调频振荡器通信电子线路课程设计.doc
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第1章方案分析及其设计原理
1.1调频电路的实现方法
调频电路的实现方法分为两大类：
直接调频法和间接调频法。
1.1.1直接调频法
用调制信号直接控制振荡器的振荡频率的方法称为直接调频法。
如果受控振荡器是产生正弦波的LC振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。
将受到调制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。
可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管。
作为电压控制的可变电容元件，它有工作频率高、损耗小和使用方便等优点。
具有铁氧体磁芯的电感线圈，可以作为电流控制的可变电感元件。
此外，由场效应管或其它有源器件组成的电抗管电路，可以等效为可控电容或可控电感。
在直接调频法中振荡器和调制器合二为一。
这种方法的优点是在实现线性调频的要求下，可以获得相对较大的频偏。
它的主要缺点是会导致FM波的中心频率偏移，频率稳定度差，在许多场合对载频采取自动频率微调电路（AFC）来克服载频的偏移或者对晶体振荡器进行直接调频。
1.1.2.间接调频法
先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。
根据前述调频与调相波之间的关系可知，调频波可看成将调制信号积分后的调相波。
这样，调相输出的信号相对积分后的调制信号而言是调相波，但对原调制信号而言则为调频波。
这种实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可以做得较高，但可能得到的最大频偏较小。
间接调频实现的原理框图如图1-1所示。
图1-1借助于调相器得到调频波
无论是直接调频，还是间接调频，其主要技术要求是：
频偏尽量大，并且与调制信号保持良好的线性关系；中心频率的稳定性尽量高；寄生调幅尽量小；调制灵敏度尽量高。
其中频偏增大与调制线性度之间是矛盾的。
根据题目要求，其频率稳定度/≤，最大频偏，由上面分析知：
直接调频可获得较大线性频偏，但载频稳定度较差；间接调频方式载频稳定度较高，但获得的线性频偏较小。
在这里我们采用直接调频法。
1.2电路原理
LC调频振荡器的工作流程如下：
LC调频振荡器一般由LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路两大部分组成。
其中，LC正弦波振荡器用于产生一定频率的幅度和信号，无须外加输入信号的控制，就能自动将电能转换为所需要的交流能量输出；变容二极管调频电路用于实现对LC正弦波振荡器频率的调制，即调频。
（说明：
LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路通过耦合电容相连）
LC调频振荡器由LC调频振荡器、变容二极管调频电路两个部分组成，如图1-2所示。
LC
正弦波
变容二极管
调频电路
振荡器
调制信号
耦合电容
图1-2直流稳压电源的方框图
1.2.1LC正弦波振荡器
LC正弦波振荡器的作用是产生高频正弦波。
由此画出LC正弦波振荡器原理图如图（1-3）所示。
图中晶体管T组成电容三点式振荡器的改进型电路即克拉泼电路，它被结为共基组态，为基极耦合电容，其静态工作点又,,及决定，即
（1-1）
（1-2）
（1-3）
（1-4）
小功率振荡器的静态工作电流一般为1到4毫安，偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重,频率稳定性变差。
L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路，其中C3两端的电压构成振荡器的反馈电压,以满足相位平衡条件。
比值C2/C3=F决定反馈电压的大小，当F=1时，振荡器满足相位平衡条件，电路起振条件为F>1。
为减少晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3的取值要大。
若选C1《C2，C1《C3,则回路振荡频率主要由C1决定，即
（1-5）
若取C1为几十皮法，则C2、C3可取几百到几千皮法。
反馈系数F一般取1/8到1/2。
RB1
RB2
RC
RE
Vcc
CB
C4
C1
C2
C3
L1
T
图1-3LC正弦波振荡器原理图
1.2.2变容二极管调频电路
变容二极管调频电路由变容二极管及耦合电容组成,R1与R2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压即=[R2/（R1+R2）]。
电阻R3称为隔离电阻，常取R3》R2,R3》R1，以减小调制信号对的影响。
C5与高频扼流圈L2给提供通路，C6起高频滤波作用。
变容二极管通过耦合电容部分接入振荡回路，有利于主振频率的稳定性，减小调制失真。
图（1-4）所示的为变容二极管部分接入振荡回路的等效电路，接入系数及回路总电容分别为：
（1-6）
（1-7）
式中，为变容二极管的结电容，它与外加电压的关系为：
（1-8）
式中，为变容二极管加零偏压时的结电容；为变容管PN结内建电差（硅管=0.7V，锗管=0.3V）；γ变容二极管的电容变化指数，与频偏的大小有关（小频偏：
选γ=1的变容二极管可近似实现线性调频，大频偏：
必须选γ=2的超突变结变容二极管，才能实现较好的线性调频）；ν为变容管两端所加的反向电压，ν=+=+。
变容二极管的Cj-v特性曲线如图（1-5）示。
其中，已知条件中2CC1D的性能参数如表（1-1）所示。
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
（1-9）
图1-4变容二极管部分接入的等效电路图图1-5变容二极管的Cj-v特性曲线
表1-1变容二极管2CC1D的变容参数
型
号
最高反向电压
反向电流
结电容
电容变化范围/pF
零偏压品质因数Q
电容温度系数α/
2CC1D
25
≤1
≤20
30～70
125～20
≥300
测试条件
T=20
=1μAT=125
=20μA
在相应的下
反向电压
=4V
=0
=
=4V
f=5
=10V
f=3.5
20
±5
125±5
1.2.3调制信号幅度的确定
调制灵敏度是指单位电压所引起的最大频偏，用表示，单位为
即
/（1-10）
为调制信号的幅度；为变容管的结电容变化时引起的最大频偏。
∵回路总电容的变化量为
（1-11）
在频偏较小时,与的关系可采用下面近似公式，即
（1-12）
∴p↑-△f↑，↑-△f↑
调制灵敏度=（1-13）
式中，为回路总电容的变化量；为静态时谐振回路的总电容，
即
（1-14）
∴C1↓-↑-△f↑
调制灵敏度可以由变容二极管Cj-v特性曲线上处的斜率kc及式（1-13）计算。
越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。
第2章参数的确定及元件选择
2.1LC调频振荡器的选择及电路的确定
2.1.1调频振荡器的选择
根据设计要求及技术指标，因为频率稳定度要求不是很高，故选用由晶体管组成的电容三点式的改进型电路克拉泼电路。
2.1.2电路的确定
由实验原理和设计要求确定电路如图2-1所示，
图2-1设计原理图
2.2参数的确定
2.2.1LC正弦波振荡器的选择
1）由电路形式设置静态工作点
取振荡器的静态工作点=2mA,4V，测得三极管的β≈67。
由式（1-3），可得：
因为，
则
为提高电路的稳定性，的值可适当增大，取=0.51kΩ，则=2kΩ。
由式（1-2）得
=1.02V
取的电流=10=10/β=（10×2）/67=0.29mA
则=/==（0.7V+1V）/0.29mA
=5.86kΩ取6.2kΩ
由式（1-1）得
即=31.8kΩ
则可用27kΩ电阻与47kΩ电位器串联得到，以便调整静态工作点。
2）计算主振回路元器件值
由式（1-5）得若取C1=100pF，则L1=6.2μH。
（可适当调整L1的圈数或C1的值）
电容C2、C3的反馈系数F及电路条件C1《C2，C1《C3所决定，若取C2=620PF,由反馈系数F=C2/C3=1/8～1/2,则取C3=3300pF，取耦合电容Cb=0.01μF.
2.2.2变容二极管调频电路的选择
1）设置变容管的静态工作点
已知条件给定的变容二极管的型号为2CC1D，由表（1-1）知，取变容二极管反向偏压=4V，由此知变容管的静态电容=60pF。
2）调频电路元器件值的确定
根据=[R2/（R1+R2）]和已知=4V，=9V，取R2=39kΩ,则R1=48.75kΩ。
（R1可用43kΩ电阻与47kΩ电位器串联，用以调整静态偏压）
隔离电阻R3应远大于R1，R2，取R3=348kΩ。
由式（1-2）
为减小振荡回路高频电压对变容管的影响，应取小，但过小又会使频偏达不到指标要求。
可以先取，然后在调试。
当VQ=-4V时，对应=60pF，
则»15pF
低频调制信号的耦合支路电容C5及电感L2应对提供通路，一般的频率为几十赫兹到几千赫兹，在此取，故取C5=4.7μF，L2=47μH（固定电感）。
高频旁路电容C6应对调制信号呈高阻，取C6=5100pF。
2.2.3调制信号的幅度及调制灵敏度的计算
为达到最大频偏的要求，可求得调制信号的幅度
由式（1-12）得
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