fm调频设计》
课程设计报告。
题目： fm调频设计
专业： 电子信息工程
班级： 电信（1）班
姓名。指导教师。
成绩。电气工程系。
201年月日。
课程设计任务书。
摘要。高频电子线路系统地介绍了通信系统，特别是无线通信系统中的最基本电路及它们的功能， 给出了定性及定量分析这些电路性能的方法这些电路包括了发射机及接收机中的选频放大电路﹑混频电路﹑功放电路﹑振荡电路﹑调制及解调电路﹑锁相环电路﹑自动增益控制电路及频率合成电路。本课程的基本知识教学目标与能力目标是：
通过理论和实践缴械，是学生了解调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面，通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。另一方面，通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时，它还和传输效率有关。
掌握高频单元电路的线性组成，基本工作原理，分析方法，技术要求及一些典型集成电路的实际运用，并且具备一定的理论水平和足够的实践技能，以及使用先进**软件的能力，为进一步学习，掌握电子，通讯技术的专业技能打下基础。
目录。1方案选择：
产生调频信号的电路叫做调频器，对他有4个主要的要求：
1 已调波的瞬时频率与调制信号成比例变化。
2 未调制时的载波频率即已调波的中心频率具有一定的稳定度。
3 最大频偏与调制频率无关。
4 无寄生调幅或寄生调幅尽量小。
产生调频的方法主要归纳为两类：
1 用调制信号直接控制载波的瞬时频率——直接调频。
2先将调制信号积分，然后对载波进行调相，结果得到调频波——间接调频。
变容二极管调频的主要优点是能够获得较大的频移（相对于间接调频而言），线路简单，并且几乎不需要调制功率，其主要缺点是中心频率的稳定度低。
在满足设计的各项参数的基础上尽量简化电路。因此本次课程设计采用2cc1c变容二极管进行直接调频电路设计。
2调频电路设计原理分析。
2.1 fm调制原理：
fm调制是靠信号使频率发生变化，振幅可保持一定，所以噪声成分易消除。
设载波，调制波。
或，此时的频率偏移量△f为最大频率偏移。
最后得到的被调制波， v m 随vs的变化而变化。
为调制系数。
2.2 变容二极管直接频率调制的原理：
变容二极管是利用半导体pn结的结电容随反向电压变化这一特性制成的一种半导体二极管，它是一种电压控制可变电抗元件，它的结电容cj与反向电压vr存在如下关系：
式中，vd为pn结的势垒电压（内建电势差），cj0为vr为0时的结电容，γ为系数，它的值随半导体的掺杂浓度和pn结的结构不同而异：对于缓变结，γ=1/3；突变结：γ=1/2;对于超突变结，γ=1~4，最大可达6以上。
图2.1 变容二极管的cj-v特性曲线。
变容二极管的cj-v特性曲线如图2.1所示。
加到变容二极管上的反向电压包括直流偏压v0和调制信号电压vω(t)=vωcosωt，即。
结电容在vr(t)的控制下随时间的变化而变化。把受到调制信号控制的变容二级管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡回路的频率已收到调制信号的控制。适当选择调频二极管的特性和工作状态，这样就实现了调频。
设电路工作**性调制状态，在静态工作点q处，曲线的斜率为。
2.3三极管的参数。
3 单元电路设计分析。
3.1 lc振荡电路。
本电路采用常见的电容三点式**电路实现lc振荡，如图3.1，简便易行，变容二极管电容作为组成lc振荡电路的一部分，电容值会随加在其两端的电压的变化而变化，从而达到了变频的目的。
rc，re，rb1，rb2设置lc**电路的静态工作点，l1，c1构成lc**电路，cc,dc接入lc振荡电路改变振荡频率构成调频电路。r1、r2、r3提供变容二极管工作所需的直流偏置。信号vω从c5接入，电感l2是一低通线圈，可以过滤掉信号的高频部分。
图3.2为调频电路的交流等效电路。变容二极管的接入方式为部分接入，如果去掉与之串联的cc则为全部接入。
图3.1 调频信号产生电路。
图3.2 三点式振荡电路。
3.2 调制灵敏度。
单位调制电压所引起的最大频偏称为调制灵敏度，以sf表示，单位为 khz/v，即。
vωm为调制信号的幅度；△fm为变容管的结电容变化△cj时引起的最大频偏。∵回路总电容的变化量为。
在频偏较小时，△fm与△c∑的关系可采用下面近似公式，即。
p↑ △f ↑ cj↑ △f ↑。
调制灵敏度式中，△c∑为回路总电容的变化。
量；cq∑为静态时谐振回路的总电容， 即。
c1↓sf↑ △f↑
调制灵敏度sf可以由变容二极管cj-v 特性曲线上vq处的斜率kc计算。sf越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。 改变cc的值可以使变容二极管的工作点调节到最佳状态。
3.3 增加稳定度的措施：
1、 **回路参数lc
显然lc如有变化，必然引起**频率的变化，影响lc飞变化的因素有：元件的机械变形，周围温度变化的影响，适度，气压的变化，因此为了维持lc的数值不变，首先就应选取标准性高的，不易发生机械变形的元件；其次，应尽量维持振荡器的环境温度的恒定，因为当温度变化时，不仅会使lc的数值发生变化，而且会引起电子器件的参数变化，因此高稳定度的振荡器可以封闭在恒温箱（杜瓦瓶）内，lc采用温度系数低的材料制成。
2、 温度补偿法。
使l与c的变化量与△l与△c的变化量相互抵消以维持恒定的**频率，其原理如下：
若回路的损耗电阻r很小，即q值很高，则振荡频率可以近似的用回路的固有频率f0来表示。
由于外界因素的影响，使lc产生微小的变量△l、△c，因而引起振荡频率的变化为。
若选用合适的负温度系数的电容器 （电感线圈的温度系数恒为正值）， 使得△c/c与△l/l互相抵消，则△f可减为零。这就是温度补偿法。
3、 回路电阻。
r的大小是由振荡器的负载决定的，负载重时，r大，负载轻时r小，当负载变化时，振荡频率也随之变化。为了减小r的影响尽量使负载小且稳定，r越小，回路的q值越高，频率的稳定度也越高，4、 加缓冲级。
为了减弱后级电路对主振器的影响，可在主振器后面加入缓冲级。所谓缓冲级，就是实际上是一级不需要推动功率的放大器（工作于甲类）。
5、 有源器件的参数。
晶体管为有源器件时，若他的工作状态（电源电压或周围温度等）有所改变，则晶体管的h参数会发生变化，即引起振荡频率的改变。为了维持晶体管的参数不变，应该采用稳压电源，和恒温措施。
6、 采用高稳定度lc振荡电路。
例如采用克拉泼电路如图3.2所示：
c1>>c3,c2>>c3,cb为基极耦合电容，c3为可变电容，他的作用是把l与c1，c2分隔开，使反馈系数仅取决于c1，c2的比值，振荡频率基本上由l和c3决定。这样，c3就减弱了晶体管与振荡电路之间的耦合，使折算到回路内的有源器件的参数减小，提高了频率的稳定度，另一方面，不稳定电容（如分布电容）则与c1，c2并联，基本上不影响**频率。c3越小，则频率的稳定度越好，但起振也就越困难。
因此c3也不能无限制的减小。
3.4 高频功率放大器设计。
晶体管t1与高频变压器tr1组成宽带功率放大器，晶体管t2与选频网络l2、c2组成丙类谐振功率放器。
晶体管t1与rb1、rb2、re1、rf组成的宽带功率放大器工作在甲类状态。其特点是：晶体管工作**性放大区。其静态工作点的计算方法与低频电路相同。
宽带功率放大器集电极的输出功率pc为：
pc= ph / t
式中，ph为输出负载上的实际功率；t为变压器的传输效率，一般t = 0.75~0.85。
图3.3 高频功率放大器的设计。
集电极的输出功率pc的表达式为。
式中，r'h 为集电极等效负载电阻；vcm为集电极交流电压的振幅，其表达式为。
与电压放大器不同的是，功放应有一定的功率增益，对于图３.３所示电路，宽带功放要为下一级丙类功放提供一定的激励功率，必须将前级输入的信号进行功率放大，功率增益为。
ap=pc /pi
式中pi为功放的输入功率，它与功放的输入电压vim及输入电阻ri的关系为。
集电极基波电压的振幅。
式中，ic1m为集电极基波电流的振幅：rp为集电极负载阻抗。
丙类功放的基极偏置电压–vbe是利用发射极电流的直流分量ie0(ie0 ic0)在射极电阻re2上产生的压降来提供的，故称为自给偏压电路。
当放大器的输入信号vi为正弦波时，集电极的输出电流ic为余弦脉冲波。利用谐振回路l2c2的选频作用可输出基波谐振电压vc1、电流ic1。
图3.4 宽带功放的负载特性。
为获得最大不失真输出功率，静态工作点q应选在交流负载线ab的中点。
集电极输出功率。
直流电源vcc供给的直流功率。
式中，ic0 为集电极电流脉冲 ic 的直流分量。电流脉冲ic 经傅立叶级数分解，可得峰值icm与分解系数n(θ)的关系式。
分解系数n(θ)与θ的关系如图３.５所示。
图3.5 分解系数n(θ)与θ的关系。
2（θ）的值，在θ= 60o 时最大，即二次谐波的电流脉冲 icm2 为最大值，而且效率η也比较高。
图3.6 功放管输入电压vbe与集电极。
电流脉冲ic的波形关系。
由图可得：当输入电压vbe大于导通电压vj时，晶体管导通，并工作在放大状态，则基极电流脉冲ibm与集电极电流脉icm成线性关系，即满足。
1)功放的功率增益。
或。如图３.３所示，丙类功放的输出回路采用变压器耦合方式。其作用一是实现阻抗匹配，将集电极的输出功率送至负载；二是与谐振回路配合，滤除谐波分量。
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