1、调频电路测试与FSK1电路设计学 号： 0120802110216专业综合课程设计报告题 目：调频电路测试与FSK1电路设计专业班级： 学生姓名： 指导教师： 武汉理工大学信息工程学院 2011年 07月 05日专业综合课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 调频电路测试与FSK1电路设计 课程设计目的：1. 通过对THEX-1型综合实验平台的使用，深入了解通信电路的基本原理；2. 掌握通信电路的测试方法和设计实验的方法；3. 学习构造简单通信系统的方法；4. 提高正确地撰写论文的基本能力。课程设计内容和要求1. 重点测试项目：实验2、3、6、9、
2、18、19；要求详细分析实验电路的工作原理（说明每个元器件的作用和功能），写出测试项目，并对测试结果作出详细分析，在实验18、19中改变调制方式，观察测试结果；2. 一般测试项目：实验4、5、7、8；说明测试项目和指标，并对测试结果作出分析；3. 其他实验项目可以选做；4. 查阅不少于6篇参考文献（指导书，教材，其他专业书籍）。初始条件：1. THEX-1型综合实验平台及实验指导书；2. 示波器，万用表。时间安排：第17周，安排设计任务；第18周，完成重点测试项目；第19周，进行一般测试项目；答辩。指导教师签名： 2010年 6 月 18 日系主任（或责任教师）签名： 2010年 6 月 19
3、日目 录摘 要 1Abstract 21 电路测试及分析（9号试验台） 31.1 变容二极管调频实验FM1 31.1.1 电路工作原理 31.1.2 测试项目 31.1.3 测试结果分析 41.2 集成锁相环调频鉴频实验FM2 41.2.1电路工作原理 41.2.2 测试项目 51.2.3 测试结果分析 61.3 集成锁相环调频实验FM3 61.3.1 电路工作原理 61.3.2 测试项目 61.3.3 测试结果分析 71.4 分立元件相位鉴频实验FMDEM1 71.4.1 电路工作原理 71.4.2 测试项目 81.4.3 测试结果分析 81.5 乘积型相位鉴频实验FMDEM2 81.5.1
4、电路工作原理 81.5.2 测试项目 91.5.3 测试结果分析 101.6 集成锁相环鉴频实验FMDEM3 101.6.1 电路工作原理 101.6.2 测试项目 101.6.3 测试结果分析 112 FSK1电路仿真分析 112.1电路工作原理 112.2 测试项目 142.3 测试结果及分析 142.4 对实验系统的开发的设想 163 MIX3的PCB电路绘制 183.1原理图绘制 183.3 PCB图的绘制 20总结（心得体会） 22参考文献 23摘 要 本课设分为三个部分：调频电路测试，FSK调制电路仿真，MIX3Pcb电路制作。通信电路测试部分：测试的调频电路有六个：FM1，FM2
5、，FM3，FMDEM1，FMDEM2，FMDEM3。前三个电路是FM调制解调的电路分块。其中FM1电路是变容二极管调制电路，即通过变容二极管将电压变化转换为频率信息加载到调制波上。FM2是集成锁相环调频鉴频电路，是对调频信号的解调电路。FM3是集成锁相环调频电路，它也是一个调频电路。后三个电路是不同方式的鉴频电路。FSK调制电路采用的是电子开关的方式，使用的仿真软件是Multisim10。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
6、Multisim使用起来十分方便，将电路原理图图形输入后就可开始仿真。并且软件中提供了很多测试工具，示波器，频率计等等，方便不同形式的电路仿真。课设最后一部分是制作MIX3的PCB电路，使用的是Protel软件。PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。 PROTEL也有仿真功能，但课设中只用到了制
7、作PCB电路功能。AbstractThis class set consists of three parts: communication circuit testing, FSK modulation circuit simulation, MIX3Pcb circuit production.Communication circuit testing part: the test circuit has six: FM1, FM2 FM3 FMDEM1, FMDEM2, FMDEM3. The first three circuit is FM demodulation circuit
8、block. Among them FM1 circuit is transfiguration diode modulation circuit, that is, through the transfiguration diode voltage change will convert to load the modulation wave frequency information. FM2 is integrated and phase lock loop FM frequency circuit, is to learn the frequency modulation signal
9、 demodulation circuit. FM3 is integrated and phase lock loop FM circuit, it also is a frequency modulation circuit. After three circuits are different ways is popularly used the circuit.FSK modulation circuit USES is the way electronic switch, the use of the simulation software is Multisim10. Multis
10、im is the U.S. national instrument (NI) Co., LTD launched to Windows is the basis of simulation tools, applicable to the board level analog/digital circuit board design work. It contains a circuit principle diagram of graphic, circuit hardware description language input methods, has the rich simulat
11、ion analysis ability. Multisim use up is very convenient, and will of the circuit principle diagram after graph input can begin simulation. And software provides many test tools, oscilloscope, the frequency of and so on, convenient different forms of circuit simulation.Class set last part of making
12、the PCB is MIX3 circuit, use of Protel software. PORTEL PROTEL is in 80 s launched EDA software, in the electronics industry of CAD software, it truthfully row in the front of the many EDA software, is the first choice of electronic designer software, it is early in the domestic, begin to use, the p
13、enetration rate is the highest in China, some university of electronic major still hasspecially opened the program to learn it, almost all of the electronics companies have to use it, many large companies in the recruitment of electronic design talents in the column conditions written often will use
14、 of PROTEL requirements. PROTEL also has the function, but class a simulation of the PCB making only circuit function.1 电路测试及分析（6号试验台）1.1 变容二极管调频实验FM11.1.1 电路工作原理 实验用电路原理图如图1-1所示。BG1为电容三点式振荡器，产生10MHz的载波信号。变容二极管D1和C2构成振荡回路电容的一部分，直流偏置电压通过R17、RW1、R3和L1加至变容二极管D1的负端，C2为变容二极管的交流通路，R2为变容二极管的直流通路，L1和R3组成隔离支
15、路，防止载波信号通过电源和低频回路短路。低频信号从输入端J1输入，通过变容二极管D1实现直接调频，C1为耦合电容，BG2对调制波进行放大，通过RW2控制调制波的幅度，BG3为射级跟随器，以减小负载对调频电路的影响。从输出端J2或TP2输出10MHz调制波，通过隔离电容C13接至频率计；用示波器接在TP2处观测输出波形，目的是减小对输出波形的影响。 图1-1 变容二极管调频实验电原理图1.1.2 测试项目1) TP1（J1）输入1K，1V的音频信号波形，测振荡器输出TP3波形如图1-2 为11M左右的载波； 图1-2 TP3震荡器的输出波形2) 将TP3频率调为10M，调节L4021，R7两端电
16、压为2.5V，测试波形如图1-3； 图1-3 TP3输出波形图 图1-4 TP2调频波输出3) 调频波输出TP2 10M（改变音频信号的频率，以方波做为参考方可观测TP2波形疏密渐变的波形）如图1-4所示。1.1.3 测试结果分析由电路图和测试结可知，BG1为电容三点式振荡器，产生10MHz的载波信号。变容二极管D1和C2构成振荡回路电容的一部分，直流偏置电压通过R17、RW1、R3和L1加至变容二极管D1的负端，C2为变容二极管的交流通路，R2为变容二极管的直流通路，L1和R3组成隔离支路，防止载波信号通过电源和低频回路短路。低频信号从输入端J1输入，通过变容二极管D1实现直接调频，C1为耦
17、合电容，BG2对调制波进行放大，通过RW2控制调制波的幅度，BG3为射级跟随器，以减小负载对调频电路的影响。从输出端J2或TP2输出10MHz调制波。1.2 集成锁相环调频鉴频实验FM21.2.1电路工作原理实验用图如图所示，图中最主要用到的是LM565，其他都是围绕这块芯片展开的辅助电路，LM565是一块工作频率低于1MHz的通用单片集成锁相环路。它包含鉴相器、压控振荡器和放大器三部分。鉴相器为双平衡模拟相乘电路，压控振荡器为积分施密特电路。输入信号加在2、3端，7端外接电容器与放大器的集电极电阻（典型值为3.6K）组成环路滤波器。由7端输出的误差电压在内部直接加到压控振荡器的控制端。6端提
18、供了一个参考电压，其标称值与7端相同。6、7端可以一起作为后接差动放大器的偏置。压控振荡器的定时电阻接在8端，定时电容接在9端，振荡信号从4端输出。压控振荡器的输出端4与鉴相器反馈输入端5是断开的，允许插入分频器来做频率合成器。 图1-5 集成锁相环调频鉴频电原理图 1.2.2 测试项目1) 压控振荡器两种输出信号的观察4脚和9脚的波形分别如下： 图1-6 4脚输出波形 图1-7 9脚输出波形2) 先选择适当的定时电容和定时电阻，从J1端输入音频信号用双踪示波器观察TP1端如图A和TP3端的波形如图1-8 图1-9 TP1和TP3波形1.2.3 测试结果分析从电路图可知，压控振荡器自身就是一个
19、调频器，因为它的瞬时频率正比于输入音频信号的幅度，所以压控振荡器可以直接用作调频器，但是由于它的振荡频率的温度漂移以及控制特性的非线性，不能产生高质量的FM信号。同时由于锁相环中压控振荡器的线性范围可限，所以输入信号的幅度不应过高。图1-9中， J3输出不是疏密变化的调频波而是抖动的方波，并且J1输入音频时TP1并无输出，说明E3电容损坏。由1-6图和1-7图看出调频波频率由定时电容、定时电阻决定。1.3 集成锁相环调频实验FM31.3.1 电路工作原理频是用反映信息的低频信号（调制信号）去控制高频振荡的输出频率，并使之随调制信号的变化规律而变化。它的逆过程称为频率解调也称为频率检波或鉴频。本
20、实验模块是采用LM4046数字集成锁相环（PLL）来实现调频与鉴频。锁相环的内部电路主要由鉴相器和压控振荡器VCO两部分组成。详细内容可参考有关课程的相关内容。锁相环调频原理框图如图1-10所示。将低频调制信号加到压控振荡器的控制端，使压控振荡器的输出频率在自由振荡频率（中心频率）fO上下随调制信号而变化，即生成了调频波。当高频载波频率与自由振荡频率相近时，压控振荡器的振荡频率与载波频率锁定。图6-1中的低通滤波器只保证压控振荡中心振荡频率与载波频率锁定时所产生的相位误差电压通过，它与调制信号经由加法电路，去控制压控振荡器的频率，从而获得与载波频率具有同样频率稳定度的调频波。 图1-10 锁相
21、环调频原理框图1.3.2 测试项目将TP7电压用万用表调至5.3V；分别用示波观测TP3、TP5、TP6、TP7波形如下图1-11和图1-12所示（TP6，TP7输出波形不是正确的输出）： 图1-11 TP3自由震荡的波形 图1-12 TP5鉴相器输出波形1.3.3 测试结果分析需要明的是K1可短路外载波，以便测量压控振荡器的自由振荡的频率。K2可短路外加音频信号，以便测量压控振荡器的同步带和捕捉带。由于是环路锁相，改变滤波器时间常数可改变VCO自由振荡的频率。因此，调节R8，可改变VCO自由振荡频率。当改变VCO的C1、R5、R6可在较大范围内改变输出频率。测试后发现TP6和TP7输出的不是
22、积分波形，由此MC1741芯片损坏。1.4 分立元件相位鉴频实验FMDEM11.4.1 电路工作原理实际电路原理图如图1-13所示。 图1-13 分立元件相位鉴频电原理图 J1为相位鉴频器调制波的输入端，C1提供合适的容性负载；BG1和BG2接成共集共基电路，以提高输入阻抗和展宽频带，R1和R2提供公用偏置电压，C3用以改善输出波形。BG2集电极负载以及之后的电路在原理分析中都已阐明，这里不再重复。1.4.2 测试项目1) 用扫频仪测其10MHZ附近的线性扫频仪输出探头接至TP1，检波换为开路探头（普通探头）接至TP3，观测线性曲线。2) 相位鉴频器的解调功能测量：FM1的输出的TP2给FMD
23、EM1（TP1）做为输入，解调输出（TP3）的波形如图1-14和图1-15所示，正弦波 频率为1K幅度为0.2V左右 图1-14 TP3输出波形 图1-15 输入与解调输出对比1.4.3 测试结果分析由测试波形可以看出，TP3的解调输出波形的频率为1KHz，与输入音频信号的频率相等，说明FMDEM1电路板完成解调即鉴频功能。由电路图可以看出J1为相位鉴频器调制波的输入端，C1提供合适的容性负载；BG1和BG2接成共集共基电路，以提高输入阻抗和展宽频带，R1和R2提供公用偏置电压，C3用以改善输出波形。1.5 乘积型相位鉴频实验FMDEM21.5.1电路工作原理 图1-16 乘积型相位鉴频器实验
24、电原理图 如图1-16所示是电路原理图，图中用到的主要是鉴频的原理。鉴频是调频的逆过程，广泛采用的鉴频电路是相位鉴频器。鉴频原理是：先将调频波经过一个线性移相网络变换成调频调相波，然后再与原调频波一起加到一个相位检波器进行鉴频。因此，实现鉴频的核心部件是相位检波器。 相位检波又分为叠加型相位检波和乘积型相位检波，利用模拟乘法器的相乘原理可实现乘积型相位检波，其基本原理是：在乘法器的一个输入端输入调频波，设其表达式为式中， 为调频系数， 或 ，其中 为调制信号产生的频偏。1.5.2 测试项目1) 通电先测MC1496的静态工作点：妇V1V4、V6V12、V8V10，调节RW1，测试结果为：V1=
25、V4=-1.08V；V6=V12=8.76V；V8=V10=5.99V。2) 扫频仪输出探头接至TP1，检波探头接至电容C2和电阻R7之间。调节T601使回路谐振在10M频率处。3) TP1输入， =40mV的载波，调节平衡电位器RW1使载波抑制最佳（VO=0）。4) 高频信号源采用外调制，给其输入1K的音频信号，改变其幅度和调节T601使输出幅度最大，失真最小，TP2波形输出如图1-17所示（增大音频信号幅度，输出TP2的波形将越好）。利用乘积型鉴相器实现鉴频的方法称为乘积型相位鉴频法或积分(Quadrature)鉴频法。在乘积型相位鉴频器中，线性相移网络通常是单谐振回路(或耦合回路)，而相
26、位检波器为乘积型鉴相器。 图1-17 TP2输出波形1.5.3 测试结果分析由测试波形和测试的静态电压分析可知该电路可以实现鉴频，发并且当在一定范围内增大输入的音频信号TP输出波形的幅度也随之增大，并且输出幅度越大时，失真越小。由电路图其中C2与并联谐振C4、T601共同组成线性移相网络，将调频波的瞬时频率的变化转变成瞬时相位的变化。分析表明，该网络的传输函数的相频特性的表达式为： 当时，上式可近似表示为式中，为回路的谐振频率，与调频波的中心频率相等；为回路的品质因数；为瞬时频率偏移。MC1496的作用是将调频波与调频调相波相乘，其输出端接集成运放构成的差分放大器，将双端输出变成单端输出，再经
27、R0C0滤波网络输出。1.6 集成锁相环鉴频实验FMDEM31.6.1 电路工作原理调频是用反映信息的低频信号（调制信号）去控制高频振荡的输出频率，并使之随调制信号的变化规律而变化。它的逆过程称为频率解调也称为频率检波或鉴频。本实验模块是采用LM4046数字集成锁相环（PLL）来实现调频与鉴频。锁相环的内部电路主要由鉴相器和压控振荡器VCO两部分组成。基本线路在前面已分析清楚。这里需要进一步说明的是由于是环路锁相，改变滤波器时间常数可改变VCO自由振荡的频率。因此，调节R4，可改变VCO自由振荡频率。当改变VCO的C1、R1、R2可在较大范围内改变输出频率。如图1-18是实验用电路图。 图1-
28、18 集成锁相环鉴频实验电原理图1.6.2 测试项目通电调节R4，使LM4046的9脚为5.6V，测试TP2，TP3，TP4的波形分别如图1-19，图1-20，图1-21所示： 图1-19 TP2输出波形 图1-20 TP3鉴相器输出波形 图1-21 TP4鉴相器输出积分波形1.6.3 测试结果分析由电路图可知因此，调节R4，可改变VCO自由振荡频率。当改变VCO的C1、R1、R2可在较大范围内改变输出频率由测试图可知TP4鉴相器输出不是规则的积分波形，当调节电位器R4时，波形无变化而TP3却有正确的输出，因此可能是电位器损坏，或者电容C3损坏。又由FM3实验的测知FM3电路器件损坏，因此TP
29、5无正常输出。2 FSK1电路仿真分析2.1电路工作原理 FSK调制电原理框图如图所示。 图2-1 FSK电原理框图由图可知，输入的基带信号由转换开关J6转接后分成两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出f1=32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出f2=16KHz，于是可在输出端得到已调的FSK信号。电路中的两路载频（f1、f2）由CLK模板产生，经过J1，J2送入。两路载频分别经射随、选频滤波、射随、再送至模拟开关U1：A与U1：B（4066）。FSK1用
30、Multisim仿真图如图2-4所示，它是FSK调制部分，而基带信码信号产生电路图如图2-5所示。把两级电路连在一起就可以输出调制信号。每个载频产生电路都有两级由三极管组成的射随器,射极跟随器（又称射极输出器，简称射随器或跟随器）是一种共集接法的电它从基极输入信号，从射极输出信号。随射器起放大电流和功率的作用。它具有高输入阻抗、低输出阻抗、输入信号与输出信号相位相同的特点。如图2-5就是一个典型的射随器，图中可以看出三极管的基极做输入，发射极作输出，所以电路时一个共集电路。 图2-5 典型随射器电路芯片4066起到电子开关的作用。CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。
31、引出端排列与CC4016一致，但具有比较低的导通阻抗。另外，导通阻抗在整个输入信号范围内基本不变。CD4066由四个相互独立的双向开关组成，每个开关有一个控制信号，开关中的p和n器件在控制信号作用下同时开关。这种结构消除了开关晶体管阈值电压随输入信号的变化，因此在整个工作信号范围内导通阻抗比较低。与单通道开关相比，具有输入信号峰值电压范围等于电源电压以及在输入信号范围内导通阻抗比较稳定等优点。这样就可以通过基带信号来控制输出，当基带高电平时，输出32KHZ的调制信号，相反基带为低电平时，输出的是16KHZ调制信号。此时4066相当于一个有点平控制的开关，所以称它为电子开关。 图2-4 FSK调制电路 图2-5 基带信码信号产生电路2.2 测试项目测试FSK调制电路TP1TP7各测量点波形，并作详细分析。 测量点说明： TP1：32KHz方波信号 TP2：16KHz方波信号 TP3：作为fc1=32KHz载频信号，幅度不等时，可调节电位器R6。 TP4：作为fc2=16KHz载频信号，幅度不等时，可调节电位器R13。 TP6：F=2KH
