高频课程设计调相.docx

1、高频课程设计调相目 录摘 要 1一、设计背景 2二、方案选择 2三、调相电路原理分析及设计 33.1、PM调制原理 33.2、变容二极管直接调相原理 43.3、调制灵敏度 53.4、仿真软件的选择及其简单介绍 63.5、原理框图的设计 63.6、电路图设计与分析 7四、仿真结果 8五、系统的测试及误差分析 85.1、测试数据 85.2、误差分析和改善措施 8六、心得体会 9参考文献 11摘 要 调频（调相）收音机（FM/PM Radio）一直在人们的生活娱乐中占有非常重要的地位。从老式的晶体管收音机到今天的网络收音机，说明通过广播享受生活一直是人们喜欢的生活方式。如今，随着消费类电子的兴起和繁

2、荣以及数字电子的发展，广大从事消费类电子设计的厂商都不忘在诸如MP3、智能手机、便携式Video播放器等产品中嵌入FM/PM部分。传统的角度调制解决方案存在电路体积大、调谐不方便、稳定性欠佳等弊端。本文介绍了数字角度调制立体声收音机的设计与实现。其解决了传统的调制方案中体积大、调谐不方便、稳定性不好等这些缺点。在本文中主要介绍了该设计的硬件电路、软件设计流程、系统测试。关键词：收音机，调频/调相，设计原理，电路图一、 设计背景传输信息是人类生活的重要内容之一。传输信息的手段很多，利用无线电技术进行信息传输在这些手段中占有极重要的地位。无线电通信、广播、电视、等，都是利用无线电技术传输各种不同信

3、息的方式。无线电通信传送语言、电码或其他信号；无线电广播传送语言、音乐等；电视传送图像、语言、音乐；导航是利用一定的无线电信号指引飞机或船舶安全航行，以保证他们能平安到达目的地。在以上这些信息传递的过程中，都要用到调制与解调。调制分为线性调制与非线性调制，线性调制即通过改变载波的幅度，以实现调制信号频谱的线性搬移。如调幅，其最大的优点是：成本低，带宽窄，因此，通信有效性高。但抗噪性能低。为了改善通信系统的可靠性，提出了非线性调制，包括频率调制和相位调制。它们具有较高的抗造性能，是目前通信系统的主要调制方式。二、方案选择1、产生调相信号的电路叫做调相器，对他有4个主要的要求：1 已调波的瞬时初相

4、位与调制信号成比例变化。2 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。3 最大相偏与调制频率无关。4 无寄生调幅或寄生调幅尽量小。2、产生调相的方法主要归纳为两类：（1）用调制信号直接控制载波的瞬时相偏直接调相。（2）先将调制信号微分，然后对载波进行调频，结果得到调相波间接调相。3、变容二极管调相的主要优点是能够获得较大的相移，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。因此本次课程设计采用变容二极管进行直接调相电路设计。三、调相电路原理分析及设计3.1、 PM调制原理PM调制是靠信号使初相位发生变化，振幅可保持一定，

5、所以噪声成分易消除。设载波为 （1.1）调制波为 （1.2）用对式（1.1）表示的载波进行调相，根据定义，载波的瞬时相位应随线性地变化，即 (1.3)式中，表示未调制时振荡的相位，表示瞬时相位中与调制信号成正比变化的部分，叫做瞬时相位偏移，简称相偏。相移以表示，即= (1.4)的最大值叫做最大相移，或称调相指数。调相波的调相指数以表示，即 (1.5)式中,是比例系数，它表示单位调制信号引起的相移的大小，单位是rad/v。将式（1.3）代入式（1.1），得到调相波的数学表达式为 (1.6)根据式 (1.7)可以求出调相波的瞬时频率为 (1.8)上式右边第二项表示调相波的频移，以表示，即 (1.9

6、) 3.2、变容二极管直接相位调制的原理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： (1.9)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PN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1.1 变容二极管的Cj-v特性曲线变容二极管的Cj-v特性曲线如图1.1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， (1.10)即 (1.11

7、)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，这样就实现了角度调制。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 (1.12)3.3、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 (1.13)Vm为调制信号的幅度；fm为变容管的结电容变化Cj时引起的最大频偏。因为回路总电容的变化量为 (1.14)在频偏较小时，fm与C的关系可采用下面近似公式，即 (1.15)所以 p f ，Cj f 。 调制灵敏度 （1.1

8、6）式中，C为回路总电容的变化量；CQ为静态时谐振回路的总电容， 即 所以 C1Sf f。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。附：变容二极管馈电电路 ：变容二极管馈电等效电路：3.4、仿真软件的选择及其简单介绍本课程设计的仿真软件为Altium Designer 6.9，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，是业界第一款也是唯一一款完整的板级设计解决方案。Altium Designer 6.9是业界手里将设计流程、集成化PCB设计、可编程期间FP

9、GA设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。Altium Designer 6.9以强大的设计输入功能为特点，在FPGA和板级设计中，同时支持原理图输入和HDL硬件描述模式；同时支持基于VHDL的设计仿真、混合信号电路仿真、布局前后信号完整性分析。Altium Designer 6.9的布局布线采用完全规则驱动模式，并且在PCB布线中采用了无网格的SitusTM拓扑逻辑自动布线功能；同时，将完整的CAM输出功能的编辑结合在一起。Altium Designer 6.9具有完美

10、的向下兼容性，以前Protel的所有版本的设计文件和资源都可以拿来继续使用，而且Altium Designer 6.9的设计文件和资源也可以保存为以前的各种Altium 版本的格式，具有较好的向上兼容特性。3.5、原理框图的设计3.6、电路图设计与分析图1.2所示为一个变容二极管调相电路。有晶体管组成单LC回路调谐放大电路，组成并联谐振回路；为耦合电容；为高频扼流圈，以防止高频载波被调制信号源旁路；分压后为变容二极管提供静态偏置电压.放大的载波信号经耦合输入，调制信号经耦合接入，调相信号经耦合输出。如果将调制电压先积分后在输入，那么从耦合输出的信号就是对调制电压间接调频波。需要注意的是，在调相

11、时，由于振荡回路中引入了变容二极管，因此频率稳定度对于载波频率有所降低。一般，其短期频率稳定度达到数量级，长期频率稳定度达到数量级。图 1.2 实用变容二极管调相电路其等效电路如下：图 1.3 调相电路的等效电路四、仿真结果图 4 调相仿真图五、 系统的测试及误差分析5.1、测试数据为了提供晶体管合适稳定的静态工作点和初步实现电路功能，设置测试数据Rb2=20K，Re=500，电感L1=300H，电容C5=300Pf，C2=2F，电阻R2=100K，R3=100K，电感L4=500H，电容C6=0.01F，C7=1F。5.2、误差分析和改善措施电路可能会没有达到稳定的静态工作点，致使电路调制信

12、号时产生失真或者产生额外的噪声，干扰调制信号。可能是因为原电路偏置电阻过大导致。改善措施：在Rb2上方再并联一个Rb1=50K电阻，目的是使原来的偏置电阻减小，使电路晶体管达到稳定的静态工作点，是电路工作在正常的状态。六、心得体会本次课程设计，做得可是费了九牛二虎之力，不过值得庆幸的是，仿真运行结果出来了，并且和预期所想完全符合。下面，我就简单说说在仿真过程中遇到的问题。刚开始是，由于对软件的功能，特别是元件库不熟悉，因此，我花了一段时间学习如何相软件库中添加元件库。当一幅完整的电路图连接好，开始仿真时，问题开始出现了：最初，参数设置得不对，仿真结果为标准的正弦波；当修改相应的参数后，错误报表

13、中说变容二极管的分级系数太大，必须限制在0.9，于是，我通过查阅资料，网上求助，终于知道错误的所在。修改之后，仿真输出的波形幅度发生了变化，这显然不符合调相波的性质恒包络。当时，我只知是元器件参数设置出了问题，但具体是哪一个，我并不知道。没办法，只得一个一个修改。通过修改，我大致可总结出如下规律：电阻阻值的变化不会对仿真结果造成太大的影响；相反地，电感感值越小，对波形输出的衰减也越快，反之，衰减越慢；对于电容，亦是如此。于是，我们经过多次调试，找出输出最佳的一组波形作为最终仿真输出波形。调试的确是一个艰巨的任务，它不但要求有较深厚、扎实的理论基础，而且还需对软件的应用相当熟悉。因此，通过这次课

14、程设计，我觉得我们所具备的知识太乱了，太肤浅了，很难用于工程实践。另外，对于每一个细小的问题，如果我们不闻不问，则会影响到整个工作的进展，甚至会导致我们所做的无一用处，功亏一篑。还有，对我们专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。在两个星期的课程设计之后，我觉得不仅实际动手能力有所提高，更重要的是懂得设计流程，从开始设计思路，到实现

15、，到纠正完善，再到最后设计论文的撰写，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。 总之，通过这次课程设计，我们获得了很多。不仅是知识水平的提高，还明白了很多做人的道理，这将是我们投身于社会后的一笔具有重要价值的财富。参考文献【1】张肃文高频电子线路（第五版）北京：高等教育出版社，2008年9月 【2】王卫东 傅佑麟高频电子线路北京：电子工业出版社，200年6月 【3】吴慎山高频电子线路北京：电子工业出版社，2007年1月【4】高吉祥高频电子线路及学习辅导北京：电子工业出版社，2005年1月 【5】北京三恒星科技公司Altium Designer 6 设计教程北京：电子工业出版社，20037年2月