武大电子信息学院毕业设计-《变容二极管调频倍频》

•变容二极管调频倍频熊正强2014年4月•Part1：•什么是变容二极管？Part1：什么是变容二极管？变容二极管的工作原理1变容二极管的优缺点23变容二极管的定义1.变容二极管的定义•变容二极管(VaractorDiodes)又称可变电抗二极管。是一种利用PN结电容（•势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管，其结构和实物如右图所示。Part1：什么是变容二极管？变容二极管的符号二极管电容扩散电容势垒电容当加上正向偏置的电压的时候，主要是扩散电容器决定作用，（此时电容比较大）。当加上反向偏置的电压的时候，则由势垒电容起决定作用(此时电容比较小)，随着电压的变化，电容大小也会改变，变容二极管正是利用这种特性做成的二极管。Part1：什么是变容二极管？•2.二极管的工作特点：•1、变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，•即可改变PN结电容量。•反向偏压越高，结电容则越少，•2、变容二极管的电容值与反向偏压值的关系图解：•(a)反向偏压增加，造成电容减少；•(b)反向偏压减少，造成电容增加。3.变容二极管的优点12体型小巧易于安装易于实现自动电子调谐（AutoElectronicTuning），方便遥控的电子调谐器的设计。如今的电视系统或通信系统中的频道选择及呼叫等电路，基本上都由变容二极管完成3.变容二极管的缺点采用变容二极管为调谐电容后，变容二极管的值通常在几十至几百之间，因而必须注意其值对电路的影响由于变容二极管为半导体器件，因而在温度效应上，仍有其先天不足，因此在设计时，应注意温度补偿的问题。容易受温度影响品质因素Q值不够高•Part2：•什么是调频？Part2:什么是调频？•使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。•调频•（FrequencyModulation）Part2:什么是调频？直接调频•Part3：•什么是倍频？Part3:什么是倍频？（名词解释n.）基频以外的其他振动能级跃迁产生的红外吸收频率统称为倍频，v=0至v=2的跃迁称为第一个倍频2n，相应地3n,4n等均称为倍频。（动词解释v.）使获得频率为原频率整数倍的方法。利用非线性器件从原频率产生多次谐波，通过带通滤波器选出所需倍数的那次谐波。在数字电路中则利用逻辑门来实现倍频。•Part4：•变容二极管调频的实现Part4:变容二极管调频的实现•所谓调频，就是把要传送的信息（例如语言、音乐）作为调制信号去控制载波（高频振荡信号）的瞬时频率，使其按调制信号的规律变化。Part4:变容二极管调频的实现本电路采用常见的电容三点式震荡电路实现LC振荡，如下图，简便易行，变容二极管电容作为组成LC振荡电路的一部分，电容值会随加在其两端的电压的变化而变化，从而达到了变频的目的。Part4:变容二极管调频的实现Part4:变容二极管调频的实现称为调频指数，是调频瞬时相位的最大偏移，它的大小反映了调制深度。由上公式可见，调频波是一等幅的疏密波，可以用示波器观察其波形。Part4:变容二极管调频的实现其原理电路下图所示如何产生调频信号？最简便、最常用的方法是利用变容二极管的特性直接产生调频波Part4:变容二极管调频的实现变容二极管jC通过耦合电容1C并接在NLC回路的两端，形成振荡回路总电容的一部分。因而，振荡回路的总电容C为：jNCCC（3）Part4:变容二极管调频的实现振荡频率为：)(2121jNCCLLCf加在变容二极管上的反向偏压为：高频振荡，可忽略调制电压直流反偏OQRVV（4）Part4:变容二极管调频的实现变容二极管利用PN结的结电容制成，在反偏电压作用下呈现一定的结电容（势垒电容），而且这个结电容能灵敏地随着反偏电压在一定范围内变化，其关系曲线称jC～R曲线，如图2所示。Part4:变容二极管调频的实现由图可见：未加调制电压时，直流反偏QV所对应的结电容为jC。当反偏增加时，jC减小；反偏减小时，jC增大，其变化具有一定的非线性，当调制电压较小时，近似为工作在jC～R曲线的线性段，jC将随调制电压线性变化，当调制电压较大时，曲线的非线性不可忽略，它将给调频带来一定的非线性失真。Part4:变容二极管调频的实现我们再回到图1，并设调制电压很小，工作在jC～R曲线的线性段，暂不考虑高频电压对变容二极管作用。设tVVQQRcos（5）由图（c）可见：变容二极的电容随υR变化。即：tCCCmjQjcos（6）Part4:变容二极管调频的实现jNCCC（3）由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为tCCCCCCmjQNjNcos由此可得出振荡回路总电容的变化量为：tCCCCCCmjjQNcos（7）Part4:变容二极管调频的实现tCCCCCCmjjQNcos（7）由式可见：它随调制信号的变化规律而变化，式中mC是变容二极管结电容变化的最大幅值。我们知道：当回路电容有微量变化C时，振荡频率也会产生f的变化，其关系如下：CCff210（8）式中0f，是未调制时的载波频率；0C是调制信号为零时的回路总电容，显然jQNoCCCPart4:变容二极管调频的实现振荡频率为：)(2121jNCCLLCf（4）由公式（4）可计算出0f（调频中又称为中心频率）。即：)(210jQNCCLfPart4:变容二极管调频的实现tCCCCCCmjjQNcos（7）CCff210（8）将（7）式代入（8）式，可得：tftCCftfmcoscos)/(21)(00（9）频偏：mCCff)/(2100（10）振荡频率：tfftfftfoocos（11）由此可见：振荡频率随调制电压线性变化，从而实现了调频。其频偏与回路的中心频率成正比，与结电容变化的最大值成正比，与回路电容成反比•Part5：变容二极管倍频的实现Part5:变容二极管倍频的实现Part5:变容二极管倍频的原理•对信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，可以分为低通滤波器（LPF），高通滤波器（HPF），带通滤波器（BPF），带阻滤波器（BEF）,如图为所示理想滤波电路的幅频特性。Part5:变容二极管倍频的原理思考：实现倍频功能选用哪种电路？Part5:变容二极管倍频的原理•RC有源带通滤波器的实验原理图如图：其中带通滤波器的中心角频率ω0：Part5:变容二极管倍频的原理•带通滤波器的中心角频率ω0、品质因数Q和带宽Ｂ之间的关系为：••在带通滤波器中，电路的品质因数Q值具有特殊的意义，它是衡量这个电路选择性的重要参数。在实验中，可以通过测出带通滤器的中心角频率ω0(最高增益所对应的角频率)和3dB带宽Ｂ(电路的增益由最大值下降3dB所对应的角频率ｆH和ｆL之差)，从而由上式求出。Part6:下周工作计划••1.继续学习资料，更加深入的了解课题。•2.学习Multisim软件的使用，为后续仿真测试做好准备。•3.进一步确定方案，思考如何把调频和倍频融合到一个系统中。