变容二极管调频电路课程设计

1、南华大学通信线路设计报告变容二极管调频电路设计姓名：王佳杰学号：专业班级：通信1102班指导老师：邓贤君所在学院：电气工程学院2014年6月12日摘要随看电子与通信技术的不断进步，各种新兴电子产品的开发速度越来越快。现代计算机技术和微电子技术的进一步结合和发展使得电子电路和通信线路出现了二个分支。一个是朝看更高集成度的集成电路发展： 而另一个是利用分立元件和硬件描述语言对新型器件进行专门设计。调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。调频电台的频带通常大约是200?250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存

2、在看通带宽度与干扰的矛盾,因此音频信号的频率局限于308000Hz的虱在调频时何以将音频信号的频率围扩大至3015000Hz,使音频信号的频谱分M更为丰富，声音质M大为提高。目前，应用最广泛的是采用变容二极管宜接调频技术，即利用二极管反偏工作的PN结呈现的势垒电容，它与回路中的电感共同构成振荡器的振荡回路，从而作为振荡频率宜接调频电路。它具有工作频率高、固有损耗小和使用方便等优点。变容二极管为特殊二极管的一种。当外加顺向偏压时，有大M电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄,电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。但因加顺向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给

3、反向偏压。在变容二极管宜接调频电路中，变容二极管作为一压控电容接入到谐振回路中,有所学的正弦波振荡器童节中，我们知道振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。因此，当变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时，由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率也就随之变化，若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系，就完成了调频的功能，这也是变容二极管调频的原理。1系统方案ifiiiE51.1电路设计原理51.2电路的设计方案513电路设计51.4主振电路设计原理分析7旦变容二极管直接调频电路设计原理分析71.6调频信号分析9频电踣92电路工作分析112.1谐

4、振回路总电容112.2调制灵敏度113电路元器踢数123.1振荡回路参数LC123.2温度补偿法123?3回路电阻123?4加缓冲级123?5有源器件的参数134电路元器件参数设置134?1LC震荡电路直流参数设置134?2变容管调频电路参数设置134?3T2管参数设置144?4调制信号的幅度计算145元器件清单156电路仿真结果167课程设计心得与体会168主要参考文献17附件1电崟U方真删图18附件2PCB图191?系统方案论证1.1电路设计原理变容二极管为特殊二极管的一种。当外加顺向偏压时，有大M电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会

5、产生过渡电容效应。但因加顺向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给反向偏压。在变容二极管宜接调频电路中,变容二极管作为一压控电容接入到谐振回路中，有所学的正弦波振荡器旗节中,我们知道振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。因此,当变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时，由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率也就随之变化,若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系，就完成了调频的功能，这也是变容二极管调频的原理。1.2电路的设计方案变容二极菅宜接调频电路由于变容二极菅的电容变化围大,因而工作频率变化就大,可以得到较大的频偏,且调制灵敏度高、

6、固有损耗小、使用方便、构成的调频器电路简单。因而变容二极管宜接调管频器是一种应用非常广泛的调频电路。1.3电路设计变容二极管调频电路主要是由主振电路和变容二极管宜接调频电路构成，电路如图所示。RIORIO不加调制信号加入调制信号1.4主振电路设计原理分析端口通过滤宜电容C82输入频率为IKHz大小为200mv的调制信号，并且频率由零慢慢增大，端口12输出调频信号。T1,T2为3DG12C三极管，C9、CIO.C7、L4、CC1、C8为主振回路，D1为Bb910变容二极管。为了减小三极管的极间电容SCbe、Gb这些不稳定电容对振荡频率的影响，要求C9C7,C10C7,且C7越小，这种影响就越小，

7、回路的标准性也就越高。则回路的谐振频率是f=02只疔本电路采用常见的电容三点式振荡电路实现LC振荡，简便易行。式中，L为LC振荡电路的总电感M,C为振荡电路中的总电容，主要取决于C3、C7、C&Cel及变容二极管反偏时的结电容VICIOCIO=uE=uEBSBSl lRIRI；pcipci:二会39.39.1 1加札士4JuF4JuFAi47uH;47uH;*,*j*-*七2 2,一；m,m,巧-*-_IJTI-*b*.，奉B B网BB 事33MpF：1 1、R1120MR1120M2OQfl2OQfl *50s50s) )K K/A/A一2.5V2.5V端的电压的变化而变化，从而达到

8、变频的目的。R4、R5、R6、R7和Cj。，变容二极管电容Cj作为组成LC振荡电路的一部分，电容值会随加在其而W2调节并设置电容三点式振荡器中T1管的静态工作点，R&R9、R10调节并设置T2管的静态工作点，C7、C9、CIO以及L4、CC1、C8构成LC振荡电路。电容三点式振荡器电路等效电路如下图所示。电容三点式振荡器等效电路1.5变容二极管直接调频电路设计原理分析01.1中，宜接调频电路由变容二极管（Bb910）Dl,耦合电容Cl、C3、C82，偏置电阻Rl、R2，隔离电阻R3和电位器W1构成。接入系数p=，（C3由不同电容值的电容代替”保证接入系数不同）其中等效电路图如下图所示。

9、变容二极管部分接入等效图CQT=q+GCQ无调制时，谐振回路的总电容为：G+CQ式中Ca=（C8+CCq|C7,（由于C9和C10电容值远大于C7,C9和C10可串联忽略）CQ为静态工作点是所对应的变容二极管结电容。调频电路中，Rl、R2、R3和W1调节并设置变容二极管的反偏工作点电压VQ,调制信号VQ经C82和高频扼流圈L1加到二极管上。为了使VQ和VQ能有效的加到变容管上，而不至于被振荡回路中L4所短路，须在变容管和L4之间接入隔宜流电容C3，要求它对高频接近短路,而对调制频率接近开路。C1为高频滤波电容,要求它对高频的容抗很小,近似短路,而对调制频率的容抗很大，近似开路。信号VQ从端口通

10、过C82输入，C82为隔宜电容，滤除输入信号中掺杂的宜流成分。电感L1为高频扼流圈,要求它对高频的感抗很大,近似开路,而对宜流和调制频率近似短路。对高频而言，L1相当于断路，C3相当于短路，因而C3和二极管D1接入LC振荡电路，并组成振荡器中的电抗分等效电路如下左图所示。对宜流和调制频率而言，由于C3的阻断,因而VQ和VQ可以有效的加到变容管上,不受振荡回路的影响,等效电路如下右图所示。高频通路直流和调制频率通路1.6调频信号分析FM调制是靠调频使信号频率发生变化，振幅可保持不变,所以噪声易消除。设载波Vc=Veincoswct调制波=Vsmcosxvst贝U叫=%+ECOSH7或几*+Afc

11、os2人,此时的频率偏移Mf为最大频率偏移。最后得至口的被调制波匕=以肿曲盅Vm随Vs的变化而变化。0m=；Wmdt=Wct+(Aw/wjsinvv/匕=5sin盅=VcmsinWct+(Avv/vv)sinWst=vv/)Aw_Af叫h为调制系数1.7变容二极管直接调频电路变容二极管具有PN结，利用PN结反向偏置时势垒电容随外加反向偏压变化的机理,在制作半导体二极管的工艺上进行特殊处理，以控制半导体的掺杂浓度和掺杂分布二极管的势垒电容灵敏地随反偏电压变化且呈现较大的变化,这样就制作成了变容二极管。变容二极管的结电容Cj，与在其而端所加反向电压u之间存在看如下关系:5=-八（I）1+上I叫J式

12、中，VB为PN结的势垒位差（硅管约为0.7V,错管约为0.3V）,Cj。为变容二极管在零偏置时的结电容值，n为变容二极管的结电容变化指数，它取决于PN结的杂质分布规律:n二1/3对于缓变结,扩散型管多属此种；n二1/2为突变结,合金型管属于此类。采用特殊工艺制程的超突变结的n在15之间。变容二极管的结电容变化曲线如所示。可以使155 5。变容二极管的Cj?u特性曲线加到变容二极管上的反向电压包括宜流偏压Vo和调制信号电压VQ(t)二VocosOtz即=%+匕=VQ+VQmcosQt(II)带入(I)，得GoVBCj=Cj0(l+777COsQt)”映结电容调深度的调制指数。结电容在U(t)的控

13、制下随时间的变化而变化。把受到调制信号控制的变容二级管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡回路的频率已收到调制信号的控制。适当选择调频二极管的特性和工作状态，这样就实现了调频。设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q处，曲线的斜率为AC=AC/AVO2电路工作分析2.1谐振回路总电容C3CjC3+qMB)1+VmcosQtIBQ，取R6=15KQ,R7=8.2KQ,W2的可调最大阻值为20K。4.2变容管调频电路参数设置由LC震荡频率的计算公式可求出几=，若取C二Cd=(C8+CCl|C7,本2%JLC次实验中可调电容CC1规格为5120pF,计算时取5pF,C7二24pF。L41.2mH实验中可

14、适当调整CC1的值。电容C9、C10由反馈系数F及电路条件C7C9,C7R2,R3R1,以减小调制信号V。对VQ的影响。取R2二3.9kW，隔离电阻R3=180kQ,Rl=20KQo实际调试时，L1用1.2uH代替，测BDi册1s?w?C12H43PF?T2osiTEKH斋?凹讯R8H8.2KC3mmLI2画画?0。?5vgrffisBf5Kfo12MHZ汁2尖Hzat和料跟ffl洱LCOM斗BI壬hrm斗凹as八4/musIw+胆DTiFdlos舍甫湎i+wL凹目T宴洲I洱名称M格数M备注电阻20八3.9八180A200,100115K82KJ0K5K8.2K2个二仝Q具亦口1电位器5K,2

15、0K各一个电容4.7UF,30PF,0.1UF,330PF,5PF,24PFf100PF,33PFQ01UF5-120PF30PF二个;0.01UF二个其余电容各一个4.7UF为耦合电容5-120PF为可调电容电感1.2UH2变容一极管BB9101三极管3DG6C26?电路仿真结果区7?课程设计心得与体会通过本次课程设计，我发现自己对高频跟通信电路方面的知识的理解和掌握还有很多的不足,距离学好这方面的知识还有很大差距,还有很长的路要走。 通过对变容二极管调频电路的设计与研究，我们不仅对变容二极管的调频原理有了更深刻的了解，还对调频电路的应用进行了一定的了解，调频电路在无线电通信中是非常重要的调制方式,应用非常广泛,特别是在数字调制中应用更广,频率调制简称调频,是指用调制信号去控制高频载波的频率“使之随调制信号的规律变化， 确切的讲， 是使载波信号的频率随调制信号线性变化， 而振幅保捋不变。变容二极管调频电路是宜接调频电路的一种,主要是因为变容二极管宜接调频电路简单、性能良好。同时变容二极管的电容变化围大,因而工作频率就达，可以得到较大的频偏，而且调制灵敏度高、固有损耗小，因而变容二极管宜接调频电路时一种应用非常广泛的调频电路。8.主要参考文献11佳奎？电子线路（非线