高频电子线路课程设计高频信号调频调制.docx

1、高频电子线路课程设计高频信号调频调制1.绪论实现调频的方法很多，大致可分为两类，一类是直接调频，另一类是间接调频。直接调频是用调制信号电压直接去控制自激振荡器的振荡频率（实质上是改变振荡器的定频元件），变容二极管调频便属于此类。间接调频则是利用频率和相位之间的关系，将调制信号进行适当处理（如积分）后，再对高频振荡进行调相，以达到调频的目的。两种调频法各有优缺点。直接调频的稳定性较差，但得到的频偏大，线路简单，故应用较广；间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏。考虑到电路的复杂度故采用直接调频的方案。1.1选题背景及意义要使信号的能量以电场和磁场的形式向空中发射出去传向远方，需要较高的振荡频率

2、方能使电场和磁场迅速变化；同时信号的波长要与天线的长度相匹配。语言或音乐信号的频率太低，无法产生迅速变化的电场和磁场；相应地，它们的波长又太大，即使选用它的最高频率 20000Hz 来计算，其波长仍为 15000m ，实际上是不可能架设这么长的天线的。看来要把信号传递出去，必须提高频率，缩短波长。可是超过 20kHz 的高频信号，人耳就听不见了。为了解决这个矛盾，只有采用把音频信号“搭乘”在高频载波上，也就是调制，借助于高频电磁波将低频信号发射出去，传向远方。调频发射机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转站和地面交换机站支持，就可以进行有效的移动通信，因此深受人们的欢迎。目前它广泛的用于生

3、产、保安、野外工程等领域的小范围移动通信工程中。1.2设计流程2.调频设计方案2.1产生调频信号的电路要求 已调波的瞬时频率与调制信号成比例变化。 未调制时的载波频率即已调波的中心频率具有一定的稳定度。 最大频偏与调制频率无关。 无寄生调幅或寄生调幅尽量小。2.2产生调频的方法 用调制信号直接控制载波的瞬时频率直接调频。 先将调制信号积分，然后对载波进行调相，结果得到调频波间接调频。2.3调频的方法分析 变容二极管调频的主要优点是能够获得较大的频移（相对于间接调频而言），线路简单，并且几乎不需要调制功率，其主要缺点是中心频率的稳定度低。在满足设计的各项参数的基础上尽量简化电路。因此本次课程设计

4、采用2CC1C变容二极管进行直接调频电路设计。3.调频电路设计原理分析3.1FM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,调制波。或，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 , V m 随Vs的变化而变化。 为调制系数3.2变容二极管直接频率调制的原理图 变容二极管直接调频示意图 变容二极管是利用半导体PN结的结电容随反向电压变化这一特性制成的一种半导体二极管，它是一种电压控制可变电抗元件，它的结电容Cj与反向电压VR存在如下关系：式中，VD为PN结的势垒电压（内建电势差），Cj0为VR为0时的结电容，为系数，它的值随半导体的掺杂浓度和P

5、N结的结构不同而异：对于缓变结，=1/3；突变结：=1/2;对于超突变结，=14，最大可达6以上。图：用调制信号控制变容二极管结电容图变容二极管的Cj-v特性曲线如图所示。加到变容二极管上的反向电压包括直流偏压V0和调制信号电压V(t)=Vcost，即。结电容在vR(t)的控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3.3调频波的数学表达式设未调高频载波为一简谐振荡，其数学表达式为 v (t)= V cos q

6、 (t)= V cos( w 0 t+ q 0 ) (1-1) 式中， q 0 为载波初相角； w 0 是载波的角频率， q (t) 为载波振荡的瞬时相位。 当没有调制时， v (t) 就是载波振荡电压，其角频率 w0 和初相角 q 0 都是常数。 调频时，在式 (1-1) 中，高频正弦载波的角频率不再是常数 w 0 ，而是随调制信号变化的量。即调频波的瞬时角频率 w (t) 为 w (t)= w 0 +k f v W (t)= w 0 + D w (t) 式中 k f 为比例常数，即单位调制信号电压引起的角频率变化，单位为 rad/s V 。此时调频波的瞬时相角 q (t) 为 调频波的相关

7、表达式数学表达式 瞬时频率 w 0 t+k f v W (t) 瞬时相位 最大频偏 D w m =K f 调制指数 m f =K f 下图画出了调频波瞬时频率、瞬时相位随调制信号 ( 单音信号 ) 变化的波形图以及调频波的波形图。 (a) 为调制信号 Vw，图 (b) 为调频波，当为Vw波峰时，频率 w o + D Wm 为最大；当Vw为波谷时，频率 w o DWm 为最小。图 (c) 为瞬时频率的形式，是在载频的基础上叠加了随调制信号变化的部分。图 (d) 为调频时引起的附加相位偏移的瞬时值，由上式可知， D q (t) 与调制信号相差 90 。由图可知，调频波的瞬时频率随调制信号成线性变化

8、，而瞬时相位随调制信号的积分线性变化。4.主要性能参数及其测试方法4.1主振频率 LC振荡器的输出频率称为主振频率或载波频率。用数字频率计测量回路的谐振频率，高频电压表测量谐振电压Vo，示波器监视振荡波形。由于数字频率计的输入阻抗较低，所以要接入电容，一般取等于几十皮法。4.2频率稳定度主振频率的相对稳定度用频率稳定度 /表示。虽然调频信号的瞬时频率随调制信号的改变而改变，但这种变化时以稳定的载频为基准的。若载频不稳，则调制信号的频谱有可能落到接收机通带之外。因此，对于调频电路，不仅要满足一定频偏要求，而且振荡频率必须保持足够高的频率稳定度。测量频率稳定度的方法是，在一定的时间范围（如1小时）

9、内或温度范围内每隔几分钟读一个频率值，然后取其范围内的最大值Fmax与最小值Fmin，则稳定度： /每小时4.3最大频偏指在一定的调制电压的作用下所能达到的最大频偏偏移值fm。将fm/成为相对频偏。用于调频广播、电视伴音、移动式电台等的相对频偏较小，一般fm/,频偏fm在50KHZ-75KHZ之内。其调频的最大频偏的公式： Wm=max4.4频率调制灵敏度的估测频率调制灵敏度指单位调制电压所引起的频偏。若调频电路工作在线性调制状态，则频率调制灵敏度为： 根据 可知，当电容变化C时，频率变化量为 （4-1）若定义变容器在静态工作点处v特性曲线的斜率为： （4-2）以调制信号电压幅度代替，则 （4

10、-3）将（4-1）代入（4-2），则得： 因此， （4-4）将（4-3）代入（4-4），得 （4-5）可见，由测得的v曲线，求出处的斜率，既可由（4-5）式计算出频率调制灵敏度。5.调频原理图5.1调频电路图5.2输入波形（XSC2的波形）5.3调频后波形（XSC1的波形）5.4 混合图6.仿真软件：multisim软件6.1元器件清单：电阻、电容、电感、交流电、变容二极管、三极管、示波器、直流电源。7.设计体会通过本周的课程设计，我认识到课本上的知识的实际应用，激发了学习兴趣，增强了思考和解决实际问题的能力。这次做课程设计，给我留下了很深的印象。做什么都要有追根求底的精神。不然什么都只是知道

11、，却什么都不精通，这是将来走上社会最忌讳的。虽然只是短暂的一周，但在这期间，却让我受益匪浅。这次课程设计让我认识到了知识和实践的重要性。只有牢固掌握了所学的知识，才能有清晰的思路，知道每一步该怎样走。才能顺利的解决每一个问题。就以这次课程设计为例，刚拿到题目的时候，大致看一下要求，根据平时所学的知识，脑海中就立刻会想到应该用到的元器件，然后再去图书馆去查这些元器件的资料，很快地初步方案以及大概的电路原理图就出来了。但是，在具体的细节设计上，我却不知道为什么，从而明白了自己基础知识掌握得不牢固。所以，这次课程设计在让我认识了知识的重要性之外，更让我明白了自己理论知识和实践知识的欠缺。经过这次高频课程设计，让我把高频知识理解的更加透彻，不仅是在课堂上学到了很多高频理论知识，而且也使我懂得了团队合作的重要性。8.参考文献1高频电子线路 张肃文主编 高等教育出版社2模拟电子技术基础 童诗白、华成英编 高等教育出版社3AM信号到DSB信号的连续过渡与同步检波 博战捷，童辉 吉林大学学报4模拟电子电路分析、设计与仿真 牢五一、牢佳编著 清华大学出版社附录 总电路图设计