通信電子線路課程設計--調頻發(fā)射系統(tǒng)整機電路設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著人類的文明不斷進步，科學技術不斷的發(fā)展，人們之間的交流越來越多，相互交換的信息也日益劇增，要傳送的信息類型也是越來越多樣化?？萍嫉倪M步也使得通信的技術得到了發(fā)展，特別是無線電波的使用，使我們的通信更加實時、高效?？萍嫉目焖侔l(fā)展，將使人們的通信更方便快捷。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，無線電發(fā)射機在生活中得到廣泛應用

2、，最普遍的有電臺、對講機等。人們通過無線電發(fā)射機可以把需要傳播出的信息發(fā)射出去，接收者可以通過特制的接收機接受信息，最普通的模式是：廣播電臺通過無線電發(fā)射機發(fā)射出廣播，收聽者通過收音機即可接收到電臺廣播。調頻發(fā)射機目前處于快速發(fā)展之中，在很多領域都有了很廣泛的應用。它可以用于演講、教學、玩具、防盜監(jiān)控等諸多領域。</p><p>　　關鍵字：高頻電子線路，Multisim仿真，調頻發(fā)射。</p>&

3、lt;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、前言1</b></p><p><b>　　二、設計指標2</b></p><p><b>　　2.1題目2</b></p><p>　　2.2設計任務及主要技術指標和要求

4、2</p><p>　　2.3內容和要求2</p><p>　　2.4主要技術指標2</p><p><b>　　三、系統(tǒng)總述3</b></p><p>　　3.1 調頻基本概念3</p><p>　　3.2 工作原理3</p><p>　　3.3整體原理框圖

5、5</p><p>　　四、單元電路設計與仿真6</p><p>　　4.1壓控振蕩器調頻電路6</p><p>　　4.2變容二極管直接調頻電路8</p><p>　　4.3上混頻電路10</p><p>　　4.4三極管倍頻電路11</p><p>　　4.5丙類諧振功率放大電路

6、12</p><p>　　五、整機電路設計13</p><p>　　六、高頻實驗平臺整機聯(lián)調14</p><p><b>　　七、設計總結16</b></p><p><b>　　八、參考文獻17</b></p><p><b>　　一、前言</b&g

7、t;</p><p>　　頻率的調制和解調是通信電子線路中非常重要且比較關鍵的一部分，調頻電路在通信電子線路中運用非常廣泛且作用很大,如何學好此部分對我們來說非常重要。本課程設計的內容是學習基于Multisim的調頻電路設計與仿真。用Multisim仿真軟件進行調頻電路調頻和解調，得到仿真結果。從仿真結果中更好地理解頻率的調制和解調。</p><p>　　由于一般的低頻信號無法進行遠距離傳

8、輸，所以得經過調頻搬到高頻信號上傳輸，這個過程就是我們常說的調頻。用待傳輸?shù)牡皖l信號去控制高頻載波參數(shù)電路稱為調制電路，解調是調制的逆過程，從高頻已調信號中還原出原調制信號稱為解調電路。本文設計了基于Multisim的變容二極管的直接（間接）調頻電路，壓控振蕩器調頻電路，鎖相環(huán)調頻電路，上混頻電路，三極管倍頻和鎖相環(huán)倍頻等倍頻電路，丙類諧振功率放大器。</p><p><b>　　二、設計指標</

9、b></p><p>　　2.1題目 調頻發(fā)射系統(tǒng)整機電路設計</p><p>　　2.2設計任務及主要技術指標和要求</p><p>　　2.2.1單元電路的的設計及仿真</p><p>　　(1)設計變容二極管直接(間接)調頻電路</p><p>　　(2)設計壓控振蕩器調頻電路</p>&l

10、t;p>　　(3)設計鎖相環(huán)調頻電路</p><p>　　(4)設計上混頻電路</p><p>　　(5)設計三級管倍頻和鎖相環(huán)倍頻等倍頻電路</p><p>　　(6)設計丙類諧振功率放大器</p><p>　　2.2.2調頻發(fā)射系統(tǒng)整機電路設計</p><p>　　2.2.3高頻實驗平臺整機聯(lián)調</p&

11、gt;<p><b>　　2.3內容和要求</b></p><p>　　要求完成各單元電路設計及仿真，利用Multisim開發(fā)軟件完成整機電路設計；</p><p>　　通過實際電路方案的比較分析，參數(shù)計算，元件選取，仿真測試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法；</p><p>　　了解與課程有關的電子電路以及元

12、器件工程技術規(guī)范，能按課程設計任務書的技術要求，編寫設計說明，能正確反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖；</p><p>　　掌握常用儀表的正確使用方法，學會簡單電路的實驗調試和整機指標測試方法。</p><p>　　2.4主要技術指標 </p><p>　?。?）中心頻率=12MHz</p><p>　?。?）頻率穩(wěn)定度≤0.1MHz

13、</p><p>　?。?）最大頻偏>10kHz </p><p>　　（4）輸出功率≥30mW </p><p>　?。?）電源電壓Vcc=12V</p><p><b>　　三、系統(tǒng)總述</b></p><p>　　3.1 調頻基本概念</p><p>　　調制

14、信號（低頻信號）去控制載波信號的幅度而實現(xiàn)的調制稱為調幅；同樣，若用調制信號去控制載波的頻率或相位而實現(xiàn)的調制分別稱為調頻或調相。由于調頻或調相兩種調制都改變了載波的瞬時相位，通稱角度調制。</p><p>　　在模擬調制中，調頻具有較為優(yōu)越的性能，因此，調頻技術廣泛應用于立體聲廣播、電視伴音、無線麥克風、微波傳輸及衛(wèi)星通信。同樣，完整的調頻通信系統(tǒng)也由發(fā)射機與接收機兩部分組成，與調幅通信系統(tǒng)比較，除了調制與解調

15、的原理方法不同外，其他部分如超外差變頻接收技術、中頻放大電路等基本相同。</p><p>　　使載波頻率按照調制信號改變的調制方式叫調頻。已調波頻率變化的大小由調制信號的大小決定，變化的周期由調制信號的頻率決定。已調波的振幅保持不變。調頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調頻波用英文字母FM表示。</p><p>　　3.1.1 調頻波（FM）</p><p>

16、;<b>　　載波，調制信號；</b></p><p>　　通過FM調制，使得頻率變化量與調制信號1的大小成正比。即已調信號的瞬時角頻率</p><p>　　已調信號的瞬時相位為</p><p>　　3.1.2 FM性能指標</p><p>　　因為頻率調制不是頻譜線性搬移過程，它的電路就不能采用乘法器和線性濾波器來構

17、成，而必須根據(jù)調頻波的特點，提出具體實現(xiàn)的方法。對于調頻電路的性能指標，一般有以下幾方面的要求：</p><p>　　（1）線性的調制特性。即已調波的瞬時頻率變化與調制信號成線性關系。</p><p>　　（2）具有較高的調制靈敏度。即單位調制電壓所產生的振蕩頻率偏移要大。</p><p>　　（3）最大頻率偏移與調制信號頻率無關。</p><p

18、>　　（4）未調制的載波頻率（即已調波的中心頻率）應具有一定的頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　（5）無寄生調幅或寄生調幅盡可能小。</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　3.2.1直接調頻原理</p><p>　　直接調頻的基本原理是利用調制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反

19、映調制信號變化規(guī)律。要用調制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠實現(xiàn)直接調頻。</p><p>　　（1）改變振蕩回路的元件參數(shù)實現(xiàn)調頻</p><p>　　在LC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是LC振蕩回路的電感L和電容C。在RC振蕩器中，決定振蕩頻率的主要元件是電阻

20、和電容。因而，根據(jù)調頻的特點，用調制信號去控制電感、電容或電阻的數(shù)值就能實現(xiàn)調頻。</p><p>　　調頻電路中常用的可控電容元件有變容二極管和電抗管電路。常用的可控電感元件是具有鐵氧體磁芯的電感線圈或電抗管電路，而可控電阻元件有二極管和場效應管。</p><p>　?。?）控制振蕩器的工作狀態(tài)實現(xiàn)調頻</p><p>　　在微波發(fā)射機中，常用速調管振蕩器作為載波

21、振蕩器，其振蕩頻率受控于加在管子發(fā)射極上的發(fā)射極電壓。因此，只需將調制信號加至發(fā)射極即可實現(xiàn)調頻。</p><p>　　若載波是由多諧振蕩器產生的方波，則可用調制信號控制積分電容的充放電電流，從而控制其振蕩頻率。</p><p>　　3.2.2間接調頻原理</p><p>　　調頻波的數(shù)學表示式，在調制信號為uΩ(t)時，為</p><p>

22、　　uFM(t)=Ucm cos[ωct+kf ]</p><p>　　可見調頻波的相位偏移為kf ，與調制信號uΩ(t)的積分成正比。若將調制信號先通過積分器得 ，然后再通過調相器進行即可得到調制信號為u(t)的調相波，即</p><p>　　u(t)=Ucm cos[ωct+kP ]</p><p>　　因此，調頻可以通過調相間接實現(xiàn)。通常

23、將這樣的調頻方式稱為間接調頻。這樣的調頻方式采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩器(例如石英晶體振蕩器)作為載波振蕩器，然后在它的后級進行調相，得到的調頻波的中心頻率穩(wěn)定度很高。</p><p><b>　　3.3整體原理框圖</b></p><p>　　四、單元電路設計與仿真</p><p>　　4.1壓控振蕩器調頻電路</p><p

24、>　　壓控振蕩器由兩只晶體三極管及變容二極管等電路組成，及周圍電路組成頻率可變的電容反饋三點式振蕩器（又稱考必茲振蕩器）?；芈冯娙轂榫w管極間電容，串聯(lián)后構成回路電感。變容二極管的作用是，當外加控制電壓經電阻加到它上面，變容管的等效電容隨外加電壓變化而改變，電路中振蕩回路的自然諧振頻率隨之改變。從而當外加控制電壓變化時，能改變壓控振蕩器的振蕩頻率。該壓控振蕩器的頻率約為2.2-2.5GHz，由于振蕩頻率高，晶體管的極間電容、引線電

25、感等參數(shù)對振蕩頻率及工作狀態(tài)都有很大影響。</p><p>　　圖4-1-1 壓控振蕩器原理圖</p><p>　　壓控振蕩器工作原理及應用</p><p>　　指輸出頻率與輸入控制電壓有對應關系的振蕩電路,常以符號(VCO)。其特性用輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關系曲線來表示。圖中,Uc為零時的角頻率ω0,0稱為自由振蕩角頻率；曲線在ω0,0處的斜率K0

26、稱為控制靈敏度。使振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構成一個壓控振蕩器。人們通常把壓控振蕩器稱為調頻器，用以產生調頻信號。在自動頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個受控部件。</p><p>　　圖4-1-2壓控振蕩器的控制特性</p><p>　　圖4-1-3壓控振蕩器電路</p><p>　

27、　圖4-1-4壓控振蕩器波形</p><p>　　4.2變容二極管直接調頻電路</p><p>　　直接調頻的基本原理是利用調制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其反映調制信號變化規(guī)律。要用調制信號去控制載波振蕩器的振蕩頻率，就是用調制信號去控制決定載波振蕩器振蕩頻率的元件或電路的參數(shù)，從而使載波振蕩器的瞬時頻率按調制信號變化規(guī)律線性地改變，就能夠實現(xiàn)直接調頻。</p><

28、;p>　　變容二極管是一種電壓控制的可變電抗元件，它的PN節(jié)呈現(xiàn)的勢壘電容值會隨著反偏電壓的變化而變化。變容二極管直接調頻正是利用這一特性實現(xiàn)調頻。其原理電路如下所示：</p><p>　　圖4-2-1變容二極管直接調頻原理電路</p><p>　　圖4-2-2變容二極管直接調頻電路</p><p>　　圖4-2-3變容二極管直接調頻波形</p>

29、<p>　　圖4-2-4變容二極管直接調頻頻譜</p><p><b>　　4.3上混頻電路</b></p><p>　　上混頻電路是將中頻信號和本地振蕩信號相混合得到射頻信號的輸出，本設計用三級管做混頻電路將中頻信號轉換為射頻信號。</p><p>　　圖4-3-1上混頻電路</p><p>　　圖4-3-

30、2上混頻電路波形</p><p>　　4.4三極管倍頻電路</p><p>　　已知丙類放大器集電極電流ic是調諧于n次諧波上（n為正整數(shù)），那么輸出回路對基波和其他諧波的阻抗很小，近對n次諧波的阻抗達到最大值，且呈電阻性。于是輸出諧振回路僅有ic的n次諧波分量產生的高頻電壓，而其他頻率分量產生的電壓均可忽略。因而，在諧振阻抗Rp上可得到頻率為輸入信號頻率n 倍的輸出信號功率。</p

31、><p>　　圖4-4-1三極管倍頻電路</p><p>　　圖4-4-2三極管倍頻電路波形</p><p>　　4.5丙類諧振功率放大電路</p><p>　　丙類諧振功率放大器用來對載波信號或高頻已調波信號進行功率放大，其負載是LC振蕩回路，用以提高選擇性，改善輸出波形。</p><p>　　圖4-5-1丙類諧振功率放

32、大電路</p><p>　　圖4-5-2丙類諧振功率放大電路波形</p><p><b>　　五、整機電路設計</b></p><p>　　圖5-1調頻發(fā)射系統(tǒng)整機電路</p><p>　　六、高頻實驗平臺整機聯(lián)調</p><p>　　圖6-1調頻信號相位鑒頻</p><p&g

33、t;　　圖6-2脈沖計數(shù)式鑒頻</p><p><b>　　圖6-3鎖相環(huán)調頻</b></p><p><b>　　圖6-4鎖相環(huán)倍頻</b></p><p><b>　　七、設計總結</b></p><p>　　在這次課程設計中我承擔的具體任務是壓控振蕩器調頻電路設計仿真，以

34、及外圍電路的調試仿真。在分配了具體設計任務后，先從《通信電子線路》書中查找相關內容，從網上查找相關電路仿真。然后使用軟件Multisim開發(fā)軟件設計電路，經過不斷的修改調試最終仿真出波形。最后和同組同學一起完成了整機電路的設計。</p><p>　　在此次課程設計中，我充分體會到了熟練運用相關軟件的重要性，不像之前的電子技術課程設計，并沒有多少工作在計算機里實現(xiàn)的，就僅僅畫出了電路圖之后用元器件在面包板上搭電路就

35、行了。本次課設都高度依賴計算機，從仿真到繪制原理圖，再到參數(shù)調節(jié)，可以說每一步都很艱難，每一步都是我們一步一個腳印結結實實踩下去的。通過課程設計，我們增強了對通信電子技術的理解，學會查尋資料﹑比較方案，學會通信電路的設計﹑計算；進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手﹑獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析﹑解決通信電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向實際能力的轉化；通過典型電路的設計與仿真加深對基本原理的了解，增強了實踐能

36、力。</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　?。?）通信電子線路 侯麗敏 清華大學出版社 2008</p><p>　　（2）高頻電子線路實驗平臺說明書 南京潤眾科技有限公司</p><p>　?。?）通信原理 樊昌信 國防工業(yè)出版社 2006&