變?nèi)荻O管調(diào)頻電路設(shè)計(jì)

1、 4/4變?nèi)荻O管調(diào)頻電路設(shè)計(jì) 目錄 1、方案選擇 變?nèi)荻O管調(diào)頻方式有兩種：間接調(diào)頻和直接調(diào)頻。 （1）間接調(diào)頻 先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分處理，然后用它控制載波的瞬時(shí)相位變化，從而實(shí)現(xiàn)間接控制載波的瞬時(shí)頻率變化的方法，稱為間接調(diào)頻法。 根據(jù)前述調(diào)頻與調(diào)相波之間的關(guān)系可知，調(diào)頻波可看成將調(diào)制信號(hào)積分后的調(diào)相波。 這樣，調(diào)相輸出的信號(hào)相對(duì)積分后的調(diào)制信號(hào)而言是調(diào)相波，但對(duì)原調(diào)制信號(hào)而言則為調(diào)頻波。這種實(shí)現(xiàn)調(diào)相的電路獨(dú)立于高頻載波振蕩器以外，所以這種調(diào)頻波突出的優(yōu)點(diǎn)是載波中心頻率的穩(wěn)定性可以做得較高，但可能得到的最大頻偏較小。 （2）直接調(diào)頻 用調(diào)制信號(hào)直接控制振蕩器的瞬時(shí)頻率變化的方法稱為直接調(diào)頻法

2、。如果受控振蕩器是產(chǎn)生正弦波的 LC 振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。將受到調(diào)制信號(hào)控制的可變電抗與諧振回路連接，就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。 可變電抗器件的種類很多，其中應(yīng)用最廣的是變?nèi)荻O管。作為電壓控制的可變電容元件，它有工作頻率高、損耗小和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控制的可變電感元件。此外，由場效應(yīng)管或其它有源器件組成的電抗管電路，可以等效為可控電容或可控電感。 直接調(diào)頻法原理簡單，頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。在正弦振蕩器中，若使可控電抗器連接于晶體振蕩器中，可以提高頻率穩(wěn)定度，但頻偏減小。 在滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)的

3、基礎(chǔ)上盡量簡化電路。因此本次課程設(shè)計(jì)采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻設(shè)計(jì)電路。 2、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路是有主振電路和調(diào)頻電路構(gòu)成，如變?nèi)荻O管調(diào)頻仿真圖，T C、4C、5C、1L為主振回路，D2為變?nèi)荻O管，Cc為耦合電容隔離直流，為振蕩管，3 C為高頻濾波電容，7C為耦合電容，1C為旁路電容。6R、8R為變?nèi)荻O管提供一個(gè)6 靜態(tài)反偏電壓，7R 為隔離電阻，1R 、2R 、4R 、5R 給三極管提供一個(gè)合適靜態(tài)工作點(diǎn)。 設(shè)調(diào)制信號(hào)為u (t)=m u cos t,加在二極管上的反向直流偏壓為Q V ,Q V 的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號(hào)時(shí)振蕩器的振蕩頻率等于要求的載波頻率,同時(shí)還

4、應(yīng)保證在調(diào)制信號(hào)u (t)的變化范圍內(nèi)保持變?nèi)荻O管在反向電壓下工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為 r u (t)=Q V +m u cos t 式(2-1) 根據(jù)式(3-1)可得，相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為 (1)當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓u (t)=0時(shí)，即為載波狀態(tài)。此時(shí)r u (t)=Q V ，對(duì)應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為jQ C ，其中 Q j C =)U V 1(C D Q 0j + 式（2-2） (2)當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓u (t)=m u cos t 時(shí),對(duì)應(yīng)的變?nèi)荻O管的結(jié)電容與載波狀態(tài)時(shí)變?nèi)荻O管的結(jié)電容的關(guān)系是 j C =+U t cos U V 1C D m Q 0j 式（2-3） 令

5、m= u /(D U +Q V )為電容調(diào)制度,則可得 j C = +)t cos m 1(C jQ 式（2-4） 上式表示的是變?nèi)荻O管的結(jié)電容與調(diào)制電壓的關(guān)系。而變?nèi)荻O管調(diào)頻器的瞬時(shí) 頻率與調(diào)制電壓的關(guān)系由振蕩回路決定 無調(diào)制時(shí)，諧振回路的總電容為 Q C =1C +Q C Q C C C C C + 式（2-5） Q C 為靜態(tài)工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的變?nèi)荻O管節(jié)電壓。 當(dāng)有調(diào)制時(shí)，諧振回路的總電容為： C =1C +j C j C C C C C + 式（2-6） 回路的總電容的變化量為：C C C Q ；頻偏與f 的關(guān)系:f=1/2*f 0*/C Q 。 由變?nèi)荻O管部分接入振蕩器振蕩回路的

6、等效電路。調(diào)頻特性取決于回路的總電容C ,而C 可以看成一個(gè)等效的變?nèi)荻O管, C 隨調(diào)制電壓u (t)的變化規(guī)律不僅決定于變?nèi)荻O管的結(jié)電容C j 隨調(diào)制電壓u (t)的變化,而且還與C 1和C 2的大小有關(guān)。因?yàn)樽內(nèi)荻O管部分接人振蕩回路,其中心頻率穩(wěn)定度比全部接入振蕩回路要高，但其最大頻偏要減小。 3、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻 3.1 變?nèi)荻O管工作原理 變?nèi)荻O管又稱可變電抗二極管。是一種利用PN 結(jié)電容（勢(shì)壘電容)與其反向偏置電壓Vr 的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。所用材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。變?nèi)荻O管具有與襯底材料電阻率有關(guān)的串聯(lián)電阻。主要

7、參量是：零偏結(jié)電容、零偏壓優(yōu)值、反向擊穿電壓、中心反向偏壓、標(biāo)稱電容、電容變化范圍（以皮法為單位）以及截止頻率等，對(duì)于不同用途，應(yīng)選用不同C 和Vr 特性的變?nèi)荻O管，如有專用于諧振電路調(diào)諧的電調(diào)變?nèi)荻O管、適用于參放的參放變?nèi)荻O管以及用于固體功率源中倍頻、移相的功率階躍變?nèi)荻O管等。 變?nèi)荻O管是根據(jù)PN 結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓大小而變化的原理設(shè)計(jì)的一種二極管。它的極間結(jié)構(gòu)、伏安特性與一般檢波二極管沒有多大差別。不同的是在加反向偏壓時(shí)，變?nèi)荻艹尸F(xiàn)較大的結(jié)電容。這個(gè)結(jié)電容的大小能靈敏地隨反向偏壓而變化。正是利用了變?nèi)荻O管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路

8、的電容量會(huì)隨調(diào)制信號(hào)電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達(dá)到調(diào)頻的目的。 已知，結(jié)電容C j 與反向電壓v R 存在如下關(guān)系： C j =V v 1C D R 0 j + 式（4-1） 加到變?nèi)莨苌系姆聪螂妷?，包括直流偏壓V 0和調(diào)制信號(hào)電壓 v (t)=V cos t ，如圖3.1，即 v R (t)= V 0+V cos t 式（4-2） 此外假定調(diào)制信號(hào)為單音頻簡諧信號(hào)。結(jié)電容在v R (t)的控制下隨時(shí)間發(fā)生變化。 圖3.1 用調(diào)制信號(hào)控制變?nèi)荻O管結(jié)電容 把受到調(diào)制信號(hào)控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率亦受到調(diào)制信號(hào)的控制。適當(dāng)選擇變?nèi)荻O管的特性和工作狀態(tài)，可以使振蕩頻

9、率的變化近似地與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系。這樣就實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。 4、電路實(shí)現(xiàn) 4.1課程設(shè)計(jì)指標(biāo) (1)主振頻率：f 0=12MHz (2)頻率穩(wěn)定度： (3)最大頻偏： (4)振蕩器輸出電壓： (5)電源電壓：2.5V 4.2元件參數(shù)選擇 （1）電源電壓：2.5V （2）高頻三極管采用2N2222（硅NPN 管，C I =600mA ，P=625mW ，ce V =30V ，cb V =60V ，eb V =5V ） （3）變?nèi)荻O管采用FMMV2109:反向偏置電壓為4V ，R6與R8為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時(shí)的反向直流偏置電壓V Q ，電阻R3稱為隔離電阻，常取R7R6，R7R8，以減小調(diào)制信號(hào)V

10、Q 對(duì)V Q 的影響。已知V Q =4V ，若取R8=10k ，隔離電阻R7=150k ,則R6=10K 。 （4）LC 振蕩器：由公式f 0=LC 21可知，假設(shè)L=10uH ，則LC 振蕩回路總電容C=18pF,那么C 4取10pF ，C 5取8pF 。 4.3電路設(shè)計(jì)仿真圖 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路仿真圖如圖4.1。 圖4.1 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路仿真圖 4.4電路仿真結(jié)果 （1）LC振蕩器輸出頻率測量值f0=12MHz。仿真結(jié)果如圖4.2 圖4.2 主振頻率測量值f0 (2)輸出波形如圖4.3。 圖4.3 仿真結(jié)果輸出波形 4.5 PCB如圖4.4所示 圖4.4 變?nèi)荻O管PCB圖 總

11、結(jié)與體會(huì) 通過本周的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)高頻電子線路這門課程有了更深的了解，更值得我開心的是我明白了自身的不足。說起來很慚愧，上了三年大學(xué)，學(xué)了三年電子，發(fā)覺自己竟然連一只三極管還沒有學(xué)會(huì)。以前上課總是抱著不求甚解的心態(tài)去學(xué)習(xí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)真沒學(xué)到多少東西，很多曾經(jīng)覺得學(xué)會(huì)的東西在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候就成了文盲了?？磥碜鍪裁炊家凶犯蟮椎木?。不然什么都只是知道，卻什么都不精通，這是將來走上社會(huì)最忌諱的。雖然只是短暫的一周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。 這次課程設(shè)計(jì)再次讓我認(rèn)識(shí)到了知識(shí)和實(shí)踐的重要性。在我們平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中，一定要認(rèn)真掌握所學(xué)知識(shí)，咱們電氣的知識(shí)都是科學(xué)知識(shí)，來不得半點(diǎn)馬虎。只有牢固掌握了所學(xué)的知識(shí)，才能有清晰的思路，才能在遇到實(shí)際問題的時(shí)候及時(shí)找到最合理的方案，這樣不僅節(jié)省了很多時(shí)候，也為我們的學(xué)習(xí)提供了很多幫助。就是因?yàn)槠綍r(shí)沒做好這一點(diǎn)，在做這個(gè)課程設(shè)計(jì)的時(shí)候真的無從下手，而這都是老師在課堂上為我們講解的知識(shí)。這時(shí)候不得不回頭復(fù)習(xí)書上的知識(shí)，也去網(wǎng)上查了好多資料。選擇元器件參數(shù)是件很讓人頭痛的事，同一個(gè)三極管有很多型號(hào)，有時(shí)候這不僅靠的是知識(shí)，也靠我們的經(jīng)驗(yàn)，這