流和調(diào)制頻率近似短路。對高頻而言,1相當于斷路,3相當于短路,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)莨苌希皇苷袷幓芈返挠绊?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)設置 41 LC 震蕩電路直流參數(shù)設置 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 。實驗實際測得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)設置 由LC 震蕩頻率的計算公式可求出 LC f 21 0= 若取()718C CC C Ca C +=,本次實驗中可調(diào)電容C 規(guī)格為5120pF ，計算時取5pF,C7=24F 。L41. H 。實驗中可適當調(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)制信號對的影響。取 R2=.9k ，隔離電阻3=8k ，R1=20K 。實際調(diào)試時,L1用1.2u 代替，測得C3與1之間節(jié)點對

14、地電壓為0.5V ,較理論值偏小。1與R2之間節(jié)點對地電壓為2.V 。 43 2管參數(shù)設置 對輸出電路，為保證T2管正常工作，可取R8=8.2K ，R9=10K,R 0=1.5K ，實驗實測得R8與間節(jié)點對地電壓為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為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。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，并對電路進行仿真。Multsim提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的P技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計,這也使其更適合電子學教育。通過Mltsim和虛擬儀器技術(shù)，PB設計工程師和電子學教育工可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。 2電路仿真 在mulitisim中連接測試電路,按下仿真開始按鈕,開始仿真。 (）用萬用表分別測量1管Vb，Vce和Ve,調(diào)試T1管的靜態(tài)工作點。測得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)工作點的調(diào)試 （2）用萬用表測得8與R9間節(jié)點對地電壓即Vb為6.V，Ve2=69V,則b2V （a）V2 (b）Ve2 (c）Vbe2 圖.2 2管靜態(tài)工作點調(diào)試 (3)用萬用表測得C3與L1之間節(jié)點對地電壓為0.5V,較理論值偏小。R1與R之間節(jié)點對地電壓為27。 （a）C與1之間節(jié)點對地電壓(b）R1與R2之間節(jié)點對地電壓 圖5.3 變?nèi)荻O管反向電壓的設置 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，使用示波器測電路的輸出波形,即振蕩回路的載波信號的波形。 圖5.4 載波信號波形 (4）然后在c處加入頻率為1KH，幅度為20的

17、調(diào)制信號,此時示波器輸出的即為調(diào)制后的F信號。 圖. 加入調(diào)制信號后的輸出波形 根據(jù)所得數(shù)據(jù)及已知參數(shù)計算可得 LC f 21 0= ?-=?Q o m 21C C f f 計算以上各式可得MHz f 945.200，f 20Hz,滿足實驗要求。 小結(jié) 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。上了三年大學，學了三年電子，發(fā)覺自己竟然連一只三極管還沒有學會?？磥碜鍪裁炊家凶犯蟮椎木?。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