頻率調(diào)制電路的設(shè)計與制作

劉柳

摘要：本文在西勒振蕩器的電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，加以變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路，產(chǎn)生頻率fc為4MHz的載波信號。此外，調(diào)制信號為1kHz的正弦波。文中介紹了如何根據(jù)有關(guān)參數(shù)設(shè)計頻率調(diào)制電路并運用Multisim軟件進(jìn)行了相關(guān)仿真.

關(guān)鍵詞：西勒振蕩器；頻率調(diào)制電路；變?nèi)荻O管

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）17-0207-02

The Design and Manufacture of Frequency Modulation Circuit

LIU Liu

（College of Information Engineering， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621000，China）

Abstract：In this paper， in the west on the basis of oscillator circuit structure， varactor direct frequency modulation circuit， fc to 4 MHZ frequency carrier signal. In addition， the modulation signal is 1 KHZ sine wave. This paper introduces how to design in accordance with the relevant parameters of frequency modulation circuit and related use Multisim software simulation.

Key words： syracuse oscillator； frequency modulation circuit； varactor.

在高頻電子線路以及模擬電路課程中，我們了解到典型的正弦波振蕩器有電感、電容反饋式三端振蕩器以及改進(jìn)型的電容反饋式振蕩器（克拉波電路和西勒電路）等等。其中，西勒電路具有頻率穩(wěn)定性高、振幅穩(wěn)定、調(diào)頻方便等優(yōu)點。于是本文采用了西勒電路，設(shè)計了相應(yīng)的頻率調(diào)制電路。

1設(shè)計原理

1.1變?nèi)荻O管工作原理及特性

變?nèi)荻O管實際上是一個電壓控制的可變電容元件。它是一個單向?qū)щ娖骷诜聪蚱脮r，它始終工作于截止區(qū)，反向電流極小，PN結(jié)呈現(xiàn)一個與反向偏置 電壓u有關(guān)的結(jié)電容Cj。Cj與u關(guān)系是非線性的，故變?nèi)荻O管的電容式非線性電容。

變?nèi)荻O管的結(jié)電容與反向偏置電壓u的關(guān)系為 ，UB為PN結(jié)的內(nèi)建電壓差（鍺管0.2V，硅管0.6V）；u為外加電壓；Cj（0）為u=0時的結(jié)電容；n為變?nèi)菹禂?shù)。變?nèi)荻O管電容隨外加反向電壓u變化的曲線如下圖1所示：

1.2西勒振蕩器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理

如圖2所示：西勒振蕩器是改進(jìn)型電容三點式振蕩器。在西勒振蕩器中，取電容C3C1、C3C2，晶體管ce和be端與回路接入系數(shù)分別為，同理這樣使得與C1、C2并聯(lián)的晶體管的輸入輸出電容對振蕩頻率的影響減小，從而使得振蕩器的頻率穩(wěn)定度得到提高；C4與電感并聯(lián)，通過調(diào)整C4只改變頻率不改變晶體管的接入系數(shù)，因而波段內(nèi)輸出的波形幅度比較穩(wěn)定。振蕩器振蕩頻率f0 =1/1/（C1、C2和C3串聯(lián)再和C4并聯(lián)）。

（a）西勒振蕩器 （b）交流等效電路

1.3 變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路

圖3 變?nèi)荻O管部分接入回路 圖4 三極管靜態(tài)直流偏置

如圖3所示：直接調(diào)頻指利用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其按照調(diào)制信號的變化規(guī)律變化。變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路可以直接在西勒振蕩器基礎(chǔ)上將C4替換為變?nèi)荻O管，使得變?nèi)荻O管電容成為回路電容的一部分。此次設(shè)計中采用的是變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路（變?nèi)荻O管需加合適的直流偏置VQ）。用調(diào)制信號來控制變?nèi)荻O管的電容值，使得振蕩器輸出信號的頻率隨著調(diào)制信號的變化而改變，從而實現(xiàn)直接調(diào)頻功能。

2詳細(xì)設(shè)計步驟

2.1三極管靜態(tài)工作點設(shè)置

為使三極管工作在放大區(qū)，所需外部條件是外加直流電壓使三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，若三極管為NPN管則Vc>Vb>Ve。當(dāng)ICQ取大一些可以使振蕩幅度增加，但波形失真嚴(yán)重，頻率穩(wěn)定性差；一般取ICQ為1—4mA，可取ICQ1.8mA，VCEQ4.7V，則R3+R44KΩ，故可取R3=2KΩ，R4=2KΩ；為使靜態(tài)工作點可調(diào)，于是選取一個20K的滑動變阻器R1，R2=5.1KΩ。電路如圖4所示。

2.2振蕩回路參數(shù)的設(shè)置

采用電容三點式振蕩，根據(jù)西勒振蕩器的要求電容C3C1、C3C2，可取C3=100pF，C1=500pF， C2=1000pF；振蕩器振蕩頻率fc =1/1/（C1、C2和C3串聯(lián)再和C4并聯(lián)）；電感一般取小電感，可取L=5uH；又因為要求振蕩頻率fc=4MHz，則由計算公式知C3+C4300P，故取C4=200pF。電路圖如下圖5所示：

2.3變?nèi)荻O管部分接入振蕩回路

如圖6所示：變?nèi)荻O管和一個電容串聯(lián)代替C4接入振蕩回路，為了保證變?nèi)荻O管在調(diào)制過程中保持反偏工作，需要給它加合適的直流反向偏置電壓。在為接入調(diào)制信號時，電路就是一個振蕩器，改變變?nèi)荻O管的反向偏置電壓，使其容值改變，進(jìn)而輸出的振蕩頻率改變。圖7為加入調(diào)制信號直接調(diào)頻時的連線圖。

3 設(shè)計結(jié)果及分析

3.1 根據(jù)選定的參數(shù)，用Multisim仿真的結(jié)果

3.2 實際電路焊接時所用元器件

三極管9014一個；變?nèi)荻O管一個；20KΩ可變電阻器兩個；2KΩ電阻兩個；5.1KΩ電阻一個；10KΩ電阻一個；0.1uF電容三個； 500pF電容兩個；100pF電容一個；1000pF電容一個；0.1mH電感一個，5uH電感一個。

焊接出來的實際電路當(dāng)改變變?nèi)荻O管反向偏置電壓時，振蕩電路振蕩頻率在4.9MHz-5.3MHz之間，接入1KHz的調(diào)制信號能實現(xiàn)調(diào)頻功能；然后改進(jìn)在電容C3兩端并上一個10-60pF的可變電容和一個100p的固定電容，使振蕩頻率降低到了4.4MHz左右，也能實現(xiàn)調(diào)頻功能。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合所學(xué)知識，詳細(xì)介紹了頻率調(diào)制電路的設(shè)計，該電路具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、易操作的特點，也是構(gòu)成其他復(fù)雜頻率調(diào)制電路的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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