频率调制电路的设计与制作

频率调制电路的设计与制作

作者：刘柳

来源：《电脑知识与技术》2015年第17期

摘要：本文在西勒振荡器的电路结构基础上，加以变容二极管直接调频电路，产生频率fc为4MHz的载波信号。此外，调制信号为1kHz的正弦波。文中介绍了如何根据有关参数设计频率调制电路并运用Multisim软件进行了相关仿真. 关键词：西勒振荡器；频率调制电路；变容二极管

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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.

在高频电子线路以及模拟电路课程中，我们了解到典型的正弦波振荡器有电感、电容反馈式三端振荡器以及改进型的电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等等。其中，西勒电路具有频率稳定性高、振幅稳定、调频方便等优点。于是本文采用了西勒电路，设计了相应的频率调制电路。 1设计原理

1.1变容二极管工作原理及特性

变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。它是一个单向导电器件在反向偏置时，它始终工作于截止区，反向电流极小，PN结呈现一个与反向偏置 电压u有关的结电容Cj。Cj与u关系是非线性的，故变容二极管的电容式非线性电容。

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变容二极管的结电容与反向偏置电压u的关系为 ，UB为PN结的内建电压差（锗管0.2V，硅管0.6V）；u为外加电压；Cj（0）为u=0时的结电容；n为变容系数。变容二极管电容随外加反向电压u变化的曲线如下图1所示： 1.2西勒振荡器的电路结构和工作原理

如图2所示：西勒振荡器是改进型电容三点式振荡器。在西勒振荡器中，取电容C3C1、C3C2，晶体管ce和be端与回路接入系数分别为，同理这样使得与C1、C2并联的晶体管的输入输出电容对振荡频率的影响减小，从而使得振荡器的频率稳定度得到提高；C4与电感并联，通过调整C4只改变频率不改变晶体管的接入系数，因而波段内输出的波形幅度比较稳定。振荡器振荡频率f0 =1/1/（C1、C2和C3串联再和C4并联）。 （a）西勒振荡器 （b）交流等效电路 1.3 变容二极管直接调频电路

图3 变容二极管部分接入回路 图4 三极管静态直流偏置

如图3所示：直接调频指利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其按照调制信号的变化规律变化。变容二极管直接调频电路可以直接在西勒振荡器基础上将C4替换为变容二极管，使得变容二极管电容成为回路电容的一部分。此次设计中采用的是变容二极管部分接入振荡回路（变容二极管需加合适的直流偏置VQ）。用调制信号来控制变容二极管的电容值，使得振荡器输出信号的频率随着调制信号的变化而改变，从而实现直接调频功能。 2详细设计步骤

2.1三极管静态工作点设置

为使三极管工作在放大区，所需外部条件是外加直流电压使三极管发射结正偏，集电结反偏，若三极管为NPN管则Vc>Vb>Ve。当ICQ取大一些可以使振荡幅度增加，但波形失真严重，频率稳定性差；一般取ICQ为1—4mA，可取ICQ1.8mA，VCEQ4.7V，则R3+R44KΩ，故可取R3=2KΩ，R4=2KΩ；为使静态工作点可调，于是选取一个20K的滑动变阻器R1，R2=5.1KΩ。电路如图4所示。 2.2振荡回路参数的设置

采用电容三点式振荡，根据西勒振荡器的要求电容C3C1、C3C2，可取C3=100pF，C1=500pF， C2=1000pF；振荡器振荡频率fc =1/1/（C1、C2和C3串联再和C4并联）；电感

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一般取小电感，可取L=5uH；又因为要求振荡频率fc=4MHz，则由计算公式知C3+C4300P，故取C4=200pF。电路图如下图5所示： 2.3变容二极管部分接入振荡回路

如图6所示：变容二极管和一个电容串联代替C4接入振荡回路，为了保证变容二极管在调制过程中保持反偏工作，需要给它加合适的直流反向偏置电压。在为接入调制信号时，电路就是一个振荡器，改变变容二极管的反向偏置电压，使其容值改变，进而输出的振荡频率改变。图7为加入调制信号直接调频时的连线图。 3 设计结果及分析

3.1 根据选定的参数，用Multisim仿真的结果 3.2 实际电路焊接时所用元器件

三极管9014一个；变容二极管一个；20KΩ可变电阻器两个；2KΩ电阻两个；5.1KΩ电阻一个；10KΩ电阻一个；0.1uF电容三个； 500pF电容两个；100pF电容一个；1000pF电容一个；0.1mH电感一个，5uH电感一个。

焊接出来的实际电路当改变变容二极管反向偏置电压时，振荡电路振荡频率在4.9MHz-5.3MHz之间，接入1KHz的调制信号能实现调频功能；然后改进在电容C3两端并上一个10-60pF的可变电容和一个100p的固定电容，使振荡频率降低到了4.4MHz左右，也能实现调频功能。 4 结束语

本文结合所学知识，详细介绍了频率调制电路的设计，该电路具有结构简单、经济、易操作的特点，也是构成其他复杂频率调制电路的基础。 参考文献：

[1] 邹传云.高频电子线路[M].清华大学出版社，2012.

[2] 康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].高等教育出版社，2006. [3] 张肃文， 陆兆熊.高频电子线路（第4版）[M].高等教育出版社，2004. [4] 杨翠娥. 高频电线路实验与课程设计[M]. 哈尔滨工程大学， 2005.

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