高頻課程報告--鑒頻電路設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題 目：鑒頻電路設計</p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設計能力及基本調試能力；能夠正確使用實驗

2、儀器進行電路的調試與檢測。</p><p>　　要求完成的主要任務：</p><p>　　1. 采用二極管完成一個鑒頻器的設計。</p><p>　　2. 設計FM-FM.AM變換電路并進行調試，</p><p>　　3. 輸入調頻波，觀測鑒頻器的輸入、輸出波形，</p><p>　　4. 完成課程設計報告（應包含電路

3、圖，清單、調試及設計總結）。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　1．2011年6月3日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。</p><p>　　2．2011年6月4日 至2011年6月9日完成資料查閱、設計、制作與調試；完成課程設計報告撰寫。</p

4、><p>　　3. 2011年6月10日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。</p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b><

5、;/p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　1頻率解調原理分析2</p><p><b>　　1.1理論分析2</b></p>

6、<p>　　1.2變換電路分析3</p><p><b>　　1.3包絡檢波3</b></p><p><b>　　2電路設計4</b></p><p>　　2.1變換電路設計4</p><p>　　2.2檢波器的設計4</p><p>　　2.3檢波器的

7、失真5</p><p>　　2.3.1惰性失真5</p><p>　　2.3.1底部切削失真6</p><p>　　3 FM-AM變換電路設計7</p><p>　　3.1 整體電路設計7</p><p>　　3.2載波產生電路設計7</p><p>　　3.3 乘法器設計8<

8、;/p><p>　　3.4 電壓跟隨器設計9</p><p>　　4 電路實現與測試10</p><p>　　4.1 實物制作10</p><p>　　4.2 電路測試12</p><p>　　4.2.1 FM—AM波形測量12</p><p>　　4.2.2鑒頻波形測量13</p

9、><p>　　4.2.3鑒頻特性曲線14</p><p><b>　　5 總結15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>　　附錄1總體電路圖17</p><p>　　附錄2 PCB制版圖18</p><p>

10、　　附錄3 元件清單19</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　調制解調是通信系統(tǒng)中重要組成部分。調頻信號（FM）更是具有良好好抗噪性能，因而在通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。鑒頻電路是調頻信號解調的重要部分。鑒頻有很多方法，本設計采用調諧回路實現FM信號到FM—AM信號的變化，再利用二極管包絡檢波器實現調頻信號的解調。本設計實現二極管鑒頻器，具

11、有良好的鑒頻效果，輸出波形失真度小。二極管鑒頻器具有線路簡單，調試方便，線性度好等優(yōu)點。</p><p>　　關鍵詞：FM、檢波器、解調 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Modulator and demodulator Modem is an important

12、part of communication systems. Frequency modulation signal (FM) with good noise immunity has been widely used in the communication system. Frequency Identification circuit is an important part of the Frequency modulation

13、 signal demodulation. There are many ways to achieve Identification. Frequency modulation tuner circuit signal to FM-AM signal changes, re-use the diode envelope detector to achieve Frequency modulation signal demodulati

14、on. The Desi</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　在無線電中，角度調制是一種重要方式，它包括頻率調制和相位調制。頻率調制又稱調頻（FM），它是使高頻振蕩信號的頻率按調制信號的規(guī)律變化（瞬時頻率變化的大小與調制信號成線性關系），而振幅保持恒定的一種調制方式。角度調制屬于頻譜非線性搬移電路，即已調信號的頻譜結構不再保持原調制信號的頻譜

15、的內部機構，且調制信號后的信號帶寬比原調制信號帶寬大得多。雖然角度調制信號的頻帶利用率不高，但其抗干擾和噪聲的能力特別強，故該調制模式得到了廣泛的應用。</p><p>　　解調是調制的逆過程。調制方式不同，解調方法也不一樣。與調制的分類相對應，解調可分為正弦波解調（有時也稱為連續(xù)波解調）和脈沖波解調。正弦波解調還可再分為幅度解調、頻率解調和相位解調，此外還有一些變種如單邊帶信號解調、殘留邊帶信號解調等。同樣，脈

16、沖波解調也可分為脈沖幅度解調、脈沖相位解調、脈沖寬度解調和脈沖編碼解調等。對于多重調制需要配以多重解調。</p><p>　　鑒頻器是輸出電壓和輸入信號頻率相對應的電路。按用途可分為兩類。第一類用于調頻信號的解調。常見的有斜率鑒頻器、相位鑒頻器、比例鑒頻器等，對這類電路的要求主要是非線性失真小，噪聲門限低。第二類用于頻率誤差測量，如用在自動頻率控制環(huán)路中產生誤差信號的鑒頻器。對這類電路的零點漂移限制較嚴，對非線性

17、失真和噪聲門限則要求不高。</p><p><b>　　1頻率解調原理分析</b></p><p><b>　　1.1理論分析</b></p><p>　　角調波的解調就是從角調波中恢復原調制信號的過程。調頻波的解調電路稱為頻率檢波器或鑒頻器。鑒頻器的功能是將輸入調頻波的瞬時頻率變換為相應的解調輸出電壓。具有如圖所示的傳輸

18、特性。</p><p>　　對于鑒頻器，要求線性范圍寬，線性度要好，實際電路鑒頻特性都有一定的限制。</p><p>　　鑒頻器的另一個要求是鑒頻跨導要大，鑒頻跨導就是鑒頻特性在載頻處的斜率，它表示的是單位頻偏所能產生的解調輸出電壓。鑒頻跨導又叫鑒頻靈敏度。</p><p>　　[1] (1.1)</p&g

19、t;<p>　　FM信號解調有多種方法，主要由直接鑒頻法和間接鑒頻法。直接鑒頻的原理框圖如圖1.1所示：包括變換電路與包絡檢波兩部分。通過變換電路將等幅的調頻信號（FM）變換為振幅也隨瞬時頻率變化、既調頻又調幅的FM—AM波。再通過包絡檢波器就可以實現FM信號的解調，得到調制信號。</p><p>　　圖 1.1 鑒頻框圖 </p><p><b>　　1.2變換電

20、路分析</b></p><p>　　變化電路要實現FM到FM-AM波的變換功能?？梢允褂弥苯游⒎址ㄔO調制信號為，則調頻波為：</p><p>　　[1] (1.2)</p><p><b>　　對該式直接微分可得</b></p><p><b>　　(1.3)</b

21、></p><p>　　電壓u的振幅與瞬時頻率成正比。因此，上式就是FM—AM波。由于遠大于頻偏，包絡不會出現負值。經過包絡檢波器檢波后就可以得到原調制信號。以上過程說明，只要將調頻波直接微分，就可以很方便的用包絡檢波器實現鑒頻。微分器的功能也可以有其他具有線性幅頻特性的網絡代替，可以用帶通網絡利用單調諧回路實現波形變化。</p><p><b>　　1.3包絡檢波<

22、/b></p><p>　　包絡檢波是指解調器輸出電壓與輸入已調波的包絡成正比的檢波方法[2]。由于AM信號的包絡與調制信號成線性關系，因此檢波只適用于AM波。原理框圖如圖1.2所示。由非線性器件和低通率組成，包絡檢波最常用的是二極管包絡檢波器。</p><p>　　圖 1.2 包絡檢波框圖</p><p><b>　　2電路設計</b>

23、</p><p><b>　　2.1變換電路設計</b></p><p>　　變換電路采用調諧回路實現頻率幅值的變換?；芈返闹C振頻率高于FM波的載頻，并盡量利用幅頻特性的傾斜部分。當頻率大于載頻時回路兩端的電壓大，當頻率小于載頻時回路兩端電壓小，形成FM—AM波形。電路如圖2.1所示，由變壓器和電容組成，變壓器與電容組成LC調諧回路。同時變壓器可以實現阻抗匹配。<

24、;/p><p>　　電路的參數可以根據調諧回路的諧振計算公式確定。單級調諧回路的諧振頻率由下式決定。即可確定電容值的大小。</p><p>　　[3] (2.4)</p><p>　　圖 2.1 FM—AM變換電路圖</p><p><b>　　2.2檢波器的設計</b>

25、</p><p>　　由于二極管檢波器電路簡單線性度好，采用二極管檢波可以獲得良好的檢波效果。二極管檢波器由二極管整流和低通濾波兩部分組成，電路如圖2.2所示。二極管具有單向導通性，可以將交流信號整成直流。RC電路作為檢波器的負載在兩端產生調制頻率電壓，同時啟動低通濾波的效果。</p><p>　　由于二極管具有導通電壓，所以需要工作在大信號條件下。二極管通常選用導通電壓小、導通電阻小的鍺

26、管。本設計采用5819鍺管實現信號的整流輸出。后級采用RC低通濾波，濾掉高頻成分。RC的值由調制信號頻率決定。 </p><p>　　圖 2.2 二極管解調電路圖</p><p><b>　　2.3檢波器的失真</b></p><p><b>　　2.3.1惰性失真</b></p><p>　　在二

27、極管截止期間，電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時間常數。如果RC時間常數過大，則下降速度很慢，會使得輸入電壓的下一個正峰值來到時仍然小于，輸入AM信號包絡下降速度小于電容兩端電壓下降速度。因而，檢波器輸出電壓按照RC放電規(guī)律變化，形成如圖所示的波形，這種失真成為惰性失真。</p><p>　　為了避免惰性失真，必須在任何一個高頻周期內，使電容C通過R放電的速度大于或等于包絡的下降速度。</p>

28、<p><b>　　(2.5)</b></p><p>　　輸入為AM信號，則可以得到包絡變化的速度</p><p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　二極管停止導通的瞬間，電容兩端電壓近似為輸入電壓包絡值，則根據上式可以得到</p><p><b>　　(2.

29、7)</b></p><p>　　從而可以得到無惰性失真的檢驗公式:</p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　2.3.1底部切削失真</p><p>　　底部切削失真又叫做負峰切削失真。產生這種失真后，輸出電壓的波形如圖所示。這種失真是由于檢波器的交直流負載不同引起的。為了避免底部

30、切削失真應該滿足</p><p><b>　　(2.9)</b></p><p>　　即可得到無失真的檢驗條件</p><p><b>　　(2.10)</b></p><p>　　工程上減小檢波器交直流負載的差別有兩種措施：一是在檢波器與低放之間插入高輸入阻抗的射極跟隨器，二是將R分成R1和R2，

31、R=R1+R2。</p><p>　　3 FM-AM變換電路設計</p><p>　　3.1 整體電路設計</p><p>　　FM是調頻信號，載波的頻率與調制信號的電壓成線性關系，而AM是調幅信號，載波的幅值與調制信號的電壓成線性關系。FM抗干擾性強但是占用帶寬大，而AM信號抗干擾性弱一些，但是占用帶寬僅為信號帶寬的兩倍。</p><p>

32、　　要完成FM—AM調制信號的變化，主要有FM信號解調以及AM信號調制兩部分組成。通過鑒頻電路實現FM信號解調獲取調制信號，再將調制信號加上一定的直流偏量，送入乘法器與載波相乘，即可輸出AM調制信號，完成FM到AM的變換。原理框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖 3.1 FM-AM變換框圖</p><p>　　鑒頻電路采用二極管鑒頻器，具有線性范圍寬等優(yōu)點。由FM經過鑒頻電路得到調

33、制信號后，將調制信號通過加法器加上一定的直流偏量，再用模擬乘法器將載波與加法器輸出信號相乘即可得到調幅信號(AM)。即可完成FM到AM的轉換。</p><p>　　3.2載波產生電路設計</p><p>　　載波產生采用三極管RC振蕩電路主要由三極管放大電路，RC選頻網絡。主要有相移式和橋式兩種。RC移相式振蕩器，具有電路簡單，經濟方便等優(yōu)點，但選頻作用較差，頻率調節(jié)不便，因此一般用于頻率

34、固定場合。其振蕩頻率是由電容和電阻決定。 </p><p>　　[5] (3.1)</p><p>　　由頻率計算公式可以得到相應的電容電阻的值得到了如圖3.2所示的載波振蕩電路。其中三極管采用高頻管9014電容采用102，電阻采用變阻器實現頻率的調節(jié)。</p><p>　　圖 3.2 載頻電路</p&

35、gt;<p><b>　　3.3 乘法器設計</b></p><p>　　乘法電路是整個電路的核心部分，需要乘法器具有較好的線性度與較大的動態(tài)范圍同時有良好的頻率相應[6]。本設計采用模擬乘法器MC1496集成電路實現乘法功能。MC1496內部結果如圖3.3所示，MC1496的電源電壓為12～6V,最大功耗=0.033W,載波抑制50dB,載波饋40uA,輸入偏置電流12uA,

36、輸入失調電流0.7uA,信號通道電壓增益3.5V/V,信號通道共模輸入電壓范圍5V(p-p)。具有良好的性能。MC1496的基本配置電路如圖3.4所示。</p><p>　　圖 3.3 模擬乘法器</p><p>　　3.4 電壓跟隨器設計</p><p>　　由于乘法器MC1496的輸入阻抗很小，實際輸入信號衰減很厲害。本設計采用電壓跟隨器實現電路前后級的阻抗匹配

37、。電壓跟隨器采用ADI的通用運放OP07實現同相跟隨，同相跟隨具有很高的輸入電阻，較小的輸出電阻，實現了前后級阻抗匹配。OP07具有低噪聲，高電壓等特點，具有較好的性能。電路如圖3.4所示。在電路設計中，為了提高性能，降低電路的噪聲給系統(tǒng)，在OP07的正負電源分別加上了0.1uF的去耦電容，慮除電源紋波。</p><p>　　圖 3.5 電壓跟隨器</p><p><b>　　4

38、 電路實現與測試</b></p><p><b>　　4.1 實物制作</b></p><p>　　根據前述電路設計，由AltuimDesigner繪制原理圖(附錄1)，再由原理圖生成PCB，經過布局布線后得到繪制好的PCB制版圖。在布局布線中要注意留出測試端，方便調試。在PCB布線時，要主要走線，防止干擾。合理的加上去耦電容等放干擾措施。最后給PCB鋪地

39、，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾能力。</p><p>　　圖4.1 PCB制版圖</p><p>　　再由手工實現銅板腐蝕得到所需電路。在腐蝕好的PCB上焊接元件，即可完成實物制作。焊接要注意，應該優(yōu)先焊貼片元件和耐高溫的電阻電容，以防其他芯片過熱損毀。焊接時要尤其注意不要虛焊，不然調式時查找錯誤特別難。焊接的實物圖片如圖4.1所示。</p><p>　　圖 4.2 實

40、物圖 </p><p><b>　　4.2 電路測試</b></p><p>　　4.2.1 FM—AM波形測量</p><p>　　由函數發(fā)生器發(fā)生中心頻率為1M，頻偏100K調制信號頻率為200HZ的調頻波。經過FM到FM—AM變化電路，由示波器對輸出波形就行測試，測試波形如圖所示4.2。由圖可知輸出為FM—AM波?？梢赃m當的調整頻偏適當電

41、路工作在線性區(qū)。</p><p>　　圖 4.3 FM—AM波形 </p><p>　　4.2.2鑒頻波形測量</p><p>　　由函數發(fā)生器發(fā)生中心頻率為1M，頻偏100K調制信號頻率為200HZ的調頻波。經過鑒頻電路，由示波器對輸出波形就行測試，測試波形如圖4.3所示。由圖可以看出輸出200HZ的正弦信號，即為調制信號。改變調制信號頻率，輸出正弦波的頻率相應變

42、化。實現了FM信號的解調。觀察波形適當調整濾波電阻，使得輸出波形無高頻諧波分量。</p><p>　　圖 4.4 解調波形</p><p>　　4.2.3鑒頻特性曲線</p><p>　　由函數發(fā)生器發(fā)生中心頻率為1M，頻偏100K的調頻波，改變輸入頻率。經過鑒頻電路，測量輸出信號的幅值。由表中的數據可以看出該鑒頻電路具有在線性鑒頻特性。</p>&l

43、t;p><b>　　表4.1</b></p><p><b>　　5 總結</b></p><p>　　設計過程中首先要充分理解相關概念與基本原理。在設計電路時要考慮到實際情況，尤其是在參數確定時需要選用標稱值。在電路的布局布線時要為調時和測試做好設計，留出相應的測試點。在實物制作時不要出現錯焊，虛焊等現象。調試時要注意信號的輸入幅值，電源

44、電壓等關鍵參數，以免燒毀芯片。調試時出現問題，一定要結合原理查找原因。</p><p>　　經過這次課程設計的制作，使我加深了對高頻知識的理解。深入的理解了頻率調制解調的基本原理和實現方法。設計制作中，我遇到了許多實際的問題,也體會到了書本理論和實際操作的差異。通過這段時間的實踐，也使我對這門課產生了更加濃厚的興趣,更加體會到理論與實踐結合的重要性。。在摸索該如何設計系統(tǒng)使之實現所需功能的過程中，培養(yǎng)了我的設計思

45、維，增加了實際操作能力。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 曾興雯.劉乃安.高頻電路原理與分析.西安電子科技大學出版社.2006.8</p><p>　　[2] 張肅文. C高頻電子線路.北京：高等教育出版社.1984 </p><p>　　[3] 徐國華.電子技能實訓教程.北京

46、:北京航空航天大學出版社,2006</p><p>　　[4] 謝自美.電子線路設計.第三版.武漢:華中科技大學出版社,2006</p><p>　　[5] 吳友宇.模擬電子技術基礎.清華大學出版社.2009.</p><p>　　[6] 楊霓清.高頻電子線路實驗及綜合設計.機械工業(yè)出版社.2009.</p><p><b>　　附