1、信号发生器1*实践教学*兰州理工大学计算机与通信学院2012年秋季学期通信系统基础实验设计项目设 计 报 告设计题目：基于压控振荡器的调频波信号发生器专业班级：通信工程（10）级（1）班成员名单：指导教师：目录一、设计实验目的 3二、设计指标 3三、系统总述产生 43.1、总体设计方框图 43.2、理论简述 4四、详细单元电路设计 44.1、基本放大电路的原理 44.2、载波产生电路的原理 54.3锁相环电路原理 64.4、倍频电路原理 7五、整体电路设计及仿真图 85.1单元电路仿真 85.2 整体电路设计 10六、设计总结 10七、参考文献 11 一、设计实验目的通过调频发射机电路的设计，
2、使得建立无线电发射机的整机概念，了解发射机整机各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算发射的各单元电路；包括LC振荡电路、变容二极管调频电路、射级跟随电路、高频功放电路十设计、元器件选择。发射机是日常生活中常见的也是应用非常广泛的电子器件，研究本课题既可以了解小信号发射机电路，又可以提高对于Multisim的应用能力和运用书本知识的能力二、设计指标 2.1 2.2三、系统总述产生3.1、总体设计方框图图1总体设计3.2、理论简述四、详细单元电路设计4.1、基本放大电路的原理 音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音 量和功率级都要理想如实、有效且失真低。其
3、一种简单模拟实现方案是采用 线性模式的晶体管，得到与输入电压成比例的输出电压，即A类放大器，是指电 流连续地流过所有输出器件的一种放大器， 这种放大器，由于避免了器件开关所 产生的非线性，只要偏置和动态范围控制得当，仅从失真的角度来看，可认为它。是一种良好的线性放大。 图2 基本放大电路的Multisim原理图Ql音频放大管，选用了2SC1815型， 150；电阻R1可改变频率接收的灵 敏度,电阻R2、 R3为晶体管提供静态偏置， 控制R3 的大小可以控制输入信号的大小； C1为耦合电容，采用了CDll型电解电容。4.2、载波产生电路的原理 振荡电路的功能是：在没有外加输入信号的情况下，电路自
4、动将直流电源提供 的能量转换为具有一定振幅、一定频率和一定波形的交变信号输出。由LC振荡电路产生 LC调频振荡器一般由LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路两大部分组成。 其中，LC正弦波振荡器用于产生一定频率的幅度和信号，无须外加输入信号的控 制，就能自动将电能转换为所需要的交流能量输出。 图3 LC振荡器电路的Multisim原理图4.3锁相环电路原理锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL） 。锁相环的特点是：利用 外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输 出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁 相环在工作的过程中，当输出
5、信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与 输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁 相环名称的由来。 锁相环通常由鉴相器（PD） 、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分 组成。首先在Multisim软件中构造锁相环的仿真模型(图10)。锁相环包含三个主 要的部分： （1）鉴相环(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来 比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相 位差。 （2）低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高 频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时
6、也包含运算放 大器。 （3）压控振荡器（VCO） ：振荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率 与控制电压之间成线性关系。图中，鉴相器由模拟乘法器A1实现，压控振荡器为 V3，环路滤波器由R1、C1构成。环路滤波器的输出通过R2、R3串联分压后加到压 控振荡器的输人端，直流电源V2用来调整压控振荡器的中心频率。仿真模型中， 增加R2、R3及V2的目的就是为了便于调整压控振荡器的中心频率。 直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低，而采用晶体振荡器的调频电 路，其调频范围又太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。其结构原理如 图2所示。 图4 锁相环电路框图实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处
7、于低通滤波器通带之外，也就是 说，锁相环路对慢变化的频率偏移有响应，使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上。而随着输入调制信号的变化，振荡频率可以发生很大偏移。 根据图2建立的仿真电路如图3所示。图中，设置压控振荡器V1在控制电压为0时， 输出频率为O；控制电压为5V时，输出频率为50kHz。这样，实际上就选定了压控 振荡器的中心频率为25kHz，为此设定直流电压V3为25V。调制电压V4通过电阻 R5接到VCO的输入端， R5实际上是作为调制信号源V4的内阻， 这样可以保证加到VCO 输入端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和，从而满足了原理图的要 求。本电路中，相加功能也
8、可以通过一个加法器来完成，但电路要变得相对复杂一 些。 图5锁相环调频电路VCO输出波形和输入调制电压V4的关系如图4所示。由图可见，输出信号频 率随着输入信号的变化而变化，从而实现了调频功能。4.4、倍频电路原理倍频器实质上就是一种输出信号等于输入信号频率整数倍的电路，常用的是 二倍频和三倍频器。倍频器的主要作用是为了提升载波信号的频率，使之工作于 对应的信道；同时经倍频处理后，调频信号的频偏也可成倍提高，即提高了调频 调制的灵敏度，这样可降低对调制信号的放大要求。采作倍频器的另一个好处是： 可以使载波主振荡器与高频放大器隔离，减小高频寄生耦合，有利于减少高频自 激现象的产生，提高整机工作稳
9、定性。正弦波二倍频,可以用乘法器实现。 但是 乘法器输出的二倍频正弦信号幅值要比输入低1/2，同时,乘法器还输出1/2输入 幅值的直流信号,使用时要用隔直电路将其消除。本次课程设计我们采用的正是使 用乘法器实现二倍频。二倍频电路如图15所示。其仿真波形如图16所示。 图 6 二倍频电路五、整体电路设计及仿真图 5.1单元电路仿真 图7 基本放大电路的仿真结果 图8 LC振荡电路产生高频载波的仿真结果 图9 锁相环调频电路仿真图 图10 二倍频仿真5.2 整体电路设计 图11总体设计六、设计总结通过这次设计调频发射机的课程设计，收获良多，作为通信工程专业的学生，信号的接收调制传送接收理应是好生掌
10、握的看家本领。但这次最大的收获便是意识到自己在知识运用上的不扎实。 本次课程设计是通信原理的课程设计，基于通信原理的只是调频发射机的工作原理不难理解与掌握，但功能电路的实现需要利用高频电路原理与分析中的知识来完成。高频的学习难度相对较大，利用高频的只是设计复杂的电路时，一开始感觉很棘手。 于是我们小组分工合作，通过在互联网上查资料，在电子阅览室搜索相关论文，在阅览室查找相关书籍，几天下来，渐渐的对本次课程设计有了一定的把握，提升了自身提出问题解决问题的能力，也在小组合作中体会着集体的力量，期间遇见过种种困难，也不乏抱怨，但始终不曾想过放弃，四五天下来，得到锻炼的不只是我们的知识水平，实践能力，
11、还有对待棘手问题的不躁不弃。 另外，此次试验的仿真我们选用了仿真软件Multisim，上个学期的电路课程设计曾经初步接触过这个仿真软件，此次，对它强大的仿真功能有了更进一步的了解与掌握，绘制电路阶段，不断的查找其元件库中元件的详细参数，对我们所需的元器件有了一定的把握，对此仿真软件使用熟练程度也得到了加强。调制波形的过程复杂而棘手，很多时候自己感觉没有问题的原理图却怎么也得不到理想中的仿真图，这就需要我们耐心的差错调制，每一个正确波形的仿真成功都曾给我们带来不小的成就感。 总而言之，通过这次通信原理的课程设计，深切感受到理论应用于实际中的难度，并认识到理论联系实际的重要性。我们做的调频发射机所应用到的理论知识都是书中经典的知识点，因此对课本知识也有了进一步的理解，同时也意识到自己对课本知识理解不够到位，知识面不够广，分析电路也有点吃力，我想这对我以后的学习有很大的促进作用。七、参考文献1 谢自美，电子线路设计实验测试TP，武汉：华中理工大学出版社，2000.5 2 曾兴雯，高频电路原理与分析TP，西安：西安电子科技大学出版社，2010.8 3 黄智伟，全国大学生电子设计竞赛TP，北京“北京航空航天大学出版社，2006.12 4 刘泉，通信电子线路TP，武汉：武汉理工大学出版社，2005.6
