調(diào)頻電路具有抗干擾性能強、聲音清晰等優(yōu)點，獲得了快速的發(fā)展。主要應(yīng)用于調(diào)頻廣播、廣播電視、通信及遙控。調(diào)頻電臺的頻帶通常大約是200～250kHz，其頻帶寬度是調(diào)幅電臺的數(shù)十倍，便于傳送高保真立體聲信號。由于調(diào)幅波受到頻帶寬度的限制，在接收機中存在著通帶寬度與干擾的矛盾，因此音頻信號的頻率局限于30～8000Hz的范圍內(nèi)。在調(diào)頻時，可以將音頻信號的頻率范圍擴大至30～15000Hz，使音頻信號的頻譜分量更為豐富，聲音質(zhì)量大為提高。

變?nèi)?a target="_blank">二極管調(diào)頻電路是一種常用的直接調(diào)頻電路，廣泛應(yīng)用于移動通信和自動頻率微調(diào)系統(tǒng)。其優(yōu)點是工作頻率高，固有損耗小且線路簡單，能獲得較大的頻偏，其缺點是中心頻率穩(wěn)定度較低。較之中頻調(diào)制和倍頻方法，這種方法的電路簡單、性能良好、副波少、維修方便，是一種較先進的頻率調(diào)制方案。

本課題載波由LC電容反饋三端振蕩器組成主振回路，振蕩頻率有電路電感和電容決定，當受調(diào)制信號控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率受調(diào)制信號的控制，從而實現(xiàn)調(diào)頻。

1、方案選擇

變?nèi)荻O管調(diào)頻方式有兩種：間接調(diào)頻和直接調(diào)頻。

（1）間接調(diào)頻

先將調(diào)制信號進行積分處理，然后用它控制載波的瞬時相位變化，從而實現(xiàn)間接控制載波的瞬時頻率變化的方法，稱為間接調(diào)頻法。

根據(jù)前述調(diào)頻與調(diào)相波之間的關(guān)系可知，調(diào)頻波可看成將調(diào)制信號積分后的調(diào)相波。 這樣，調(diào)相輸出的信號相對積分后的調(diào)制信號而言是調(diào)相波，但對原調(diào)制信號而言則為調(diào)頻波。這種實現(xiàn)調(diào)相的電路獨立于高頻載波振蕩器以外，所以這種調(diào)頻波突出的優(yōu)點是載波中心頻率的穩(wěn)定性可以做得較高，但可能得到的最大頻偏較小。

（2）直接調(diào)頻

用調(diào)制信號直接控制振蕩器的瞬時頻率變化的方法稱為直接調(diào)頻法。如果受控振蕩器是產(chǎn)生正弦波的 LC 振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。將受到調(diào)制信號控制的可變電抗與諧振回路連接，就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，實現(xiàn)直接調(diào)頻。

可變電抗器件的種類很多，其中應(yīng)用最廣的是變?nèi)荻O管。作為電壓控制的可變電容元件，它有工作頻率高、損耗小和使用方便等優(yōu)點。具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電流控制的可變電感元件。此外，由場效應(yīng)管或其它有源器件組成的電抗管電路，可以等效為可控電容或可控電感。

直接調(diào)頻法原理簡單，頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。在正弦振蕩器中，若使可控電抗器連接于晶體振蕩器中，可以提高頻率穩(wěn)定度，但頻偏減小。

在滿足設(shè)計的各項參數(shù)的基礎(chǔ)上盡量簡化電路。因此本次課程設(shè)計采用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻設(shè)計電路。

2、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻原理

變?nèi)荻O管調(diào)頻電路是有主振電路和調(diào)頻電路構(gòu)成，如變?nèi)荻O管調(diào)頻仿真圖，T

為振蕩管，3C、4C、5C、1L為主振回路，D2為變?nèi)荻O管，Cc為耦合電容隔離直流，

6C為高頻濾波電容，7C為耦合電容，1C為旁路電容。6R、8R為變?nèi)荻O管提供一個靜態(tài)反偏電壓，7R為隔離電阻，1R、2R、4R、5R給三極管提供一個合適靜態(tài)工作點。

設(shè)調(diào)制信號為?u（t）=mu?cos?t，加在二極管上的反向直流偏壓為QV，QV的取值應(yīng)保證在未加調(diào)制信號時振蕩器的振蕩頻率等于要求的載波頻率，同時還應(yīng)保證在調(diào)制信號?u（t）的變化范圍內(nèi)保持變?nèi)荻O管在反向電壓下工作。加在變?nèi)荻O管上的控制電壓為

ru（t）=QV+mu?cos?t 式（2-1）

根據(jù)式（3-1）可得，相應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容變化規(guī)律為

（1）當調(diào)制信號電壓?u（t）=0時，即為載波狀態(tài)。此時ru（t）=QV，對應(yīng)的變?nèi)荻O管結(jié)電容為jQC，其中

CQ為靜態(tài)工作點所對應(yīng)的變?nèi)荻O管節(jié)電壓。

當有調(diào)制時，諧振回路的總電容為：

由變?nèi)荻O管部分接入振蕩器振蕩回路的等效電路。調(diào)頻特性取決于回路的總電容C?，而C?可以看成一個等效的變?nèi)荻O管， C?隨調(diào)制電壓?u（t）的變化規(guī)律不僅決定于變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj隨調(diào)制電壓?u（t）的變化，而且還與C1和C2的大小有關(guān)。因為變?nèi)荻O管部分接人振蕩回路，其中心頻率穩(wěn)定度比全部接入振蕩回路要高，但其最大頻偏要減小。

3、變?nèi)荻O管直接調(diào)頻

3.1 變?nèi)荻O管工作原理

變?nèi)荻O管又稱可變電抗二極管“。是一種利用PN結(jié)電容（勢壘電容）與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。所用材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。變?nèi)荻O管具有與襯底材料電阻率有關(guān)的串聯(lián)電阻。主要參量是：零偏結(jié)電容、零偏壓優(yōu)值、反向擊穿電壓、中心反向偏壓、標稱電容、電容變化范圍（以皮法為單位）以及截止頻率等，對于不同用途，應(yīng)選用不同C和Vr特性的變?nèi)荻O管，如有專用于諧振電路調(diào)諧的電調(diào)變?nèi)荻O管、適用于參放的參放變?nèi)荻O管以及用于固體功率源中倍頻、移相的功率階躍變?nèi)荻O管等。

變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓大小而變化的原理設(shè)計的一種二極管。它的極間結(jié)構(gòu)、伏安特性與一般檢波二極管沒有多大差別。不同的是在加反向偏壓時，變?nèi)荻艹尸F(xiàn)較大的結(jié)電容。這個結(jié)電容的大小能靈敏地隨反向偏壓而變化。正是利用了變?nèi)荻O管這一特性，將變?nèi)荻O管接到振蕩器的振蕩回路中，作為可控電容元件，則回路的電容量會隨調(diào)制信號電壓而變化，從而改變振蕩頻率，達到調(diào)頻的目的。 已知，結(jié)電容Cj與反向電壓vR存在如下關(guān)系：

此外假定調(diào)制信號為單音頻簡諧信號。結(jié)電容在vR（t）的控制下隨時間發(fā)生變化。

把受到調(diào)制信號控制的變?nèi)荻O管接入載波振蕩器的振蕩回路，則振蕩頻率亦受到調(diào)制信號的控制。適當選擇變?nèi)荻O管的特性和工作狀態(tài)，可以使振蕩頻率的變化近似地與調(diào)制信號成線性關(guān)系。這樣就實現(xiàn)了調(diào)頻。

4、電路實現(xiàn)

4.1課程設(shè)計指標

（1）主振頻率：f0=12MHz

4.2元件參數(shù)選擇

（1）電源電壓：2.5V

（2）高頻三極管采用2N2222（硅NPN管，CI=600mA，P=625mW，ceV=30V，cbV=60V，ebV=5V）

（3）變?nèi)荻O管采用FMMV2109：反向偏置電壓為4V，R6與R8為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時的反向直流偏置電壓VQ，電阻R3稱為隔離電阻，常取R7》》R6，R7》》R8，以減小調(diào)制信號VQ對VQ的影響。已知VQ=4V，若取R8=10k?，隔離電阻R7=150k?，則R6=10K?。 （4）LC振蕩器：由公式f0=

LC

21

?可知，假設(shè)L=10uH，則LC振蕩回路總電容C=18pF，

那么C4取10pF，C5取8pF。

4.3電路設(shè)計仿真圖

變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路仿真圖如圖4.1

4.4電路仿真結(jié)果

（1）LC振蕩器輸出頻率測量值f0=12MHz。仿真結(jié)果如圖4.2

（2）輸出波形如圖4.3。

4.5 PCB如圖4.4所示