(整理)通信电子线路课程设计.

1、精品文档二。九二。一。学年第 二学期电子信息工程系课程设计报告书班 级：学 号：姓 名：课程名称：通信电子线路学时学分：1周 1学分指导教师：二。一。年三月十五日变容二极管频率调制电路设计一、课程设计目的1、复习正弦波振荡器有关知识2、复习LC振荡器的工作原理3、复习静态工作点和动态信号对工作点的影响4、学会分析计算LC振荡器的频率稳定度二、课程设计内容及要求1、已知条件*VCC =+12V,高频三极管3DG100,变容二极管2CC1C。2、性能指标 主振频率fo=10MHZ ,频率稳定度 砥"。*"10”/小时，主振级 的输出电压VO -1V ,最大频偏&fm =

2、10kHz。3、报告要求给出详细的原理分析，计算步骤，电路图和结果分析。三、原理分析3.1 FM调制原理：FM调制是靠信号使频率发生变化，振幅可保持一定，所以噪声成分易消除。设载波 Vc =Vcm coswct，调制波 Vs =Vsmcoswst。Wm =Wc +AWC0SWst或fm = fc + Af COS2ft ,此时的频率偏移量 f为最大频率偏移。最后得到的被调制波 Vm =Vcmsin日m , V m随Vs的变化而变化。dt = wct «w/ws)sinwstVm - Vcm sin m= Vcmsinwct ( w/ws)sinwst= Vcmsin(w/ msinw

3、st)为调制系数3.2 变容二极管直接频率调制的原理：变容二极管Cj通过耦合电容Ci并接在LCn回路的两端，形成振荡回路总容的一 部分。(3-2)因而，振荡回路的总电容 C为：振荡器C=CN+Cj（3-1）振 荡 频 率 为 图3.1变容二极管调频原理电路f =112二.LC 2二 L（Cn Cj）加在变容二极管上的反向偏压为：Vr=Vq（直流反偏）+u&调制电压）+u0（高频振荡，可忽略）变容二极管利用PN结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容 （势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关 系曲线称Cj+曲线，如图3.2所示。由图可见：未加调制电压

4、时，直流反偏VQ所 对应的结电容为Cj,，当调制信号为正半周时， 变容二极管负极电位升高，即反偏增加时，变容 二极管的电容Cj减小；当调制信号为负半周时，C 变容二极管负极电位降低，即反偏减小时，Cj增 大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小 时，近似为工作在Cj曲线的线性段，Cj将 随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线 的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线 性失真。再回到图3.1 ,并设调制电压很小，工作在Cj曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设 图3.2用调制信号控制变容二极管结电容(3-3)(3-4)(3-5) R - VQ VQ cos' t由图4

5、.2可见：变容二极管的电容随u r变化。即：Cj =CjQ -CmcoSJt可得出此时振荡回路的总电容为C二Cn Cj =Cn , CjQ - Cm cos'.由此可得出振荡回路总电容的变化量为:(3-6)C =C - Cn CjQ，:Cj = -Cmcos-t由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中 Cm的是变容二极管结电 容变化的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化 AC时，振荡频率也会产 生f的变化，其关系如下：(3-7)f 1 C fc: f0 2c式中，是fo未调制时的载波频率；Co是调制信号为零时的回路总电容，显然(3-8)Co = CN . CjQ由公式（3-2）

6、可计算出中心频率 f0：fo，1 (3-9)2二，L（Cn CjQ）将（3-8）式代入（3-9）式，可得：1f(t) =-(fo/Co)CmCOS'-1t i f COS，.”2(3-10)1 八八(3-11 )f (fo/Co)Cm频偏：2振荡频率：f« ） = fo + 3 a ）= fo + Af cosot（3-12）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏 川与回路 的中心频率f0成正比，与结电容变化的最大值 Cm成正比，与回路的总电容 G成 反比。3.3 三极管的参数HP胃型高频小功率三极管3DG 100（3J>G6）参数原型号3DG6新

7、型号3DG100A3DG100 B3DG100 C3DGiaOD测试条件FCMW)10010Q1Q0100ICM(nA)202。2 口20pVCBO 33034033034。工C=l 0口 pAEVCEO(V)上表为NPN型高频小功率三极管3DG1。（3DG6）参数精品文档3.4 调制灵敏度单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以 Sf表示，单位为 kHz/V ,即SffmVQmV°m为调制信号的幅度； fm为变容管的结电容变化 C时引起的最大频偏。二.回路总 电容的变化量为c = p2 G在频偏较小时， fm与4C的关系可采用下面近似公式，即fm .1 士-2 cQz pT

8、Af T , AC TAf T o调制灵敏度 Sf =f 空工 式中， 金为回路总电容的变化2Cq三 Vq m量；Cqe为静态时谐振回路的总电容，即Cq/C# CcCq一Cc CqC1 J Sf TAfT调制灵敏度Sf可以由变容二极管 Cj-v特性曲线上VQ处的斜率kc计算。Sf越大，说明 调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。改变Cc的值可以使变容二极管的工作点调节 到最佳状态。3.3增加稳定度的措施：1、温度补偿法使L与C的变化量与 L与 C的变化量相互抵消以维持恒定的震荡频率，其原理如下：若回路的损耗电阻 r很小，即Q值很高，则振荡频率可以近似的用回路的固有频率fo来表小Of012 二

9、 LC由于外界因素的影响，使 LC产生微小的变量4 L、AC,因而引起振荡频率的变化为f =1：l 如；CFL FC 2若选用合适的负温度系数的电容器（电感线圈的温度系数恒为正值），使得ac/c与 L/L互相抵消，则4 f可减为零。这就是温度补偿法。 2、回路电阻r的大小是由振荡器的负载决定的，负载重时，r大，负载轻时r小，当负载变化时，振荡频率也随之变化。为了减小r的影响尽量使负载小且稳定，r越小，回路的Q值越高，频率的稳定度也越高，3、采用高稳定度LC振荡电路Cl>>C3,C2>>C3,Cb为基极耦合电容，C3为可变电容，他的作用是把 L与Ci, C2分隔开，使反馈

10、系数仅取决于 Cl, C2的比值，振荡频率基本上由L和C3决定。这样，C3就减弱了晶体管与振荡电路之间的耦合，使折算到回路内的有源器件的参数减小，提高了频率的稳定度，另一方面，不稳定电容（如分布电容）则与Cl, C2并联，基本上不影响震荡频率。C3越小,则频率的稳定度越好，但起振也就越困难。因此C3也不能无限制的减小。四、仪器设备函数信号发生器/计数器EE1641B调制度测量仪HP8901A高频信号发生器HP8640B超高频毫伏表DA-36A双踪示波器COS5020无感起子数字万用表 UT2003晶体管稳压电源高频Q表环形铁氧体高频变压器五、各单元电路元器件参数设置：5.1 LC震荡电路直流参

11、数设置:Icq一般为（14）mA。Icq偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。取IcQ=2mA。取 Vceq=1/2VCC=6V。可以求出 Rc+Re=3K Q ,取 Rc=2K Q , Re=1K Q ;3=60, Ibq=3 XIbq,为使减小Ibq对偏执电阻的电位偏执效果的影响，取Rb1和Rb2上流过的电流 Ib>>Ibq,取 Rbi=28K Q , Rb2=8.2K 。5.2 调频电路的直流参数设置根据2CC1C数据手册提供的变容二极管的Cj-v特性曲线，取变容二极管的正常工作的反向偏置电压为 4V, Ri与R2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压Vq,电

12、阻R3称为隔离电阻，常取 R3>>R2, R3>>Ri,以减小调制信号 V。对Vq的影响。已知 Vq=4V,若 取 R2=10kQ ,隔离电阻 R3=150kQ 0 则 Ri=20K Q5.3 交流电路参数设置：由LC震荡频率的计算公式可求出,若取 C1二100pF,贝U L1 = 10NH。实验中可适当调整 L1的圈数或C1的值。精品文档电容C2、C3由反馈系数 F及电路条件Ci<<C2, Ci<<C3所决定，若取C2=510 pF,由F =C2/C3 =1/8 1/2 ,则取 C3=3000 pF,取耦合电容 Cb=0.0WFo本题给定变容二

13、极管的型号为2CC1C,已测量出其 Cj-v曲线如图1所示。取变容管静态反向偏压 Vq=-4V,由特性曲线可得变容管的静态电容CQ=75pF。2CC1C属于突变结，丫 =0.5,图4为变容二极管部分接入振荡回路的等效电路，接入系数p及回路总电容 Ce分别为Ccp 二Cc Cj为减小振荡回路高频电压对变容管的影响， 求。可以先取p=0.2,然后在实验中调试。当 取标称值20pF。CcCjC.C1 c j-Cc Cjp应取小，但p过小又会使频偏达不到指标要Vq= 4V 时，对应 CQ=75pF,贝U Ccrz 18.8 pf。图5.1 交流等效电路图调频电路原理图6.1精品文档六、电路原理图精品文

14、档整体电路原理图6.2精品文档“用七息IS精品文档七、电路分析为达到最大频偏 fm的要求，调制信号的幅度 VQm,可由下列关系式求出。fmC：CQ5由Cj-v曲线得变容管在 VQ= - 4V处的斜率kcCj V =12.5PF/V,得调制信号的幅度VQm= ACj / kc= 0.92V。调制灵敏度 Sf 为 Sf = fm/Vg =10.9 KHz/V 频率稳定度： fo/foW5X 10-4/小时。,Cc f0 = KAofop=KCc Cj1o 1 o丫 =1/2 时，A0 =一，(r -1)m = -m 416f0/f0=KA 0<5X 10-4/小时m< 0.7可以达到要求。C02CM.】VdVo精品文档七、八、课程设计小结这次课程设计让我进一步巩固了模拟电路和通信电子线路的有关知识，掌握了有关电路的设计方法、电路参数的测试方法等。同时也让我认识到了知识和 实践