调频课设报告.doc

专业选修课3：实践案例教学
实验3：调频器的设计

班　 级_________________

姓　 名___________________

学 号_______________

指 导 教 师_____ ________

目 录

绪论 2
一、调频电路介绍 3
1.1、直接调频 4
1.2、间接调频 4
二、设计任务与要求 4
三、设计方案 5
四、设计内容 6
4.1、电路工作原理 6
4.2、各级电路设计 8
五、数据计算 9
六、实验心得 11

绪论

社会发展到今天，现代化的通讯工具在我们的生活中显得越来越重要。发射机的功能是将原始信号调制成频率携带消息的信号，该过程称作调制过程，实现这一功能的电路称作调频电路。 
调频电路是使受调波的瞬时频率随调制信号而变化的电路。调频器分为直接调频和间接调频两类。直接调频是用调制信号直接控制自激振荡器的电路参数或工作状态，使其振荡频率受到调制，变容二极管调频、电抗管调频和张弛调频振荡器等属于这一类。在微波波段常用速调管作为调频器件。间接调频是用积分电路对调制信号积分，使其输出幅度与调制角频率成反比，再对调相器进行调相，这时调相器的输出就是所需的调频信号。间接调频的优点是载波频率比较稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。调频器广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备。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，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz的范围内。在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。 
许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。  
因此，对于调频电路的研究、设计，具有重大的意义。此次《通信电子线路》的课程设计要求设计出具有一定实用价值的调频器，以实现对音频信号的频率调制，具有一定的现实意义。

1.调频电路介绍
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。
    常用的变容二极管直接调频电路如图Z0916（a）所示。
    图中D为变容二极管，C2、L1、和C3组成低通滤滤器，以保证调制信号顺利加到调频级上，同时也防止调制信号影响高频振荡回路，或高频信号反串入调制信号电路中。调制级本身由两组电源供电。
    对高频振荡信号来说，L1可看作开路，电源EB的交流电位为零，R1与C3并联；如果将
隔直电容C4近似看作短路， R2看作开路，则可得到图（b）所示的高频等效电路。不难看出，它是一个电感三点式振荡电路。变容二极管D的结电容Cj，充当了振荡回路中的电抗元件之一。所以振荡频率取决于电感L2和变容二极管的结电容Cj的值， 。
    变容二极管的正极直流接地（L2对直流可视为短路），负极通过R1接+EB，使变容二极管获得一固定的反偏压，这一反偏压的大小与稳定，对调频信号的线性和中心频率的稳定性及精度，起着决定性作用。
    对调制信号来说，L2可视为短路，调制信号通过隔直流电容C1和L1加到变容二极管D的负极，因此，当调制信号为正半周时，变容二极管的反偏电压增加，其结电容减小，使振荡频率变高；调制信号为负半周时，变容二极管的反偏压减小，其结电容增大，使振荡频率变低。
    由上可见，变容二极管调频的原理是，用调制信号去改变加在变容二极管上的反偏压，以改变其结电容的大小，从而改变高频振荡频率的大小，达到调频的目的。由变容二极管结电容Cj变化实现调频的波形示意图如图Z0917所示。
1.1直接调频
调频信号的基本特点是它的瞬时频率按调制信号规律变化，因而，一种最容易想到的方法就是用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真地反映调制信号的变化规律。通常将这种直接调变振荡器频率的方法称为直接调频法。采取这种方法时，被控的振荡器可以是产生正弦波的LC振荡器和晶体振荡器，也可以是产生非正弦波的张弛振荡器。前者产生调频正弦波，后者产生调频非正弦波（例如调频方波，调频三角波等），如果需要，可通过滤波等方法将调频非正弦波变换为调频正弦波。
    1.2间接调频
间接调频的优点是载波频率比较稳定，但较于直接调频，电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。

2 .设计任务与要求
若要设计一套调频单路无线电话发射机，其方框图如下图所示：
功放
缓冲
级
音 频
放大器
本振
混频
放大级
调频
器
音频
信号

其中虚线框内的调频器是很重要的一部分，根据整机总体设计的要求，有如下设计指标:
1、中心频率16.5 MHz ;
2、频率不稳定度（包括不准确度）± 350 KHz ;
3、输出电平：大于100 mv (在75Ω阻抗上) ;
4、输出阻抗：75Ω（不对称）;
5、输出音频调制信号电平可变，输入阻抗75Ω（不对称）;
6、输出音频电平为100 mv时，产生频偏±50KHz，并有±20 %的可调范围 ;
7、输出信号寄生调幅度不超过5% ;
8、电源供给-12V，电流小于30 mA ;

3.设计方案
  根据上述要求，可见所设计的调频器由三部分构成：音频放大器、调频级和缓冲级。 音频放大器的作用是将送来的音频信号放大后，去对调频振荡器进行频率调制，即：使振荡器的振荡频率按照音频信号的变化规律而变化，音频放大器的放大倍数要根据调频器的频偏而设定。因此，音频放大器可采用一般的共射极放大电路。 
调频级是调频器的核心，其作用是使等幅振荡变成频率按调制信号变化的调频振荡。调频级的关键是产生一个频率为18.5MHz的振荡信号。因此，调频级可采用变容二极管直接调频振荡器。振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式电路。采用变容二极管直接调频的原因是为了获得较大的频偏。另外，变容二极管直接调频电路的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案 
缓冲级的作用是将振荡级与输出隔离开来，避免输出部分对振荡级的影响，并做到与后面的放大级良好的连接起来，故缓冲级可以采用共射放大器和一级射极跟随器组成。放大器既可以作为隔离级，又可以使振荡级与后级的耦合减弱一些，有利于提高频率稳定度和减小后级对振荡器的影响。
调频器内包括三个部分：
音频放大器、调频级和缓冲器。音频放大器的作用是将送来的低电平的话音信号放大后，去对调频振荡器进行频率调制，即使振荡器的振荡频率按照话音信号的变化规律而变化，音频放大器的放大量要视对频偏要求和调频级本身的调制灵敏度而定。根据一般话筒性能放大器频率特性范围可定为100 ~ 15000 HZ。调频级是本部分的核心，其作用是使等幅振荡变成频率按调制信号变化的调频振荡。调频级的关键问题是产生一个频率为16.5 MHZ的振荡信号。振荡电平要满足任务书规定的幅度。频率不稳定度也应满足技术指标要求。缓冲级的作用是将振荡级与输出级隔离开来，避免输出部分对振荡级的影响，并做到与后面放大级良好的连接。
由以上的叙述，我们考虑电路作如下安排：输入级采用一般共发射极放大电路。调频级采用变容二极管直接调频振荡器。振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式电路。采用变容二极管调频的原因是为了不使电路太复杂的情况下获得较大的频偏。虽然这种调频的方式中心频率稳定度差一些，但对满足本任务书中提出的3×10 –2 频率稳定度（350KHZ / 16.5ＭＨＺ）来说，还是可以的。缓冲级采用共发射极放大器和一级射极跟随器组成，放大器既可作为隔离级，又可使振荡级与下级的耦合减弱一些。有利于提高频率稳定度，末级射极输出器可减少下一级对振荡器的影响。
4.设计内容
4.1 电路工作原理   
调频器由三部分构成：音频放大器、调频级和缓冲级。
音频放大器由共射极放大电路构成，这是一种利用负反馈技术稳定静态工作点的电路。与固定偏置共射放大电路相比，电路中增加了发射极电阻R4’和R4”、发射极旁路电容C20。该负反馈为电流串联负反馈，它只对直流分量起作用，对交流分量没有负反馈作用，它属于直流反馈，只影响放大电路的静态，而不直接影响放大电路的动态性能指标。共射极放大电路具有电压和电流放大能力，Uo和Ui反相。   
调频级采用的是变容管直接调频技术。直接调频是用调制信号电压直接去控制振荡器的振荡频率，直接调频的稳定性较差，但得到的频偏较大，线路简单，故应用较广。 
其调频电路图见第5页。变容管的直流电压Uq从R6和W2上获得。调制信号通过C2、L1馈入，L1是高频扼流圈。变容管作为可控电抗元件接入LC振荡回路中，变容管的结电容Cj与C3、C4、C5、C7、C8共同构成回路的电容。变容管两端的电压包括静态电压Ud和调制电压ū。电压的正确馈入是保证二极管正常工作的必要前提。 
变容管调频电路是根据似稳态理论建立的一种直接调频电路，是一个正弦振荡器电路，只不过它的工作频率受调制电压的控制。为了减小非线性失真，调制度应小于1，因此这种电路适用于产生宽带调频信号。 
振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式电路。晶体管各端之间的接入系数均小于1，所以晶体管寄生参量对选频回路的影响大大减小，因此振荡器工作频率的稳定性基本由选频回路本身的稳定性决定而与晶体管参量的关系甚小。在保证变容管正常工作的前提下，改变C3和C4可改变振荡器的工作频率，而C5不变，接入系数不变，从而振荡器的工作频率范围展宽，稳定性也得以提高。   
    缓冲级由共射放大器和一级射极跟随器组成。共射极放大电路同音频放大器类似。射极跟随器即共集电极放大电路，这种电路把输入信号接在基极和公共端“地”之间，又从发射极与“地”之间输出信号。射极跟随器具有高的输入电阻和低的输出电阻，因此可以在高内阻信号源与低阻抗负载之间起缓冲作用，在多级放大电路中作输入级和输出级。射极跟随器的特点是电压放大倍数小于1，但接近于1，没有电压放大能力；Uo与Ui同相；具有电流放大能力和功率放大能力。
音频放大器的作用是将送来的低电平的话音信号放大后，去对调频振荡器进行频率调制，即使振荡器的振荡频率按照话音信号的变化规律而变化，音频放大器的放大量要视对频偏要求和调频级本身的调制灵敏度而定。根据一般话筒性能放大器频率特性范围可定为100 ~ 15000 HZ。调频级是本部分的核心，其作用是使等幅振荡变成频率按调制信号变化的调频振荡。调频级的关键问题是产生一个频率为16.5 MHZ的振荡信号。振荡电平要满足任务书规定的幅度。频率不稳定度也应满足技术指标要求。缓冲级的作用是将振荡级与输出级隔离开来，避免输出部分对振荡级的影响，并做到与后面放大级良好的连接。
由以上的叙述，我们考虑电路作如下安排：输入级采用一般共发射极放大电路。调频级采用变容二极管直接调频振荡器。振荡电路采用高稳定度的LC改进型三点式电路。采用变容二极管调频的原因是为了不使电路太复杂的情况下获得较大的频偏。虽然这种调频的方式中心频率稳定度差一些，但对满足本任务书中提出的3×10 –2 频率稳定度（350KHZ / 16.5ＭＨＺ）来说，还是可以的。缓冲级采用共发射极放大器和一级射极跟随器组成，放大器既可作为隔离级，又可使振荡级与下级的耦合减弱一些。有利于提高频率稳定度，末级射极输出器可减少下一级对振荡器的影响。

4.2、各级电路设计
（1）　音频放大器的设计
电路如图所示选用硅管3DG6 。
工作状态：IC = 0.8 mA ,UCE = 4 V , 其中IC 选小是为了减小噪声。
① 元件值计算。
② 电压增益估算。
③ 要求音频放大器增益可调，以满足频偏要求。
（2 调频级设计
① 调频电路
电路如下图所示，振荡部分是一个共基极电路，晶体管的基极通过C6 、C15 接地。

VO
VΩ

这是一种改进型高稳定度LC电容三点式振荡器，XCE 与XEB 电抗性质相同（容性），XCB的电抗性质相反（感性），满足振荡器相位平衡条件，振荡器的频率由L2及C3，C4以及C5 、C8、 C7 决定，如果C4 很小，则C4 对频率影响较大。

五、数据计算
音频放大器设计及计算
音频放大器由共射放大电路构成，电路如下图所示：

已知：三极管选用硅管3DG6(B=80)，
放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=0.8mA（ Ic选小 是为了减小噪声）， Ube=0.7V, W1=10K＆，Ri=75﹠, Ub=3～5V, I1=(5～10)Ib。
求解：Ib=Ic/B=0.8mA/80=0.01mA
取I1=8Ib=8×0.01mA=0.08mA
取Ub=4V
∴ R2=Ub/I1=4V/0.08mA=50K＆ 取标称值R2=51K＆
∴ R1=（Vcc-Ub）/I1=(12V-4V)/0.08mA=100 K＆
Ue=Ub-Ube=4V-0.7V=3.3V
∴ R4’+R4”=Ue/Ie=Ue/Ic=3.3V/0.8mA=4.125K＆
∵R4’＜＜R4” ∴可取R4’=200＆ 则R4”=3.9K＆
R3=(Vcc-Ue-Uce)/Ic=(12V-4V-4V)/0.8mA=5.875K＆ 取标称值R3=5.6K＆ Rbe=Rbb+26(1+B)/Ic=300＆+81×26/0.8=2.83K＆
Ri’=[Rbe+(1+B)R4’]∥R1∥R2=12K＆
Ri= Ri’∥R23=75＆ ∴R23=75＆
放大倍数Au=-BR3/[Rbe+(1+B)R4’]=-23
电容：
C1、C2为耦合电容，故可取10uF；
C20为低频旁路电容，故可取10uF
音频放大器的电阻、电容值如下：
电阻值：R1=100 K＆ R2=51K＆ R3=5.6K＆ R4’=200＆ R4”=3.9K＆ R23=75＆ W1=10 K＆
电容值：C1=10uF C2=10uF C20=10uF
3.2 调频级设计及计算
振荡部分是一个共基极电路，基极通过C6、C15接地，是改进型高稳定度LC电容三点式振荡器。振荡器的频率由L2、C3、C4、C5、C7、C8和变容管决定，C4很小，对频率的影响较大。
已知：三极管选用硅管3DG6(B=80)，
放大器静态工作点：Vce=4V, Ic=3mA，Ube=0.7V,

参数列表：

六、实验心得
本次做的课设是关于调频器的设计，这个是我没有接触过的题目，所以我查阅资料，找寻关于调频的信息。我因此知道了调频器使受调波的瞬时频率随调制信号而变化的电路。调频器广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。并且调频器在生活中运用广泛。
我觉得此次课设的一个难点就是根据课设要求计算各个元器件的参数，电路看上去很复杂，要计算的量也很大，多亏了大家齐心协力才能弄清这大大小小的参数。要根据电阻的值，根据各个电容在电路中的作用算出电容的值。
这次课设在做的过程中要多想，多想想问题出现的原因，问题解决后要多问几个为什么，这也是经验积累的过程，最好要写项目日志，把问题及原因、解决的办法都写进去。还要多问，遇到问题经历了痛苦的思索后还得不到解决就要问了，问搜索引擎，问网友，问同学同行，一篇文章、朋友们的点拨都可能帮助自己快速解决问题。
通过本设计可以学的到很多的东西，同时不仅可以巩固所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。给我增加了专业知识的储备量，为以后从事相关工作打下了基础。

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