LC调频振荡器Word文档下载推荐.docx
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变容二极管调频电路用于实现对LC正弦波振荡器频率的调制，即调频。
（说明：
LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路通过耦合电容相连）LC调频振荡器IIILC调频振荡器、变容二极管调频电路两个部分组成，如图1-2
所示。
图1-2直流稳压电源的方框图
1.2.1LC正弦波振荡器
LC正弦波振荡器的作用是产生高频正弦波。
山此画岀LC正弦波振荡器原理图
如图（1-3）所示。
图中晶体管T组成电容三点式振荡器的改进型电路即克拉泼电路，它被结为共基组态，C〃为基极耦合电容，其静态工作点乂心，昭心及心
决定，即
C3两端的电压构成振荡器的反馈电压％e，以满足相位平衡条件工0=加龙。
比值C2/C3二F决定反馈电压的大小，当AVOF=1时，振荡器满足相位平衡条件，电路起振条件为AvoF>
lo为减少晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3的取值要大。
若选Cl《C2,Cl《C3,则回路振荡频率九主要由C1决定，即
£
1
爪丽可（1_5）
若取C1为儿十皮法，则C2、C3可取儿白到儿千皮法。
反馈系数F—般取1/8
到1/2。
JRB1
图1-3LC正弦波振荡器原理图
1.2.2变容二极管调频电路
变容二极管调频电路由变容二极管及耦合电容C。
组成,R1与R2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压％即岭二［R2/（R1+R2）］%。
电阻R3称为隔离电阻，常取R3》R2,R3》R1,以减小调制信号*对％的影响。
C5与高频扼流圈L2给.提供通路，C6起高频滤波作用。
变容二极管"
•通过耦合电容C。
部分接入振荡回路，有利于主振频率人的稳定性，减小调制失真。
图（1-4）所示的为变容二极管部分接入振荡回路的等效电路，接入系数"
及回路总电容G分别为：
G+Cj
（1-7）
式中，C,为变容二极管的结电容，它与外加电压的关系为:
Ci=
（1-8）
式中，C”为变容二极管加零偏压时的结电容；
叫为变容管PN结内建电差（硅管VD=0.7V,错管VD=0.3V）；
丫变容二极管的电容变化指数，与频偏的大小有关（小频偏：
选丫二1的变容二极管可近似实现线性调频，大频偏：
必须选丫二2的超突变结变容二极管，才能实现较好的线性调频）；
v为变容管两端所加的反向电压，v二岭+*二岭+1/场心0/o变容二极管的Cj-v特性曲线如图（1-5）示。
其中，已知条件中2CC1D的性能参数如表（1-1）所示。
设电路工作在线性调制状态，在静态工作点Q处，曲线的斜率为
表1-1变容二极管2CC1D的变容参数
型号
最高反向电
反向电流
结电容CJPF
电容变化范围/pF
零偏压品质因数Q
电容温度系数
u/C-1
2CC1D
25
W1
W20
30〜70
125〜20
$300
5x10-
测试条件
T=20°
C
IK=1UA
T=125°
Ir=20uA
在相应的
%下
匕二0
匕二％
匕二4V
f=oMHz
匕二10V
f二3.5MH,
20土5°
125
±
5°
1.2.3调制信号幅度的确定
调制灵敏度是指单位电压所引起的最大频偏，用s刚表示，单位为kHz/VfB|卩
Sfm二（1-10）
"
e”为调制信号的幅度；
纣m为变容管的结电容变化AG时引起的最大频偏。
•・•回路总电容的变化量为
ACy=P'
\C-（1-11）
在频偏较小时，与的关系可采用下面近似公式，即
人2Cqe（1-12）
r.pt-Aft,AC,t-Aft
调制灵敬度s加二存•手（1-13）
2Cq£
式中，AC’为回路总电容的变化量；
Cqe为静态时谐振回路的总电容，
即
Cq“C,+Wq（1-14）
°
-Q+Cq
・・・ClI-5FjWt-A/t
调制灵敬度s加可以由变容二极管G-卩特性曲线岭上处的斜率％及式（1-13）计算。
Sy；
越大，说明调制信号的控制作用越强，产生的频偏越大。
第2章参数的确定及元件选择
2.1LC调频振荡器的选择及电路的确定
2.1.1调频振荡器的选择
根据设讣要求及技术指标，因为频率稳定度要求不是很高，故选用山晶体管组成的电容三点式的改进型电路克拉泼电路。
2.1.2电路的确定
山实验原理和设il•要求确定电路如图2-1所示，
图24设计原理图
2.2参数的确定
2.2.1LC正弦波振荡器的选择
1）由电路形式设置静态工作点
取振荡器的静态工作点ICQ=2mA,VCEQ=4V,测得三极管的0~67。
由式（1-3）,可得：
因为
r^CC一^CEQ
1CO=，
则
F
yRe+心
Vcc一VCEO9V一4V
J+R「一"
--2.5K1
l（I（q2/?
iA
为提高电路的稳定性，底的值可适当增大，取/?
E=0.51kQ,则心二2
kQo由式（1-2）得
Veq=Vrq—Vrea/cqRe=x0.51kQ.
=1.02V
取心2的电流乙2二10/陀二lO/y/0二（10X2）/67=0.29mA
贝I」RB2=Vbq/Iu二'
+」"
=（0.7V+1V）/0.29mA
1B2
二5・86kQ取6.2kQ
由式（1-1）得
%_%
Rb1+心2“CC
B|J/?
BI=^2vcc/v^-1二31・8kQ
则Rbi可用27kQ电阻与47kQ电位器串联得到，以便调整静态工作点。
2）计算主振回路元器件值
仁
由式（1-5）得若取C1二lOOpF,则L1二6.2uH。
（可
适当调整L1的圈数或C1的值）
电容C2、C3的反馈系数F及电路条件C1《C2,C1《C3所决定，若取C2二620PF,由反馈系数F二C2/C3二1/8〜1/2,则取C3=3300pF,取耦合电容Cb=O.01uF.2.2.2变容二极管调频电路的选择
1）设置变容管的静态工作点
已知条件给定的变容二极管的型号为2CC1D,由表（1-1）知，取变容二极管反向偏压岭二4V,MI此知变容管的静态电容C。
二60pF。
2）调频电路元器件值的确定
根据V（?
=[R2/（R1+R2）]Vcc和已知岭二4V,Vcc=9V,取R2=39kQ,则Rl=48.75kQo（R1可用43kQ电阻与47kQ电位器审联，用以调整静态偏压岭）
隔离电阻R3应远大于Rl,R2,取R3二348kQ。
由式（1-2）〃=口/（6；
+卬
为减小振荡回路高频电压对变容管的影响，p应取小，但卩过小乂会使频偏达不到指标要求。
可以先取°
=0.2,然后在调试。
当“Q二-4V时，对应Ce=60pF,
则C严15pF
低频调制信号y.c的耦合支路电容C5及电感L2应对卞提供通路，一般"
的频率为儿十赫兹到儿千赫兹，在此取卞，故取C5二4.7uF,L2二47uH（固定电感）。
高频旁路电容C6应对调制信号*呈高阻，取C6=5100pFo
2.2.3调制信号的幅度及调制灵敏度的计算
为达到最大频偏必的要求，可求得调制信号的幅度仏,”
由式（1-12）得如〜丄纶
静态时谐振回路的总电容Cq£
=\\2pF
则回路总电容的变化量
△Cg=2纣"
Cqe//（）a1.723pF
山式1-11知变容管的结电容的最大变化量
AC,=zXC送/p~=43.07opF
由图1-3Cj-v曲线知变容管2CC1D在JQ二-4V处的斜率kc=ACj/AV=10
曲式（1-9）得调制信号的幅度
Vn„,/kc=4.3075V
由式（1-10）得调制灵敏度Sfm为
SFM=Vn,/VnHr=50K/7z/4.3075V
二11.6KH//V
第3章电路调试与检测
3.1.主振频率的测试
3.1.1仿真测试：
LC振荡器的输出频率fo称为主振频率或载波频率。
用数字频率计测量回路的谐振频率丘，高频电圧表测量谐振电压8,示波器监测振荡波形。
测试电路如图3-1所示，测得频率为6.513MHZ,C点电压为5.383V,对比技术指标中心频率/b二6.5MHz知符合技术要求指标，稳定后所得波形为高频正弦波，符合LC正弦波振荡器所得波形。
所测结果分别如图3-2、3-3所示：
VCC
vcc
C4
Key=E
Key
KB1
RBIZ7kOhia
Z7kOhia
kBZ
6・ZkO：
XFC1
Rc
2000Ohia
6ZpF
Cl
HP
lOOpF
100pF
C±
GZOpF
^GZOpF
ZTX1047A
XSC1
一-£
=±
3300pT
C3
^3300p7
HE
11
510Ohm
510Ohitt
图3<
LLC正弦波振荡器电路
6.513MHz
XMM1
Li
5.2uH
A|V4|阳|
〜『一1
+
（T
设造…|（4
图3-2所测频率与电压大小
图3-3（a）LC正弦波起振到稳走波形的时域仿真波形
逋道為
500mVJDiv
通道日
刻度|5V/Div
触发
沿「水平［o
AddB/A
AB|
0|
DC
AC|0\DC・|C
內
无•|自动
V位置0
B外
V•位蚤|0
图3-3（b）LC正弦波振荡器稳走时的时域仿真波形
3.1.2误差分析
1）误差计算
/b%=（6.513-6.500）x100%/6.5=0.2%
2）误差原因
电路中所接测量仪器的影响，电路参数的可调性大。
3.2.LC调频振荡器电路的测量
在LC正弦波振荡电路的基础上加变容二极管调频电路即可构成LC调频振荡电路。
原理图如图3-4所示，用此电路测得的频率为6.62MHz如图3-5所示，波形如图3-6所示：
图3-4LC调频振荡电路图
脉.上升/T降|
图3-5LC调频振荡电路所测频率大小
示波备XSC1
」三
1220ms
通适-A
・5.103mV
適歯J3
-1.102V
l「；
.磁
3
11■一丄i二
1^20ns
-5.WmV
保存
i
T2•“
O.OXJS
O.COOV
0.0D3V
一Gf'
IDE
i?
适小
）直B
亥腹|$00n&
4>
v'
SJgJlOmVjOi?
|刻庭阿mYQ"
倍丐
xteg厂■Y&
S厂卞位置[cT•水平pP[V7r凸dd|AC||AC|0I度eIp^c"
0IDC|-1^|肉|无.値苗R"
H>
|
图3-6LC调频振荡电路时域仿真波形
3.3.频率稳定度的测量
主振频率込的相对稳定性用频率稳定度A/-//（>
表示。
对于调频电路不仅要满足频偏要求，而且振荡频率人必须保持足够的频率稳定度。
测量频率稳定度的方法是，在一定的时间范围（如1小时）内或温度范围内每隔儿分钟读一个频率值，然后取其范围内的最大值max与最小值min,则频率稳定度
纣仃.厶竺二如L（3-1）
/o
设计中采用克拉泼电路如图（3-1）所示，其频率稳定度较低，为（IO"
〜10"
）/小时，对比课题中给出的频率稳定度为A///O<
5xl0-3/小时知此电路符合要求。
3.4调试中注意事项
山于调频振荡器的工作频率较高，晶体管的结电容、引起电感、分布电容及测量仪器对电路的性能影响均不能忽略。
因此，在电路装调及测试时应尽量减少这些分布参数的影响。
3.4.1安装要点
安装时应合理布局，减小分布参数的影响。
电路元器件不要排得太松，引线尽量不要平行，否则会在元器件或引线之间产生一定的分布参数，引起寄生反馈。
多级放大器应排成一条直线，尽量减小末级与前级之间的耦合。
地线应尽可能粗,以减小分布电感引起的高频损耗，制印刷电路板时，地线的面积应尽量大。
为减小电源内阻形成的寄生反馈，应采用滤波电容C。
及滤波电感〈组成的Ji型或「型滤波电路，一般厶。
为儿十微亨至儿白微亨，C。
为儿百皮法至儿十千皮法。
3.4.2测试点选择
正确选择测试点，减小仪器对被测电路的影响。
在高频情况下，测量仪器的输入阻抗（包含电阻和电容）及连接电缆的分布参数都有可能影响被测电路的谐振频率及谐振回路的Q值，为尽量减小这种影响，应正确选择测试点，使仪器的输入阻抗远大于电路测试点的输出阻抗。
对于图2-1所示电路，高频电压表接于C点，示波器接于E点，数字频率计接于A点，Q的值要小，以减小数字频率计的输入阻抗对谐振回路的影响。
所有测量仪器如高频电压表、示波器、扫频仪、数字频率计等的地线及输入电缆的地线都要与被测电路的地线连接好，接线应尽量短。
3.4.3调试方法
一般高频电路的实验板应为印刷电路板，以保证元器件可靠焊接及连接导线固定，使电路的分布参数基本固定。
高频电路的调试方法与低频电路的调试基本相同，也是先调整静态工作点，然后观测动态波形并测量电路的性能参数。
所不同的是按照理论公式讣算的电路参数与实际参数可能相差较大，电路的调试要复杂一些。
附录A元件清单
极管
3DG6
变
容二极
管
电
容
极性电容：
C5二4.7uF
非极性电容：
Cl=100pFC2=560pF
C3二3300pFC4二47pFC6=5600Pf
Cg二0.01ufCc二47pF
电阻
电位器：
Rkl二Rk2二47KQ
（两个）
电阻：
=27KQ心2二6.2KQRc=2KQ心二510Q&
二43K
Q心二39KQR.=348KQ
电感
L1二6uHL2=47uH
附录B原理图和PCB图
•HZZzii口
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1乙
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业乙»
Z*9
iqa乙q&
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