LC调频振荡器的设计.doc

齐齐哈尔大学通信与电子线路课程设计 题 目：LC调频振荡器的设计 学 院：通信与电子工程学院 专业班级：电子097 学生姓名：金玲 指导教师：齐怀琴 张劲松 苗凤娟 李静辉 成 绩： 目录一、 实验目的及意义1、 主要内容2、 基本要求二、 实验内容及要求三、 电路原理1、 电路原理及用途四、 设计步骤和调试过程1、 总体设计电路2、 电路工作状态或元件参数的确定3、 仿真及仿真结果分析4、 设计电路的性能评测五、 结论及心得体会六、 参考文献一、目的及意义1.1目的 通过此次课程设计，进一步消化理解所学过的知识（电路理论、模拟电路、数字电路、计算机、通信电子线路等），促进每一位同学的创新意识、综合能力,鼓励同学尽早参与科学研究、技术开发和社会实践等创新活动，不断激发学生学习的主动性、积极性和创造性，提高同学的科学素质和文化素养，培养同学的创新精神、创业精神和实践能力。1.2 意义1.注重过程参与 通信电子线路课程设计的实施更加注重实践创新研究过程。其意义在于引导学生在导师的指导下，自主选题、自主设计来完成，设计过程中要进行数据分析处理和撰写总结报告等工作，不断提高同学的自我学习能力、团结协作能力和组织实施能力。2. 注重实践创新 通过课程设计鼓励学生结合学科专业，从自身所长与兴趣出发，积极参与实验实践活动，在探索、研究、创新的实践训练过程中，提出自己的观点与见解。3. 注重切实可行 在课程设计的选题中一定要思路新颖、目标明确、研究方案及技术路线可行、实施条件可靠的项目。 二、实验内容及要求2.1、主要内容 根据所提出的基本要求，设计一个LC调频振荡器。通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，掌握LC调频振荡器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。2.2、基本要求 设计一个LC调频振荡器，主要技术指标为 (1)主振频率fo = 6.5MHz ; (2)频率稳定度fo/fo0.0005/小时; (3)输出电压V0V1; (4)最大频偏fm =25kHz三、电路原理3.1.电路原理及用途主要技术指标:1、主振频率fo=5MHz2、频率稳定度f/f0.00013、输出电压Uo1V4、调制信号U2V-3V/f=1-3KHz5、最大频偏fm = 士25 KHz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。(图1原理电路) 间接调频稳定性较高，但不易获得较大的频偏。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;本次设计实验采用变容二极管直接调频，其原理电路如图1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。变容二极省的正极直流接地(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。(图2波形示意图) 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2所示。四、设计步骤和调试过程4.1、总体设计电路（图3总体设计电路）4.2、电路工作状态或元件参数的确定 依据设计要求，对频率稳定度fo/fo要求较高，故选用电容三点改进克拉泼振荡器如图3所示图中，晶体管接成共基组态，Cb为基极祸合电容。振荡电路的静态工作点由Rb1, Rw1,Rb2, Re、与Rc决定。变容二极的直流偏置电路由R1, R2与Rw2构成。只要静态偏置调整合适，就可实现线性调频。Zl为扼流电感。R为限流电阻。Cc为振荡回路与变频回路的祸合电容，采用部分接入。C4为调制信号输入藕合电容。振荡电路静态工作点设置 已知:Icq为2mA为了获得较大的动态范围，一般取Vceq为电源电压的一半，故取Vceq=6V因有:Icq= (Vcc-Vceq) /(Re+Rc)则 Re+Rc = (Vcc-Vceq) /Icq =(12-6) /2=3K 为提高电路的工作稳定性，Re可适当取大一些，但应小于Rc，故取:Re=1K则RC=2K 因有:Rb2=Vbq/I1 I1=(5-10) Ibq Ibq=Icq/ Vbq= Veq+0.7V Veq=IcqRe 则:Veq=2X1=2V Vbq=2+0.7=2.7V Ibq=2/60=0.033 取I1=10Ibq =0.33 Rb2=Vbq/I1=2.7/0.33=8.18K取标称电阻8.2K 因有: Rb1= (Vcc-Vbq) / Vbq Rb2 则: Rb1= (12-2.7) /2.78.2=28.24K 为调整静态电流方便，用一20K电阻与47K电位器串联。计算主振回路元件参数在电容三点式克拉泼振荡器中，由L, C1，C2与C3组成井联谐振回路。其中C2两端的电压构成振荡反馈电压，其大小由反馈系数F=C1/C2选定，比值一般应满足1/2-1/8。为了减小晶体管极间电容对回路振荡频率的影响，C1与C2的取值应较大，即C3C1，C3C2,但C1，C2不能过大，若过大则L回变小，Q值将降低，振荡幅度也会变小，稳定性也变差。则回路一阴皆振频率fo主要有C3决公式1决定，即若取L=12uH，则电容C3=100 pf。实际电路应用时，可适当调整L的匝数与C3的大小。C1与C2的取值，应遵循F=C1/C2=1/8-1/2的条件，若取C1=200pf，则C2=680pf,电路中的基极祸合电容Cb,是提供等效交流通路，一般取值为0.0luf。（公式1）计算调频电路元件参数 变容管的静态反向偏置电压Vq由电阻R1与R2分压决定，即Vq=(R2/ (R1+R2) Vcc。 己知，Vq=4V,若取R2=l0K，则R1=20K。实验电路中，R1用l0K电阻与47K电位器Rw2串联，以便调整静态偏压Vq。 隔离电阻R应远大于R1，R2，故取R=150K。 为了减小振荡回路输出的高频电压对变容管的作用，减小中心频率的漂移，常将耦合电容Cc的容量选得较小(与Cj同数量级)，形成部分接入式变容二极管调频电路。对部分接入式变容二极管调领电路进行理论分析可得到其频偏公式:（公式2频偏公式）式中P=Cc/(Cc+Cj) P = C1 /(C1+Cjq)为接入系数。一般p<1,可以先取p=0.2,然后在实验中调试由Cj-v曲线得到Vq=4V时，对应Cq=50pf则: Cc=pCQ/1-p=28.8pf。取标称值Cc=30pf,低频调制信号U的藕合支路电容C4及电感ZL应对U提供通路，一般U的频率为几十HZ至几十KHZ，故取C4=10uf,ZL=220uH。高频旁路电容C5应对调制信号U呈现高阻，故取C5=1500pf.综合以上计算结果，的实际变容二极管调频振荡器电路如图1-4所示。（图4变容二极管调频振荡器）4.3仿真及仿真结果分析4.4、设计电路的性能评测(经分析或测试是否达到了设计要求) 经过仿真分析使其主振频率f =6.5MHz;保持频率稳定度fo/fo0.0005/小时;保证输出电压V01V;确保最大频偏fm =25kHz的设计要求。五、结论及心得体会 在此次课程设计中，实践能力得到了加强，不但锻炼了我们最基本的高频电线路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际的应用。在此次设计时我们也遇到了不少的困难和问题，但在同伴们的共同努力下，通过老师的帮助，辛苦的去专研去学习，最终都克服了这些困难，问题得到了解决。其中遇到的问题我们必须自己查找相关资料，利用图书馆和网络，这是一个比较辛苦和漫长的过程，你必须从无数的信息中分离出对你有用的，然后加以整理，最后才学习到变为自己的并用到设计中的问题去。要设计一个电路总得先仿真成功之后才能实际接线，但最后的成品却不完全与仿真时一样，因为在实际接线中有着各种各样的条件限制，如在实际中因芯片本身的特性而未达到成功。性格决定习惯，习惯决定命运，每个人都能设计出自己独特的方案。参考文献1阳昌汉.高频电子线路哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，20002谢自美.电子线路设计;实验;测试.武汉:华中科技大学出版社，20003高吉祥.电子技术基础实验与课程设计北京:电子工业出版社，4陈梓城.实用电I电路设计与调试北京:中国电力出版社，20065李银华.电子线路设计指导.北京:北京航空航天大学出版社