基于Multisim的调频发射机课程设计.docx
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基于Multisim的调频发射机课程设计
东北大学秦皇岛分校
盘算机与通讯工程学院
分解课程设计
设计标题：
调频发射机
专业名称
通讯工程
班级学号
4100828
学生姓名
孟梅梅
指点教师
李雅珍
设计时光
2012.12.17~2013.1.4
课程设计义务书
专业：
通讯工程学号：
4100828学生姓名（签名）：
设计标题：
调频发射机
一.设计实验前提
盘算机与通讯工程学院创新实验室
二.设计义务及请求
1.进修Multisim仿真软件的应用办法,以及锤炼电路仿真的才能;
2.设计调频发射机各模块的电路,准确设计与盘算发射机的各单元电路;
3.用Multisim软件对设计的电路进行仿真,验证设计是否准确;
4.模仿仿真,输出成果.
三、设计陈述的内容
1.设计标题与设计义务（设计义务书）
本次课程设计的标题为调频发射机的设计.旨在经由过程调频发射机电路的设计,树立无线电发射机的整机概念,懂得发射机整机各单元电路之间的关系及互相影响,从而能准确设计.盘算发射的各单元电路.
发射机是日常生涯中罕有的也是应用异常普遍的电子器件,研讨本课题既可以懂得小旌旗灯号发射机电路,又可以进步对于Multisim的应用才能和应用书本常识的才能.
本次课程设计的设计单元重要包含根本放大电路.振荡电路.调频波产生电路.倍频电路.高频功放电路.
2.媒介（绪论）（设计的目标.意义等）
频率调制又称调频,它是使高频载波旌旗灯号的频率按调制旌旗灯号振幅的纪律变更,即使瞬时频率变更的大小与调制旌旗灯号成线性关系,而振幅保持根本恒定的一种调制方法.
调频发射机起首将音频旌旗灯号旌旗灯号放大,并应用振荡电路产生高频载波旌旗灯号,将调制旌旗灯号与载波型号输入调频波产生电路得到调频波,再对所产生的调频旌旗灯号进行倍频.功放和一系列的阻抗匹配,完成调频发射进程.
本次课程设计重要经由过程应用通讯道理所学的内容设计调频发射机电路,然后应用高频电路所学的常识进行电路实现,最后应用Multisim软件对设计的电路进行仿真,磨练电路的准确性.
经由过程此次课程设计不但能对所学的通讯道理和高频电子线路课程进行活学活用,也进步了大家应用软件进行电路设计的才能,十分有教授教养意义.
3.设计主体（各部分设计内容.剖析.结论等）
.总体设计方框图
图1调频发射机总体设计框图
.调制道理及实现
3.2.1.根本放大电路的道理及电路实现
音频放大器的目标是在产生声音的输出元件上重建输入的音频旌旗灯号,旌旗灯号音量和功率级都要幻想——如实.有用且掉真低.其一种简略模仿实现计划是采取线性模式的晶体管,得到与输入电压成比例的输出电压,即A类放大器,是指电流持续地流过所有输出器件的一种放大器,这种放大器,因为防止了器件开关所产生的非线性,只要偏置和动态规模控制得当,仅从掉真的角度来看,可以为它是一种优越的线性放大.
图2根本放大电路的Multisim道理图
Ql音频放大管,选用了2SC1815型,β≥150;电阻R1可转变频率吸收的敏锐度,电阻R2.R3为晶体管供给静态偏置,控制R3的大小可以控制输入旌旗灯号的大小;C1为耦合电容,采取了CDll型电解电容.
仿真成果：
图3根本放大电路的仿真成果
3.2.2.载波产生电路的道理及仿真成果
振荡电路的功效是：
在没有外加输入旌旗灯号的情形下,电路主动将直流电源供给的能量转换为具有必定振幅.必定频率和必定波形的交变旌旗灯号输出.我们可选用三种办法得到须要的高频载波旌旗灯号.三种办法如下：
【1】办法一：
由LC振荡电路产生
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构成.个中,LC正弦波振荡器用于产生必定频率的幅度和旌旗灯号,无须外加输入旌旗灯号的控制,就能主动将电能转换为所须要的交换能量输出.
图4LC振荡器电路的Multisim道理图
仿真成果：
图5LC振荡电路产生高频载波的仿真成果
【2】办法二：
由西勒振荡电路或者克拉泼电路产生高频载波
平日依据载波频率的高下和频率稳固度来肯定电路情势.在频率稳固度请求不高的情形下,可以采取电容反馈三点式振荡电路,如下图所示的克拉泼.西勒电路.
（a）西勒振荡器（b）克拉泼振荡器
图6两种电容反馈三点式振荡电路道理
1）西勒振荡器的Multisim道理图及仿真成果为：
图7西勒振荡器的Multisim道理图及仿真成果
2）克拉泼振荡器的Multisim道理图及仿真成果为：
图8克拉泼振荡器的Multisim道理图及仿真成果
3.2.3.调频波产生电路道理及其实现
频率调制道理
载波
调制旌旗灯号
;经由过程FM调制,使得
频率变更量与调制旌旗灯号
的大小成正比.即已调旌旗灯号的瞬时角频率
已调旌旗灯号的瞬时相位为
实现调频的办法有：
【1】变容二极管直接调频
变容二极管调频电路由变容二极管
及耦合电容
构成,R1与R2为变容二极管供给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,以减小调制旌旗灯号
对
的影响.C5与高频扼流圈L2给
供给通路,C6起高频滤波感化.
变容二极管
经由过程耦合电容
部分接入振荡回路,有利于主振频率
的稳固性,减小调制掉真.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
分离为：
（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
=,锗管
=0.3V）;γ变容二极管的电容变更指数,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,才干实现较好的线性调频）;ν为变容管两头所加的反向电压,ν=
+
=
+
.变容二极管的Cj-v特征曲线如图（1-2）示,设电路工作在线性调制状况,在静态工作点Q处,曲线的斜率为
（1-9）
图1-1变容二极管部分接入的等效电路图图1-3变容二极管的Cj-v特征曲线
直接调频的基起源基础理是应用调制旌旗灯号直接控制振荡器的振荡频率,使其反应调制旌旗灯号变更纪律.要用调制旌旗灯号去控制载波振荡器的振荡频率,就是用调制旌旗灯号去控制决议载波振荡器振荡频率的元件或电路的参数,从而使载波振荡器的瞬时频率按调制旌旗灯号变更纪律线性地转变,就可以或许实现直接调频.直接调频可用如下办法实现：
在LC振荡器中,决议振荡频率的重要元件是LC振荡回路的电感L和电容C.在RC振荡器中,决议振荡频率的重要元件是电阻和电容.因而,依据调频的特色,用调制旌旗灯号去控制电感.电容或电阻的数值就能实现调频.
调频电路中经常应用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路.经常应用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路,而可控电阻元件有二极管和场效应管.
在微波发射机中,经常应用速调管振荡器作为载波振荡器,其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压.是以,只需将调制旌旗灯号加至反射极即可实现调频.
若载波是由多谐振荡器产生的方波,则可用调制旌旗灯号控制积分电容的充放电电流,从而控制其振荡频率.
变容二极管直接调频的工作道理图与Multisim仿真成果为：
图9变容二极管直接调频的工作道理图
仿真成果为：
图10变容二极管直接调频电路的Multisim仿真成果
变容二极管直接调频的工作道理图与Multisim仿真成果为：
图9变容二极管间接调频的工作道理图
仿真成果为：
【2】变容二极管间接调频
不直接针对载波,而是通事后一级的可控的移相收集.将
先辈行积分
尔后以此积分值进行调相,即得间接调频.
间接调频实现的道理框图如图1-1所示：
图9借助于调相器得到调频波
图10变容二极管间接调频电路的Multisim仿真成果
【3】锁相环调频电路
锁相环路是一种反馈控制电路,简称锁相环（PLL）.锁相环的特色是：
应用外部输入的参考旌旗灯号控制环路内部振荡旌旗灯号的频率和相位.因锁相环可以实现输出旌旗灯号频率对输入旌旗灯号频率的主动跟踪,所以锁相环通经常应用于闭环跟踪电路.锁相环在工作的进程中,当输出旌旗灯号的频率与输入旌旗灯号的频率相等时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值,即输出电压与输入电压的相位被锁住,这就是锁相环名称的由来.
锁相环平日由鉴相器（PD）.环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分构成.起首在Multisim软件中构造锁相环的仿真模子（图10）.锁相环包含三个重要的部分：
（1）.
（2）低通滤波器（LPF）:
是个线性电路,其感化是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起腻滑滤波的感化.平日由电阻.电容或电感等构成,有时也包含运算放大器.（3）压控振荡器（VCO）：
振荡频率受控制电压控制的振荡器,而振荡频率与控制电压之间成线性关系.图中,鉴相器由模仿乘法器A1实现,压控振荡器为V3,环路滤波器由R1.C1构成.环路滤波器的输出经由过程R2.R3串联分压后加到压控振荡器的输人端,直流电源V2用来调剂压控振荡器的中间频率.仿真模子中,增长R2.R3及V2的目标就是为了便于调剂压控振荡器的中间频率.
直接调频电路的振荡器中间频率稳固度较低,而采取晶体振荡器的调频电路,其调频规模又太窄.采取锁相环的调频器可以解决这个抵触.其构造道理如图2所示.
FM波
调制旌旗灯号
图11锁相环调频电路道理框图
实现锁相调频的前提是调制旌旗灯号的频谱要处于低通滤波器通带之外,也就是说,锁相环路对慢变更的频率偏移有响应,使压控振荡器的中间频率锁定在稳固度很高的晶振频率上.而跟着输入调制旌旗灯号的变更,振荡频率可以产生很大偏移.
依据图2树立的仿真电路如图3所示.图中,设置压控振荡器V1在控制电压为0时,输出频率为O;控制电压为5V时,输出频率为50kHz.如许,现实上就选定了压控振荡器的中间频率为25kHz,为此设定直流电压V3为2．5V.调制电压V4经由过程电阻R5接到VCO的输入端,R5现实上是作为调制旌旗灯号源V4的内阻,如许可以包管加到VCO输入端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和,从而知足了道理图的请求.本电路中,相加功效也可以经由过程一个加法器来完成,但电路要变得相对庞杂一些.
图12锁相环调频仿真电路
VCO输出波形和输入调制电压V4的关系如图4所示.由图可见,输出旌旗灯号频率跟着输入旌旗灯号的变更而变更,从而实现了调频功效.
图13锁相环调频电路仿真图
3.2.4.倍频电路道理与仿真
倍频器本质上就是一种输出旌旗灯号等于输入旌旗灯号频率整数倍的电路,经常应用的是二倍频和三倍频器.倍频器的重要感化是为了晋升载波旌旗灯号的频率,使之工作于对应的信道;同时经倍频处理后,调频旌旗灯号的频偏也可成倍进步,即进步了调频调制的敏锐度,如许可下降对换制旌旗灯号的放大请求.采作倍频器的另一个利益是：
可以使载波主振荡器与高频放大器隔离,减小高频寄生耦合,有利于削减高频自激现象的产生,进步整机工作稳固性.正弦波二倍频,可以用乘法器实现.但是乘法器输出的二倍频正弦旌旗灯号幅值要比输入低1/2,同时,乘法器还输出1/2输入幅值的直流旌旗灯号,应用时要用隔直电路将其清除.本次课程设计我们采取的恰是应用乘法器实现二倍频.二倍频电路如图15所示.其仿真波形如图16所示.
图14二倍频电路
图15二倍频仿真电路波形
下面的为原正弦波,其频率为1KHZ,上面的为倍频后的波形,可见其频率变成本来的两倍,幅值变成本来的一半.
此外,我们还做了多倍频电路,电路图及仿真波形如图18.19所示
图16多倍频电路
图17多倍频仿真波形图
3.3.总的电路设计
图16调频电路
图18总体设计
误差剖析
由仿真波形可看到,波形并不是是完善的正弦波,照样有点掉真的,还有就是中间频率照样消失一点误差的,但是本次所设计的电路根本达到了义务书的请求,所设计电路的仿真程度,离设计指标所请求的还一段距离.消失这些原因重要有以下四点：
（1）设计电路时选择元件不合会产生误差;
（2）电路的参数设置会产生误差;
（3）本身电路设计消失问题有待改良;
（4）各级电路接在一路时互相干扰.
4.停止语（设计的收成.领会等）
经由过程此次设计调频发射机的课程设计,收成良多,作为通讯工程专业的学生,旌旗灯号的吸收调制传送吸收理应是好生控制的看家本领.但此次最大的收成等于意识到本身在常识应用上的不扎实.
本次课程设计是通讯道理的课程设计,基于通讯道理的只是调频发射机的工作道理不难懂得与控制,但功效电路的实现须要应用高频电路道理与剖析中的常识来完成.高频的进修难度相对较大,应用高频的只是设计庞杂的电路时,一开端感到很辣手.
于是我们小组分工合作,经由过程在互联网上查材料,在电子阅览室搜刮相干论文,在阅览室查找相干书本,几世界来,逐渐的对本次课程设计有了必定的掌控,晋升了自身提出问题解决问题的才能,也在小组合作中领会着集体的力气,时代碰见过各种艰苦,也不乏抱怨,但始终不曾想过废弃,四五世界来,得到锤炼的不只是我们的常识程度,实践才能,还有看待辣手问题的不躁不弃.
别的,此次实验的仿真我们选用了仿真软件Multisim,上个学期的电路课程设计曾初步接触过这个仿真软件,此次,对它壮大的仿真功效有了更进一步的懂得与控制,绘制电路阶段,不竭的查找其元件库中元件的具体参数,对我们所需的元器件有了必定的掌控,对此仿真软件应用闇练程度也得到了增强.调制波形的进程庞杂而辣手,许多时刻本身感到没有问题的道理图却怎么也得不到幻想中的仿真图,这就须要我们耐烦的错误调制,每一个准确波形的仿真成功都曾给我们带来不小的成就感.
总而言之,经由过程此次通讯道理的课程设计,深切感触感染到理论应用于现实中的难度,并熟习到理论接洽现实的重要性.我们做的调频发射机所应用到的理论常识都是书中经典的常识点,是以对教材常识也有了进一步的懂得,同时也意识到本身对教材常识懂得不敷到位,常识面不敷广,剖析电路也有点轻松,我想这对我今后的进修有很大的促进感化.
5.参考材料
[1]谢自美,电子线路设计·实验·测试[TP],武汉：
华中理工大学出版社,2000.5
[2]曾兴雯,高频电路道理与剖析[TP]
[3]黄智伟,全国大学生电子设计比赛[TP],北京“北京航空航天大学出版社,2006.12
[4]刘泉,通讯电子线路[TP],武汉：
武汉理工大学出版社,2005.6
四.设计时光与安插
1.设计时光：
3周
2.设计时光安插：
熟习实验装备.收集材料：
9天
设计图纸.实验.盘算.程序编写调试：
11天
编写课程设计陈述：
1天
答辩：
1天
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