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
参考文献
[1] 李银华.《电子线路设计指导》[M].北京：航空航天大学出版社 ,2005 [2] 谢自美.《电子线路设计·试验·测试》[M].湖北：华中科技大学出版社，2003 [3] 张肃文.《高频电子电路》[M].北京：高等教育出版社，2004 [4] 阳昌汉.《高频电子电路》[M].哈尔滨：工程大学出版社，2001 [5] 张凤言.《电子电路基础》[M].北京：高等教育出版社，1995 [6] 阳昌汉.《高频电子线路学习与解题指导》[M].哈尔滨:工程大学出版,2004 [7] 杨翠娥.《高频电子线路实验与课程设计》[M].哈尔滨：工程大学出版社，2001 [8] 罗伟雄.《原理与电路》[M].北京：理工大学出版社，1999
元件封装 (Footprint) RB7.6-15
2
C, C1, C2, C3, Cap
RAD-0.3
C4, C6, C10, C11,
C12, C13, Cb,
Cb3, Cc, Ce3, Ce4
3
Dc
2CC1C
SOT23A
4
L
Inductor
0402-A
5
L1, L2, L3
Inductor Iron AXIAL-0.9
(3.1)
根据式（3.1）可得，相应的变容二极管结电容变化规律为
(1) 当调制信号电压为 u t 0 时，即为载波状态。此时 ur t VQ ，对应的变容二极管
结电容为
Cj
C j0
1
VQ VD
n
(2) 当调制信号电压 u t U m cos t 时，对应的变容二极管的结电容与载波状态时变
变容二极管调频课程设计..
成绩评定表课程设计任务书目录摘要 (4)1 •弓I言 (5)2 • Protel 99 SE 简介 (6)3•实验步骤 (7)3.1 Protel 99 SE 绘图环境设置 (7)3.1.1新建一个设计库 (7)3.1.2 添加元件库 (10)3.2绘制原理图 (12)3.2.1 选取元件 (12)3.2.2摆放元件 (13)3.2.3元件连接 (13)3.2.4放置输入/输出点 (14)3.2.5更改元件属性 (15)3.2.6 ERC（电气规则检查） (16)3.3 PCB 制图 (16)3.3.1自动生成PCB文件 (16)3.3.2自动布线 (18)3.4仿真应用 (20)4 •课设总结 (22)5 •参考文献 (22)摘要本次课设的要求和目的是掌握Protel的应用。
本文以Protel99SE为例，详细具体地介绍这个软件的用法与应用。
文章首先介绍了Protel99SE基本知识，然后提出需用该软件解决的实际问题，结合实际问题一步步介绍Protel99SE的用法，如：基础原理图设计，印制电路板基础，PCB元件的制作，电路仿真分析，综合案例演练等。
接着分析应用Protel99SE软件的过程中可能遇到的问题及一些应对方法。
课设最后进行总结，检查课设的完整性和彻底性，检验自己对Protel99SE软件的掌握程度及应用情况。
Protel 99 SE 应用课程设计――变容二极管的调频电路1 •引言人类社会已进入到高度发达的信息化社会，信息社会的发展离不开电子产品的进步。
现代电子产品在性能提高、复杂度增大的同时，价格却一直呈下降趋势，而且产品更新换代的步伐也越来越快，实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展。
前者以微细加工技术为代表，目前已进展到深亚微米阶段，可以在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管；后者的核心就是EDA技术。
EDA是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作：IC设计，电子电路设计以及PCB设计。
变容二极管调频电路的设计
目录摘要 (2)1 系统设计 (2)1.1 总体设计方案 (2)1.1.1 设计思路 (2)1.1.2 系统各模块论证与选择 (3)1.1.3 系统各模块的组中组成 (4)2 设计实现与理论计算 (4)2.1 LC振荡电路部分 (4)2.2 放大器电路部分 (4)3 电路工作过程与理论计算 (4)4 测试与数据分析 (5)4.1 测试仪器 (5)4.2 测量结果 (5)4.3 误差分析 (6)4 结论 (6)参考文献 (6)附录 (7)元器件清单 (10)变容二极管调频电路的设计摘要：本设计基于LC振荡器原理，通过变化变容二极管两端的电压来改变电容，以达到改变频率，从而实现设计的要求。
整个设计由三点式振荡器模块、放大器模块组成，完成了调频的要求。
随着电子与通信技术的不断进步，各种电子新产品的开发速度越来越快。
现代计算机和微电子技术的进一步结合和发展，使得电子电路和通信线路的设计出现了两个分支。
一个是朝着更高集成度的集成电路发展；而另一个是利用分立元件和硬件描述语言对新型器件进行专门设计.调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点,获得了快速的发展。
调频电台的频带通常大约是200～250kHz,其频带宽度是调幅电台的数十倍,便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制,在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾,因此音频信号的频率局限于30～8000Hz的范围内。
在调频时,可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz,使音频信号的频谱分量更为丰富,声音质量大为提高。
目前,许多中小功率的调频发射机都采用变容二极管直接调频技术,即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频,采用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。
较之中频调制和倍频方法,这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便,是一种较先进的频率调制方案.调频器广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等电子设备。
由于抗干扰能力强、功率利用率高、信息传输保真度高等优点，频率调制广泛应用于各种通信系统和电子设备中。
武大电子信息学院毕业设计-《变容二极管调频倍频》
27
Part 4:变容二极管调频的实现
C C CN C jQ C j Cm cost
f 1 • C f0 2 C
将（7）式代入（8）式，可得：
（8）
（7）
f
(t)
1 2
(
f0
/ C0
)Cm
cost
f
cost
（9）
频偏：
f
1 2
(
f
0
/
C0
)Cm
（10）
振荡频率： f t fo f t fo f cost
•调频
•（Frequency Modulation）
10
Part 2: 什么是调频？
直接调频
11
•
Part 3：
• 什么是倍频？
12
Part 3: 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。
• 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。
4
Part 1：什么是变容二极管？
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
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。
23
Part 4: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 C j ～R 曲线的线性段，暂不
变容二极管调频实验报告(高频电子线路实验报告)
变容二极管调频实验一、实验目的1、掌握变容二极管调频电路的原理。
2、了解调频调制特性及测量方法。
3、观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。
二、实验内容1、测试变容二极管的静态调制特性。
2、观察调频波波形。
3、观察调制信号振幅时对频偏的影响。
4、观察寄生调幅现象。
三、实验仪器1、信号源模块1块2、频率计模块1块3、 3 号板1块4、双踪示波器1台5、万用表1块6、频偏仪（选用）1台四、实验原理及电路1、变容二极管工作原理调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。
其频率的变化量与调制信号成线性关系。
常用变容二极管实现调频。
变容二极管调频电路如图1所示。
从P3处加入调制信号，使变容二极管的瞬时反向偏置电压在静态反向偏置电压的基础上按调制信号的规律变化，从而使振荡频率也随调制电压的规律变化，此时从P2处输出为调频波（FM）。
C15为变容二级管的高频通路，L2为音频信号提供低频通路，L2可阻止外部的高频信号进入振荡回路。
本电路中使用的是飞利浦公司的BB910型变容二极管，其电压-容值特性曲线见图12-4，从图中可以看出，在1到10V的区间内，变容二极管的容值可由35P到8P左右的变化。
电压和容值成反比，也就是TP6的电平越高，振荡频率越高。
图2表示出了当变容二极管在低频简谐波调制信号作用情况下，电容和振荡频率的变化示意图。
在（a ）中，U 0是加到二极管的直流电压，当u ＝U 0时，电容值为C 0。
u Ω是调制电压，当u Ω为正半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大；变容二极管的电容减小；当u Ω为负半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大。
在图（b ）中，对应于静止状态，变容二极管的电容为C 0，此时振荡频率为f 0。
因为LCf π21=，所以电容小时，振荡频率高，而电容大时，振荡频率低。
从图（a ）中可以看到，由于C-u 曲线的非线性，虽然调制电压是一个简谐波，但电容随时间的变化是非简谐波形，但是由于LCf π21=，f 和C 的关系也是非线性。
武大电子信息学院毕业设计《变容二极管调频倍频》[1]
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Part 4:变容二极管调频的实现
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Part 4:变容二极管调频的实现
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•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。
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武大电子信息学院毕业设计《变容二 极管调频倍频》[1、最常用的方法是利用变容二极管 的特性直接产生调频波
•其原理电路下图所示
???
•如何产生调频信号？
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Part 4:变容二极管调频的实现
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Part 4:变容二极管调频的实现
•（4）
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。
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•
Part 2：
• 什么是调频？
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Part 2: 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。
变容二极管调频电路设计
目录摘要 01、方案选择 (1)2、变容二极管直接调频原理 (1)3、变容二极管直接调频 (3)3.1 变容二极管工作原理 (3)4、电路实现 (4)4.1课程设计指标 (4)4.2元件参数选择 (5)4.3电路设计仿真图 (5)4.4电路仿真结果 (6)4.5 PCB如图4.4所示 (7)总结与体会 (8)参考文献 (9)摘要调频电路具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。
主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥控。
调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz 的范围内。
在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。
变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。
其优点是工作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大的频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。
较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。
本课题载波由LC电容反馈三端振荡器组成主振回路，振荡频率有电路电感和电容决定，当受调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡频率受调制信号的控制，从而实现调频。
关键词：变容二极管 LC电容反馈三端振荡器调频1、方案选择变容二极管调频方式有两种：间接调频和直接调频。
（1）间接调频先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。
根据前述调频与调相波之间的关系可知，调频波可看成将调制信号积分后的调相波。
这样，调相输出的信号相对积分后的调制信号而言是调相波，但对原调制信号而言则为调频波。
这种实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可以做得较高，但可能得到的最大频偏较小。
利用变容二极管实现的倍频器
利用变容二极管实现的倍频器
陈永泰;周明
【期刊名称】《科教文汇》
【年(卷),期】2006(000)003
【摘要】本文在详细讲解了变容二极管的基本结构后,介绍了变容二极管实现信号倍频的工作原理,然后结合一个实例分析了这种倍频电路的工作情况和实际电路中各元器件选择使用时应注意的情况,最后阐述了利用变容二极管实现信号倍频的优缺点。
【总页数】2页(P103-104)
【作者】陈永泰;周明
【作者单位】武汉理工大学信息工程学院;武汉理工大学信息工程学院;湖北武汉430070;湖北武汉430070
【正文语种】中文
【中图分类】TN771
【相关文献】
1.基于肖特基变容二极管和改进型CSMRs滤波器单级340GHz四倍频器 [J], 蒋均;刘杰;石向阳;陆彬;邓贤进;郝海龙;张健
2.使用VCO实现变容二极管直接调频 [J], 李峰;郭德淳
3.利用锁相倍频器代替直流测速电机的低速测速方法 [J], 刘绍勇
4.采用倍频器+PLL技术实现卫星通信Ku频段频率合成的一种方法 [J], 胡晓东;
佘胜团; 王明照; 李雪平
5.Q频段变容二极管二倍频器设计 [J], 郭健;许正彬;钱澄;窦文斌
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Part 5: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。
Part 5:变容二极管倍频的原理
思考：实现倍频功能选用哪种电路？
Part 5:变容二极管倍频的原理
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。
Part 4: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 C j ～R 曲线的线性段，暂不
考虑高频电压对变容二极管作用。
设
R VQ VQ cost
（5）
由图（c）可见：变容二极的电容随υR 变化。
1
体型小巧易于安装
易于实现自动电子调谐（Auto Electronic
2
Tuning），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
品质因素Q值不 够高
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
• 变容二极管调频倍频
2014年4月
•
Part 1：
•什么是变容二极管？
Part 1：什么是变容二极管？
1
变容二极管的定义
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变容二极管的工作原理
3
变容二极管的优缺点
1.变容二极管的定义
• 变容二极管(Varactor Diodes) 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。
Part 4:变容二极管调频的实现
由公式（4）可计算出 f0 （调频中又称为中心频率）。
即：
f0 2
1 L(CN C jQ )
Part 4:变容二极管调频的实现
f 1 • C f0 2 C
将（7）式代入（8）式，可得：
（8）
f
(t)
1 2
(
f0
/ C0
)Cm
cost
f
cost
（9）
频偏：
f
• 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
•
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：
Part 5: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。
Part 4:变容二极管调频的实现
Part 4:变容二极管调频的实现
Part 4: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。
Part 4:变容二极管调频的实现
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
•调频
•（Frequency Modulation）
Part 2: 什么是调频？
直接调频
•
Part 3：
• 什么是倍频？
Part 3: 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。
容易受温度影响
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。
•
Part 2：
• 什么是调频？
Part 2: 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。
（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。
•
Part 4：
• 变容二极管调频的实现
Part 4: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。
其原理电路下图所示
如何产生调频信号？
Part 4:变容二极管调频的实现
（3）
Part 4:变容二极管调频的实现
（4）
Part 4:变容二极管调频的实现
Part 4: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VQ 所对应的结电容为 Cj 。当反偏增加时，Cj 减小；反偏减小时， Cj 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 Cj ～R 曲线的线性段， Cj 将随
1 2
(
f
0
/
C0
)Cm
（10）
振荡频率： f t fo f t fo f cost
（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
•
Part 5：
变容二极管倍频的实现
Part 5:变容二极管倍频的实现
Part 1：什么是变容二极管？
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）。
变容二极
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。
Part 1：什么是变容二极管？
即：
Cj CjQ Cm cost
（6）
Part 4:变容二极管调频的实现
由公式（3）可得出此时振荡回路的总电容为
C CN C j CN C jQ Cm cost
由此可得出振荡回路总电容的变化量为：
C C CN C jQ C j Cm cost
（7）
Part 4:变容二极管调频的实现