(论文)高频课程设计 鉴频器的设计最新优秀毕业论文资料搜集呕血奉献

高频电子线路课程设计说明书绪论鉴频器使输出电压和输入信号频率相对应的电路。按用途可分为两类。第一类用于调频信号的解调。常见的有斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器等，对这类电路的要求主要是非线性失真小，噪声门限低。第二类用于频率误差测量，如用在自动频率控制环路中产生误差信号的鉴频器。对这类电路的零点漂移限制较严，对非线性失真和噪声门限则要求不高。实现调频信号解调的鉴频电路可分为三类，第一类是调频 调幅调频变换型。这种类型是先通过线性网络把等幅调频波变换成振幅与调频波瞬时频率成正比的调幅调频波，然后用振幅检波器进行振幅检波。第二类是相移乘法鉴频型。这种类型是将调频波经过移相电路变成调相调频波，其相位的变化正好与调频波瞬时频率的变化成线性关系，然后将调相调频波与原调频波进行相位比较，通过低通滤波器取出解调信号。因为相位比较器通常用乘法器组成，所以称为相移乘法鉴频。第三类是脉冲均值型。这种类型是把调频信号通过过零比较器变换成重复频率与调频信号瞬时频率相同的单极性等幅脉冲序列，然后通过低通滤波器取出脉冲序列的平均值，这就恢复出与瞬时频率变化成正比的信号。调频波的特点是振幅保持不变，而瞬时频率随调制信号的大小线形变化，调制信号代表所要传送的信息，在分析或实验时，常以低频正弦波为代表。鉴频的目的就是从调频波中检出低频调制信号，即完成频率电压的变换作用。能完成这种作用的电路被称为鉴频器。率鉴频器：其中，晶体管和LC回路实质上是一个调谐放大器，但回路的谐振频率f0与已调频信号的中心频率fc是失谐的。一旦已调频信号的瞬时频率发生变化,放大器就输出一个与之相对应的调幅-调频波。经二极管检波处理，即可在负载RL上得到与原调制信号变化规律相同的输出。斜率鉴频器的电路比较简单，但回路失谐时其谐振特性曲线不是直线，因而鉴频特性的线性较差。1 鉴频器基础知识1.1 鉴频器角调波的解调就是从角调波中恢复出原调制信号的过程。其中调频波的解调电路称为频率检波器或鉴频器（FD）。与调幅接收机一样，调频接收机的组成也大多是采用超外差式的。在超外差式的调频接收机中，鉴频通常在中频频率（如调频广播接收机的中频频率10.7MHZ）上进行。就鉴频器的功能而言，它是一个将输入调频波的瞬时频率(或频偏)变换为相应的解调输出电压的变换器，通常将此变换器的变换特性称为鉴频特性，用曲线表示为输出电压与瞬时频率或频偏之间的关系曲线，称为鉴频特性曲线。在线性解调的理想情况下，此曲线为一直线，但实际往往有弯曲，呈“S”曲线。通常用峰值带宽来近似衡量鉴频特性线性区的宽度，它指的是鉴频特性曲线左右两个最大值（）间对应的频率间隔。鉴频器特性曲线一般是左右对称的，若峰值点的频偏为,则=。对于鉴频器来讲，要求线性范围宽（），线性度好。但在实际上，鉴频特性在两峰之间都存在一定的非线性，通常只有在=0附近才有较好的线性。对鉴频器的另外一个要求，就是鉴频跨导要大。所谓鉴频跨导，就是鉴频特性在载频处的频率，它表示的是单位频偏所能产生的解调输出电压。鉴频跨导有叫鉴频灵敏度，用公式表示为： 鉴频跨导也可以理解为鉴频器将输入频率转换为输出电压的能力或效率，鉴频跨导又称为鉴频效率。调频制具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信噪比为条件的，一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比将急剧下降，甚至无法接收。 调频致具有良好的抗噪声能力，是以鉴频器输入为高信噪比为条件。一旦鉴频器输入信噪比低于规定的门限值，鉴频器的输出信噪比将急剧下降，甚至无法接受。这种现象称为门限效应。实际上，各种鉴频器都存在门限效应，只是门限电压的大小不同而已。鉴频特性：鉴调频电路输出低频解调电压与输入低频信号瞬时频偏的关系。理想鉴调频特性应该是线形的，实际为“ S ”曲线线形范围：由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化，故鉴频特性曲线位于载频附近，其中线形部分称为鉴频线形范围。正负峰间距 鉴频灵敏度 ：在鉴频线形范围内，单位频偏产生的解调信号电压的大小。 . 处的斜率。单位频偏产生的输出电压的大小。 图1-1 鉴频器及鉴频特性1.2 鉴频方法 从FM波中还原调制信号的方法概括起来可分为直接鉴频法和间接鉴频法两种。直接鉴频法就是直接从调制信号的频率中提取原来调制信号的方法，主要是脉冲计数式鉴频法；间接鉴频法就是对调制信号进行不同的变换或处理从而间接地恢复原来调制信号的方法，如波形变换法、锁相环解调（PLLDM）法及调频负反馈解调（FM-FBDM）法、正交鉴频法等。对于间接鉴频法，尽管解调方式不同，但它们均能产生一个幅度与输入信号瞬时频率成线性关系的输出信号。就鉴频器的工作原理而言，其各种实现方法都是将输入调频波进行特定的波形变换，是变换后的波形包含反映瞬时频率变化的平均分量，然后通过低通滤波器取出所需解调电压。根据波形变换的不同特点，鉴频方法可归纳为振幅鉴频法和相位鉴频法两种。1.2.1 振幅鉴频法调频波振幅恒定，故无法直接用包络检波器解调。所以将等幅的调频信号变换成振幅也随瞬时频率变化，既调频又调幅的FM-AM波，就可以通过包络检波器解调此调频信号。用此原理构成的鉴频器称为振幅鉴频器，其原理框图如下图所示。其中FM-FM.AM变换电路应该是具有线性频率电压转换特性的线性网络。 （a） 振幅鉴频器原理框图 （b）变化电路特性 图1-2 振幅鉴频原理1.2.2 相位鉴频法 相位鉴频法的原理框图如下图所示。图中的变换电路具有线性的频率相位转换特性，它可以将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM-PM波。把此FM-PM波和原来输入的调频信号一起加到鉴相器上，就可以通过鉴相器解调此调频信号。相位鉴频法的关键是相位检波器，相位检波器或鉴相器就是用来检出两个信号之间的相位差，完成相位差电压变换作用的部件或电路。设输入鉴相器的两个信号分别为：把它们同时加于鉴相器，鉴相器的输出电压是瞬时相位差的函数，即：在线性鉴相时，与输入位相差成正比。信号中引入固定相移的目的在于当输入相位差在零附近正负变化时，鉴相器输出电压也相应地在零附近正负变化。图1-3 相位鉴频器的框图2 振幅鉴频方案选择 本次课设要求将FM波转换成FM-AM波，再用二极管包络检波解调出原调制信号，所以必须要用振幅鉴频法完成本次课设。振幅鉴频中有几种不同的方案可以选择。(1) 鉴频线性性 鉴频电路输出低频解调电压与输入调频信号瞬时频偏的关系称为鉴频特性, 理想的鉴频特性应是线性的。 (2) 鉴频线性范围 由于输入调频信号的瞬时频率是在载频附近变化, 故鉴频特性曲线位于载频附近, 其中线性部分称为鉴频线性范围。 （a） 振幅鉴频器原理框图 （b）变化电路特性 图2-1 振幅鉴频原理2.1 直接时域微分法设调制信号为，调频波为对此式直接微分可得电压振幅与瞬时频率成正比，因此上式是一个FM-AM波。由于远大于频偏，包络不会出现负值，经包络检波后即可得到原调制信号。以上过程说明，只要将调频波直接进行微分运算，就可以很方便地用包络检波器实现鉴频，所以这种鉴频器有微分网络和包络检波器两部分组成，如下图所示。理论上这种方法非常好，但在实际电路中，由于器件非线性等原因，其有效的线性鉴频范围是有限的。为了扩大线性鉴频范围，可以采用较为理想的时域微分鉴频器，如脉冲计数式鉴频器。图2-2 微分鉴频原理2.2 斜率鉴频法上述微分器的作用也可由其他网络来完成，只要在所需频率范围内具有线性幅频特性即可，如低通、高通、带通网络等都可以完成这一转换，其中应用最多的是带通网络。斜率鉴频器利用LC谐振回路的谐振特性对调频波进行调频调幅变换，变换特性取决于谐振特性曲线的斜率。下图就是利用单失谐回路完成鉴频的最简单电路。工作过程及波形如图所示，回路的谐振频率高于FM波的载频，显然，对输入信号是失谐的，在2fm范围内，并联谐振回路的幅频特性近似为直线，并尽量利用幅频特性的倾斜部分。当时，回路两端电压大；当，。而且和对是对称的，即因此此电路叫做双失谐回路鉴频器或平衡鉴频器。调频信号在回路两端产生的电压和的幅度分别以和表示。假设图中两个二极管检波器参数一致，（，和参数一样）。和分别经二极管检波器得到输出电压和，由于次级回路线圈与和接法相反，所以和是反相的，合成输出电压，当输入调频信号的频率由向升高的方向偏离时，谐振回路II输出电压大，而回路III输出电压小，则检波后，则0。可以粗略的认为两个检波器传输系数都近于1，可以得出。也就是说，随频率改变的规律应与随频率改变的规律一致。将和两曲线相减，就可以得出双失谐回路鉴频器的鉴频特性曲线，不仅可以完成鉴频作用，而且鉴频特性的直线性和直线性工作范围都比单失谐回路的振幅鉴频器有显著改善。这是因为，当一边鉴频输出波形有失真，例如正半周大，负半周小时，对称的另一边鉴频输出波形也必定有失真，但却是正半周小，负半周大，因而相互抵消。图3-3 双失谐回路鉴频器的鉴频特性3.3 双失谐回路鉴频器实用电路的工作原理与模块分析下图是微波通信接收机中采用的失谐式平衡鉴频器的电路实例。电路中有三个谐振回路，回路A调谐于中频频率35MHZ，回路B和C分别调谐于30MZ和40MHZ，三个回路的谐振频率互不相同，为了便于调整，减小三个回路之间的相互影响，改电路没有采用耦合的办法，而是将由两个共基极放大器连接，两个共基极放大器不仅可以使三个回路相互独立，而且影响信号的传输。图3-4 双失谐回路鉴频器实例3.3.1调频调频、调幅变换电路分析双失谐回路斜率鉴频器可分为两个模块，模块一为将调频波变换为调频、调幅波的变换电路，电路如下图所示。等幅的调频波一分为二，同时加到两个共基极单谐回路斜率鉴频器晶体管的发射级，晶体管和集电极连接的并联谐振回路II和III的谐振频率分别为和，它们对称地处于调频波的载频中心频率的两边，可设。原调频波经模块一后，上下分解为两个对称的波形输出，的波形为密一些的振幅小，疏一些的部分振幅大，而的波形正好与相反。图3-5 调频调频、调幅波变换电路3.3.2 二极管包络检波器的原理分析模块二为将调频、调幅波检波，解调出原调制信号的二极管包络检波器，电路图如下图所示。二极管包络检波器是利用二极管的单向导电性和检波器的负载的充放电过程实现检波，所以时间常数的选择很重要，时间常数过大会产生惰性失真；常数太小，高频分量会滤不干净。综合考虑要求满足： 式中。为调制度，为载波频率，为调制信号角频率的最大值。此电路中检波器用于大信号状态，输入信号电压要大于0.5V，通常在1V左右。检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻放电的交替重复过程图中回路B和C的连接点与检波电容中点一起接地，由于接地点的改变，输出信号从检波电阻的中点输出，此时不再由两检波器输出电压之差决定，而由两检波器电流和之差决定，为了得到电流之差，所以图中把下面的二极管反接过来，这也为空载时构成了检波直流通路。图3-6 二极管包络检波电路4 电路中相关参数的计算 双失谐回路鉴频器中回路A调谐于中频频率为35MHZ,则LC并联回路中，设电容C=10pF,由可得，L=，用两个相同的电感代替，均为。谐振回路B中，LC并联回路中，电容为可变电容，设电感为，当谐振频率为30MHZ时，可变电容值为21.7pF，可选择2.5/25pF的可变电容，将其调到所需电容值21.7pF，回路C中谐振频率为40MHZ，电感也为，计算可得可变电容值为12.2pF，仍选择2.5/25pF的可变电容，将其调到电容值为12.2pF。其他的参数均可自行设置，其中三极管的上拉电阻不宜太大，否则容易造成波形失真，本电路中选择510的电阻。5电路仿真分析 双失谐回路鉴频器的输入调频波的波形如下图5-1所示。图5-1 输入调频波的波形图模块一后，调频波变换为调频、调幅波，其输出波形如下图5-2所示。原调频信号为等幅的调频波，波形仅有有疏密之别，经变换电路变换后，波形振幅不等，形成包络。图5-2 调频、调幅波的波形图再经模块二，即二极管包络检波器检波之后，输出所需的原调制信号，得到的仿真波形图如下图5-3所示。图5-3 双失谐回路鉴频器输出的原调制信号波形图将原输入的调频波与经双失谐回路鉴频器鉴频之后输出的原调制信号进行对比，其仿真波形如下图5-4所示。图5-4 输入调频波与输出信号的比较6 实验调试本次课程设先设计出电路的总体图，并在电脑上通ElectronicsWorkbench软件对电路进行仿真得到了正确的仿真图结果。于是按照仿真的原件清单到电脑城去买回来原件。在面包板上接出电路图，到实验室调试。由于实验室没有提供调频波，于是无法进行实践电路的调试。 7 小结 为期近一周的高频电子线路课程设计已经接近尾声。通过这次课程设计首先对高频电路原理与分析课程的到了复习和应用。并且对所学的知识的到了应用。使得理论与实践相结合，对知识的掌握更佳的熟练。拿到题目后对老师给的题目进行分析。课程设的要求1.采用二极管完成一个鉴频器的设计。2.设计FM-FM.AM变换电路并进行调试。3.输入调频波，观测鉴频器的输入、输出波形。4.完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。之后到图书馆借了一些与课程设计有关的书，并且对其进行了选择和筛选。我还收索了大量的网站，在网上收索了很多关于高频电子线路设计的资料。在这个过程中我发现网上有很多有用的知识。以后应该多注意，充分合理的利用网络，通过网络来学习东西。之后分析电路实现的方案，对不同的电路进行分析，结合任务要求找出最好的电路方案。并设计出它的总体电路图，了解电路图的各部分功能和电路实现的具体过程。本次是要设计鉴频器，鉴频电路的作用是解调频率调制信号的调制信号。本次课程设计采用振幅鉴法中的斜率鉴频法。为了使电路的线性度好一点就用双谐平衡鉴频法。 至此已经接近尾声，一周的时间虽然很短暂，但在这一个星期的高频电子线路课程设计过程中收获颇丰。设计的核心内容就是运用所学的高频电子线路知识和电工电子以及EWB软件相关知识设计了一个鉴频电路设计。在电路的设计过程中，无形中便加深了对高频电子线路，模拟电路，数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解。 这次课程设计业使我明白了在知识的领域里我还有很多很多的不足，并且再一次的深深的体会到理论和实践之间还有很到的差别。在以后的学习中应该多多的注意实践知识的训练和积累。在以后的学习生活中要不断的开拓自己的动手能力，不断的训练自己的动手能力。这次课程设计让我深深的明白了自己以后该做什么，该怎么去做。这次课程设计课程设计业让我复习了高频电子线路原理与分析的相关知识。通过这次试验我复习了鉴频电路的设计。通过这次课程设计我还对mathtype数学公式编辑器有了一定的了解，并且会用它编辑公式。对word也有了进一步的掌握。致 谢 首先感谢学校的老师为我们精心的安排这次课程设计，让我们有机会进行实践