LC调频振荡器通信电子线路课程设计文档格式.docx
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寄生调幅尽量小;
调制灵敏度尽量高。
其中频偏增大与调制线性度之间是矛盾的。
根据题目要求,其频率稳定度
/
≤
,最大频偏
,由上面分析知:
直接调频可获得较大线性频偏,但载频稳定度较差;
间接调频方式载频稳定度较高,但获得的线性频偏较小。
在这里我们采用直接调频法。
1.2电路原理
LC调频振荡器的工作流程如下:
LC调频振荡器一般由LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路两大部分组成。
其中,LC正弦波振荡器用于产生一定频率的幅度和信号,无须外加输入信号的控制,就能自动将电能转换为所需要的交流能量输出;
变容二极管调频电路用于实现对LC正弦波振荡器频率的调制,即调频。
(说明:
LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路通过耦合电容相连)
LC调频振荡器由LC调频振荡器、变容二极管调频电路两个部分组成,如图1-2所示。
图1-2直流稳压电源的方框图
1.2.1LC正弦波振荡器
LC正弦波振荡器的作用是产生高频正弦波。
由此画出LC正弦波振荡器原理图如图(1-3)所示。
图中晶体管T组成电容三点式振荡器的改进型电路即克拉泼电路,它被结为共基组态,
为基极耦合电容,其静态工作点又
及
决定,即
(1-1)
(1-2)
(1-3)
(1-4)
小功率振荡器的静态工作电流
一般为1到4毫安,
偏大,振荡幅度增加,但波形失真加重,频率稳定性变差。
L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路,其中C3两端的电压构成振荡器的反馈电压
以满足相位平衡条件
。
比值C2/C3=F决定反馈电压的大小,当
F=1时,振荡器满足相位平衡条件,电路起振条件为
F>
1。
为减少晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响,C2、C3的取值要大。
若选C1《C2,C1《C3,则回路振荡频率
主要由C1决定,即
(1-5)
若取C1为几十皮法,则C2、C3可取几百到几千皮法。
反馈系数F一般取1/8到1/2。
图1-3LC正弦波振荡器原理图
1.2.2变容二极管调频电路
变容二极管调频电路由变容二极管
及耦合电容
组成,R1与R2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压
即
=[R2/(R1+R2)]
电阻R3称为隔离电阻,常取R3》R2,R3》R1,以减小调制信号
对
的影响。
C5与高频扼流圈L2给
提供通路,C6起高频滤波作用。
变容二极管
通过耦合电容
部分接入振荡回路,有利于主振频率
的稳定性,减小调制失真。
图(1-4)所示的为变容二极管部分接入振荡回路的等效电路,接入系数
及回路总电容
分别为:
(1-6)
(1-7)
式中,
为变容二极管的结电容,它与外加电压的关系为:
(1-8)
为变容二极管加零偏压时的结电容;
为变容管PN结内建电差(硅管
=0.7V,锗管
=0.3V);
γ变容二极管的电容变化指数,与频偏的大小有关(小频偏:
选γ=1的变容二极管可近似实现线性调频,大频偏:
必须选γ=2的超突变结变容二极管,才能实现较好的线性调频);
ν为变容管两端所加的反向电压,ν=
+
=
。
变容二极管的Cj-v特性曲线如图(1-5)示。
其中,已知条件中2CC1D的性能参数如表(1-1)所示。
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
(1-9)
图1-4变容二极管部分接入的等效电路图图1-5变容二极管的Cj-v特性曲线
表1-1变容二极管2CC1D的变容参数
型
号
最高反向电压
反向电流
结电容
电容变化范围/pF
零偏压品质因数Q
电容温度系数α/
2CC1D
25
≤1
≤20
30~70
125~20
≥300
测试条件
T=20
=1μAT=125
=20μA
在相应的
下
反向电压
=4V
=0
f=5
=10V
f=3.5
20
±
5
125±
1.2.3调制信号幅度的确定
调制灵敏度是指单位电压所引起的最大频偏,用
表示,单位为
即
/
(1-10)
为调制信号的幅度;
为变容管的结电容变化
时引起的最大频偏。
∵回路总电容的变化量为
(1-11)
在频偏较小时,
与
的关系可采用下面近似公式,即
(1-12)
∴p↑-△f↑,
↑-△f↑
调制灵敏度
(1-13)
为回路总电容的变化量;
为静态时谐振回路的总电容,
即
(1-14)
∴C1↓-
↑-△f↑
调制灵敏度
可以由变容二极管Cj-v特性曲线
上处的斜率kc及式(1-13)计算。
越大,说明调制信号的控制作用越强,产生的频偏越大。
第2章参数的确定及元件选择
2.1LC调频振荡器的选择及电路的确定
2.1.1调频振荡器的选择
根据设计要求及技术指标,因为频率稳定度要求不是很高,故选用由晶体管组成的电容三点式的改进型电路克拉泼电路。
2.1.2电路的确定
由实验原理和设计要求确定电路如图2-1所示,
图2-1设计原理图
2.2参数的确定
2.2.1LC正弦波振荡器的选择
1)由电路形式设置静态工作点
取振荡器的静态工作点
=2mA,
4V,测得三极管的β≈67。
由式(1-3),可得:
因为,
则
为提高电路的稳定性,
的值可适当增大,取
=0.51kΩ,则
=2kΩ。
由式(1-2)得
=1.02V
取
的电流
=10
/β=(10×
2)/67=0.29mA
=
=(0.7V+1V)/0.29mA
=5.86kΩ取6.2kΩ
由式(1-1)得
即
=31.8kΩ
则
可用27kΩ电阻与47kΩ电位器串联得到,以便调整静态工作点。
2)计算主振回路元器件值
由式(1-5)得若取C1=100pF,则L1=6.2μH。
(可适当调整L1的圈数或C1的值)
电容C2、C3的反馈系数F及电路条件C1《C2,C1《C3所决定,若取C2=620PF,由反馈系数F=C2/C3=1/8~1/2,则取C3=3300pF,取耦合电容Cb=0.01μF.
2.2.2变容二极管调频电路的选择
1)设置变容管的静态工作点
已知条件给定的变容二极管的型号为2CC1D,由表(1-1)知,取变容二极管反向偏压
=4V,由此知变容管的静态电容
=60pF。
2)调频电路元器件值的确定
根据
和已知
=4V,
=9V,取R2=39kΩ,则R1=48.75kΩ。
(R1可用43kΩ电阻与47kΩ电位器串联,用以调整静态偏压
)
隔离电阻R3应远大于R1,R2,取R3=348kΩ。
由式(1-2)
为减小振荡回路高频电压对变容管的影响,应取小,但过小又会使频偏达不到指标要求。
可以先取,然后在调试。
当VQ=-4V时,对应
=60pF,
»
15pF
低频调制信号
的耦合支路电容C5及电感L2应对
提供通路,一般
的频率为几十赫兹到几千赫兹,在此取
,故取C5=4.7μF,L2=47μH(固定电感)。
高频旁路电容C6应对调制信号
呈高阻,取C6=5100pF。
2.2.3调制信号的幅度及调制灵敏度的计算
为达到最大频偏的要求,可求得调制信号的幅度
由式(1-12)得
静态时谐振回路的总电容
则回路总电容的变化量
由式1-11知变容管的结电容的最大变化量
=43.075pF
由图1-3Cj-v曲线知变容管2CC1D在VQ=–4V处的斜率
10
由式(1-9)得调制信号的幅度
=ΔCj/
=4.3075V
由式(1-10)得调制灵敏度
为
/
=50K
/4.3075V
=11.6K
/V
第3章电路调试与检测
3.1.主振频率的测试
3.1.1仿真测试:
LC振荡器的输出频率fo称为主振频率或载波频率。
用数字频率计测量回路的谐振频率fo,高频电压表测量谐振电压vo,示波器监测振荡波形。
测试电路如图3-1所示,测得频率为6.513
,C点电压为5.383V,对比技术指标中心频率fo=6.5
知符合技术要求指标,稳定后所得波形为高频正弦波,符合LC正弦波振荡器所得波形。
所测结果分别如图3-2、3-3所示:
图3-1LC正弦波振荡器电路
图3-2所测频率与电压大小
图3-3(a)LC正弦波起振到稳定波形的时域仿真波形
图3-3(b)LC正弦波振荡器稳定时的时域仿真波形
3.1.2误差分析
1)误差计算
Fo%=(6.513-6.500)
100%/6.5=0.2%
2)误差原因
电路中所接测量仪器的影响,电路参数的可调性大。
3.2.LC调频振荡器电路的测量
在LC正弦波振荡电路的基础上加变容二极管调频电路即可构成LC调频振荡电路。
原理图如图3-4所示,用此电路测得的频率为6.62
如图3-5所示,波形如图3-6所示:
图3-4LC调频振荡电路图
图3-5LC调频振荡电路所测频率大小
图3-6LC调频振荡电路时域仿真波形
3.3.频率稳定度的测量
主振频率fo的相对稳定性用频率稳定度
表示。
对于调频电路不仅要满足频偏要求,而且振荡
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- LC 调频 振荡器 通信 电子线路 课程设计