1、蘭州理工大學課程設計報告目 錄前言1一 、緒論21.基本原理2二、頻率的調制32.1 調頻的方法及原理31）直接調頻原理32）晶體振蕩器直接調頻3三、基于Multisim的調頻電路設計與分析53.1 Multisim軟件介紹53.2 基于Multisim的頻率的調制仿真分析63.2.1 單元電路設計及分析61）石英晶體振蕩器直接調頻62）丙類諧振功率放大73）倍頻器94）二極管單平衡混頻電路10四、整機電路設計12五、設計總結13參考文獻14致謝15前 言著全球經濟一體化的發展，世界通信行業也是日新月異，發展迅猛之快，更新速度之極，給與我們巨大的挑戰和機遇?！巴ㄐ烹娮泳€路”是學習通信的基礎課程

2、，“高頻電子線路”具有很強的理論性和實踐性。頻率的調制是通信電子線路的重要組成部分。此部分在學習的過程當中具有有一定的困難。為了更好的學習，采用計算機輔助分析方法。本課程設計是基于Multisim的調頻電路的設計和仿真。一 、緒論1.基本原理高頻電子線路主要的學習內容是無線電通信系統中發射和接收設備中單元電路的形式及工作原理等。在無線電發射機中，需要發射的低頻調制信號（如由語音信號轉換而來的電信號）都要經過調制才能發送傳輸。所謂調制是指用低頻調制信號去改變高頻振蕩波，使其隨低頻調制信號的變化規律（幅度、頻率或相位）相應變化的過程。由這些經過調制后的已調波攜帶低頻信號的信息到空間進行傳輸，完成信

3、號的發射。從頻譜的角度來看，調制是將低頻調制信號的頻譜從低頻端搬到高頻端的過程。調頻電路廣泛運用于無線廣播、電視節目傳播、移動通信、微波和衛星等通信系統中，頻率調制信號比調幅信號抗干擾性強。使載波頻率按照調制信號改變的調制方式叫調頻。已調波頻率變化的大小由調制信號的大小決定，變化的周期由調制信號的頻率決定。已調波的振幅保持不變。調頻波的波形，就像是個被壓縮得不均勻的彈簧，調頻波用英文字母FM表示。Multisim 是一個能進行電路原理設計、對電路功能進行測試分析的仿真軟件。Multisim 的功能更強大，更適合于對模擬電路、數字電路和通信電路等的仿真與測試。它的元器件庫提供數千種電路元器件供仿

4、真選用，提供的虛擬測試儀器儀表種類齊全，還有較為詳細的電路分析功能，仿真速度更快。它將實驗過程中創建的電路原理圖、使用到的儀器、電路測試分析后結果的顯示圖表等全部集成到同一個電路窗口中，具有直觀、方便、實用和安全的優點。二、頻率的調制2.1 調頻的方法及原理 產生調頻信號的電路叫做調頻器。對它有四個主要要求：(1)已調波的瞬時頻率與調制信號成比例地變化。這是基本要求。(2)未調制時的載波頻率，即已調波的中心頻率具有一定的穩定度(視應用場合不同而有不同的要求)。(3)最大頻移與調制頻率無關。(4)無寄生調幅或寄生調幅盡可能小。產生調頻信號的方法很多，歸納起來主要有兩類：第一類是用調制信號直接控制

5、載波的瞬時頻率直接調頻。第二類是先將調制信號積分，然后對載波進行調相，結果得到調頻波。即由調相變調頻間接調頻。1）直接調頻原理直接調頻基本原理是用調制信號直接線性地改變載波振蕩的瞬時頻率。因此，凡是能直接影響載波振蕩瞬時頻率的元件或參數，只要能夠用調制信號去控制它們，并從而使載波振蕩瞬時頻率按調制信號變化規律線性地改變，都可以完成直接調頻的任務。如果載波由自激振蕩器產生則振蕩頻率主要由諧振回路的電感元件和電容元件所決定。因此，只要能用調制信號去控制回路的電感或電容，就能達到控制振蕩頻率的目的。變容二極管或反向偏置的半導體PN結，可以作為電壓控制可變電容元件；具有鐵氧體磁芯的電感線圈，可以作為電

6、流控制可變電感元件。方法是在磁芯上繞一個附加線圈，當這個線圈中的電流改變時，它所產生的磁場隨之改變，引起磁芯的磁導率改變(當工作在磁飽和狀態時)，因而使主線圈的電感量改變，于是振蕩頻率隨之產生變化。2）晶體振蕩器直接調頻 通過振蕩器的學習，我們已知，晶體振蕩器有兩種類型。一種是工作在石英晶體的串聯諧振頻率上，晶體等效為一個短路元件，起著選頻作用。另一種是工作于晶體的串聯與并聯諧振頻率之間。晶體等效為一個高品質因數的電感元件，作為振蕩回路元件之一。通常是利用變容二極管控制后一種晶體振蕩器的振蕩頻率來實現調頻。變容二極管接入振蕩回路有兩種方式。一種是與石英晶體相串聯，另一種是與石英晶體相并聯。無論

7、哪一種接入方式，當變容二極管的結電容發生變化時，都引起晶體的等效電抗發生變化。在變容二極管與石英晶體相串聯的情況下，變容管結電容的變化，主要是使晶體串聯諧振頻率fq發生變化，從而引起石英晶體的等效電抗的大小變化如圖2.3(a)所示。當變容二極管與石英晶體相并聯時，變容二極管結電容的變化，主要是使晶體的并聯諧振頻率發生變化，這也會引起晶體的等效電抗的大小發生變化，如圖2.3(b)所示，該圖是電納曲線?？傊?，如果用調制信號控制變容二極管的結電容，由于石英晶體的等效電抗(我們應用的是處在fq與fp之間的感抗Xq)的大小也受到控制，因而亦使振蕩頻率受到調制信號的控制，即獲得了調頻信號，但所產生的最大相

8、對頻移很小，約只有10-4數量級。變容二極管與晶體并聯聯接方式有一個較大的缺點，就是變容管參數的不穩定性直接嚴重地影響調頻信號中心頻率的穩定度。因而用得比較廣泛的還是變容管與石英晶體相串聯的方式。圖2.4是對皮爾斯晶體振蕩器進行頻率調制的典型電路。圖中，C1、C2與石英晶體、變容管組成皮爾斯振蕩電路； L1、L2與L3為高頻扼流圈；R1、R2與R3是振蕩管的偏置電路；C3對調制信號頻率短路：當調制信號使變容管的結電容變化時，晶體振蕩器的振蕩頻率就受到調圖2.3 變容管與晶體的兩種聯接方式及其電抗曲線三、基于Multisim的調頻電路設計與分析3.1 Multisim軟件介紹隨著電子信息產業的飛

9、速發展,計算機技術在電子電路設計中發揮著越來越大的作用.電子產品的設計開發手段由傳統的設計方法和簡單的計算機輔助設計(CAD)逐步被EDA技術所取代.目前國內外常用的EDA軟件有EWB、Protel、Orcad、Pspice系列軟件。Multisim10仿真軟件就是EWB系列軟件中的一種。電子線路課程設計是針對電子線路課程的要求，對學生進行綜合訓練，培養學生運用課程中所學到的知識，獨立地解決實際問題的能力1。傳統方法是先設計電路，然后在面包板或實驗箱進行實驗調整參數，最后再制版、安裝、調試。傳統方法存在技術手段陳舊，教、學、做受到條件的限制，學習效率不高等問題。Multisim10仿真軟件可以

10、構成一個虛擬的實驗工作臺2，學生在虛擬環境下完成電子技術課程設計的選擇元件、創建電路、計算與調整參數以及觀測仿真結果等中心環節。并且設計與實驗可以同步進行，可以邊設計邊實驗，修改調試方便；設計和實驗所用的元器件及測試儀表齊全，可以完成各種類型的電路設計與實驗。最后進行實物組裝、調試，實現了電路設計的優化而保證達到設計要求34。NI Multisim 10是美國國家儀器公司（NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本。目前美國NI公司的EWB的包含有電路仿真設計的模塊Multisim、PCB設計軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute及通信電路分

11、析與設計模塊Commsim 4個部分，能完成從電路的仿真設計到電路版圖生成的全過程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個部分相互獨立，可以分別使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim 4個部分有增強專業版（Power Professional）、專業版（Professional）、個人版（Personal）、教育版（Education）、學生版（Student）和演示版（Demo）等多個版本，各版本的功能和價格有著明顯的差異。3.2 基于Multisim的頻率的調制仿真分析3.2.1 單元電路設計及分析1）石英晶體

12、振蕩器直接調頻圖3.1是我們設計的中心頻率為36MHZ的晶體直接調頻的實際電路。C6,L2諧振在36MHZ頻率上，對11MHZ可視為短路，V3與C4，C5及晶振構成電容三點式振蕩器，12MHZ晶體等效為電感，音頻電壓經V1放大后，加在變容二極管V2兩端。改變其電容實現調頻。R3,R4為變容二極管提供反向偏壓，C3用來微調中心頻率，由于C6，L2諧振在36MHZ頻率，所以本電路在完成晶體調頻的同時，兼有三倍頻功能，輸出中心頻率為36MHZ的調頻信號，增加了頻偏。仿真波形如圖3.2所示。圖3.1 晶體振蕩器直接調頻實際電路圖3.2晶體振蕩器直接調頻仿真波形2）丙類諧振功率放大高頻功率放大器是一種能

13、量轉換器件，它是將電源供給的直流能量轉換為高頻交流輸出。高頻功率放大器是通信系統中發送裝置的重要組件，它也是一種以諧振電路做負載的放大器。而在此電路中我們采用的是丙類調諧功率放大器，如圖3.3所示。由于丙類調諧功率放大器采用的是反相偏置，在靜態時，管子處于截止狀態。只有當激勵信號足夠大，超過反偏壓及晶體管起始導通電壓之和時，管子才導通。這樣，管子只有在一個周期的一小部分內導通。所以集電極電流是周期性的余弦脈沖。放大器輸出波形如圖3.4 所示。 圖3.3功率放大電路 圖3.4功率放大電路仿真波形3）倍頻器倍頻器是一種將輸入信號頻率成整數倍（2倍、3倍、n倍）增加的電路。它主要用于甚高頻無線電發射

14、機或其它電子設備。 倍頻器實質上就是一種輸出信號等于輸入信號頻率整數倍的電路，常用的是二倍頻和三倍頻器。其電路圖如圖3.5所示。圖3.5倍頻輸出電路采用倍頻器的主要原因有：(1) 降低設備的主振頻率。由于振蕩器頻率愈高穩定性愈差，一般采用頻率較低而穩定度較高的晶體振蕩器，以后加若干級倍頻器達到所需頻率。故工作頻率高，要求穩定性又嚴格的通信設備和電子儀器就需要倍頻。 (2)對于調相或調頻發射機，利用倍頻器可以加大相移或頻移，即可增加調制度。(3)可以提高發射機的工作頻率穩定性。則仿真結果如圖3.6 所示。圖3.6倍頻輸出電路仿真波形4）二極管單平衡混頻電路單平衡混頻器特點：本振功率較高，動態范圍

15、較大，本振隔離較好，對RF的偶次產物有抑制作用。圖3.7二極管單平衡混頻電路 圖3.8二極管單平衡混頻電路仿真波形四、整機電路設計圖中音頻信號可由低頻信號源提供，音頻信號可以是語音，也可以是音樂信號，也可以是函數發生器產生的低頻信號。通過晶體振蕩器進行直接調頻，再通過三極管進行倍頻放大，輸出信號通過二極管單平衡混頻器，最后進入進入丙類諧振功率放大。圖5.1整機電路五、設計總結這次課程設計為時2周，兩周的時間非常短暫，課設題目下來后我明確任務，去圖書館查閱文獻資料，尋找有關的書籍作為參考。然后熟悉軟件，進行系統分析設計，完成有關的系統流程圖及其模型。完成上述兩個步驟后開始進行單元電路的設計及整機

16、調試，然后撰寫設計說明書。之后進行答辯。本次的課程設計過程當中，我深深體會到平時學習的不足以及動手能力的缺乏。課設要求用Multisim軟件仿真出來，我再尋找電路圖的過程中遇到一些困難，要么是電路圖有問題，要么是調不出來。調頻波形應為彈簧波而我卻只能跳出正弦波形。老師鼓勵學生做實物圖，我就去嘗試了一下，發現自己動手能力不足，經驗也不豐富，關于電阻的認識及電容的讀寫。做實物的過程，是學習的過程，能教會很多，也能體會到很多。在這次課程設計中我學到了很多,我學會了獨自完成一件事情所需要的毅力和勇氣及堅持，當你做完之后會有一種成就感。過程中學會與人溝通，鍛煉了自己從外界獲取信息的能力。懂得做一件事情前

17、所需要做各種準備工作，才能在接下來的問題中越來越輕松自如。參考文獻1 Multisim11 電路設計及仿真應用 清華大學出版社 2012年7月2 高頻電路原理與分析。西安電子科技大學出版社。曾興雯，劉乃安 2006年7月3 通信電子線路 主編：候麗敏 清華大學出版社 2008年12月4 電子線路設計、實驗、測試 主編：謝自美 華中理工大學出版社5 高頻電子線路實驗平臺說明書 南京潤眾科技有限公司 致謝這次課程設計的完成過程當中，教會了我很多，我也思考了一些事情。為時兩周的課程設計當中遇到了一些困難，鍛煉了能力。因為我們是個人做個人的內容，所以我得獨自去找一些資料，同時也會向同學搜集一些，當中我學會了怎樣去搜集資料，怎樣與人溝通，怎樣與外界進行交流。搜集完之后我開