使用VCO实现变容二极管直接调频_李峰.pdf

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1、应用天地APPLICATIONS使用VCO实现变容二极管直接调频DirectFrequencyModulationBasedonVaractor北京理工大学微波技术研究所李峰郭德淳摘要：介绍了一种使用VCO实现调频的锁相环电路并给出了关键技术，变容二极管直接调频和锁相，环路滤波器的设计及实验结果。该电路不仅具有低相位噪声、高稳定载波、很小的非线性失真，而且具有理想的音频调制频响。关键词：调频；变容二极管；自动相位控制调频广播具有抗干扰性能强、声音改变空间电荷区的宽度，从而改变势垒路中，不能工作于正向偏压区。如图2所清

2、晰等优点，获得了快速的发展。调频电容的大小。变容二极管是就是利用这示，为了保证变容二极管在调制电压变电台的频带通常大约是200～250kHz，种特性制成的特殊的PN结二极管，是一化过程中保持反向偏压，必须加上一个其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于种电抗可变的非线性电路元件，一般使大于调制信号振幅的反向直流偏压E。0传送高保真立体声信号。由于调幅波受用的材料为硅或砷化镓。图1是变容二极所以在单音调制时，变容二极管上的电到频带宽度的限制，在接收机中存在着管的特性曲线，图2是变容二极管直接调压u=E+UcosΩt，得到结电

3、容变化0Ω通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号频示意图。规律为的频率局限于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。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、维修图2变容二极管直接调频示意图方便，是一种较先进的频率调制方案。变容二极管在反向偏置时，结电容变容二极管直接调

4、频原理式中，称为电容调制度，二极管通过改变外加反向电压可以可用下式来表示：，其为静态工作点时的结中，V为PN结内建电位差，C为外加Dj0反向电压u=0时的结电容，n为电容变电容。化指数。n取决于变容二极管PN结的杂则振荡回路的谐振角频率为：质分布规律，对于缓变结n值等于1/，突3变结n值等于1/，超突变结n值在1～52之间。图1变容二极管电容变化曲线变容二极管在反向偏置直接调频电62今日电子2005/3APPLICATIONS应用天地器进行分频。分频器输出的方波信号送主要电路工作原理式中，是未受调制时的振荡入鉴相器中

5、，与基准晶体振荡器经过分本电路实际上是一个小功率调频发频后得到的基准信号进行比较，实现相射机，其调制部分采用了变容二极管直角频率，即载波角频率。将式中位锁定。鉴相器的输出信号经过环路滤接调频技术，主要功能是实现87～作为变量，并在处展开为泰波器送入压控振荡器中，控制压控振荡108MHz频段内以100kHz为间隔的调勒级数，得到：器的振荡频率，从而达到稳定频率的目频激励源；输入调频信号为音频的。(30Hz～15kHz)，要求实现最大频偏为75kHz，其框图如图4所示。下面简单分析一下各主要部分的工作原理。●VCO电路图

6、3锁相稳频电路结构框图VCO电路是实现频率调制与载波生成的关键性电路部分，其具体电路如图从上式可以看出，振荡器的频率变由于调频的结果使压控振荡器输出5所示。化量中不仅包含有与调制信号成正比的信号的瞬时频率总是偏离其基准值，而环4个性能一致的超突变结变容二极分量，而且含有调制信号的二次谐波及路的功能就是要抑制这种频偏，这就产生管MV209采取较为复杂的串并联形式，更高次谐波分量，同时还有中心频率的了一个矛盾。为了解决这个矛盾，应该使通过电路的复杂性来换取性能的改善，漂移。一般总是在保证最大角频偏调制信号的频谱处于环路通

7、带之外，也就并采用部分接入法接入谐振回路，即将是需要在鉴相器和压控振荡器之间加一个变容二极管C与容量较小的耦合电容C的前提下，选择具有较大1低通滤波器，将其滤除。环路只对引起压串联，再与一个电容C并联，构成回路2变容指数n的管子，减小电容调制度m，控振荡器平均中心频率不稳定的那一部分总电容。这样做不会改变变容二极管的从而减小中心频率的漂移，提高振荡器起作用，也就是说，已调信号在中心频率调频特性，虽然会在一定程度上减小调的频率稳定度，还要消除各次谐波失真附近很小的一个频偏范围内变化。频电路的最大频偏，但是可以改善变容分

8、量，实现线性调频。二极管结电容随温度变化而带来的中心频率漂移问锁相稳频技术题，同时通过调整耦合电对于变容二极管直接调频电路来说，容C的大小，可以保证变1由于调制器是由普通的LC自激振荡器容二极管工作在线性区，和并联的变容二极管组成，所以有很多并控制频偏大小。在保证因素会引起振荡频率发生变化，这些因图4调频发射机结构框图最大频偏的前提下，尽量素包