通信电子线路课设说明书.doc

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1、摘要 社会发展到今天，现代化的通讯工具在我们的生活中显得越来越重要。为了提高高频电子线路课程的教学质量， 把电路仿真软件Multisim 11 用于教学实践， 设计实现了平衡调幅电路、乘积型同步检波电路、调频信号产生电路及锁相环鉴频电路。基于采样点数、最高显示频率及频率分辨率的关系， 确定了频谱分析仪的默认采样频率， 并给出清晰的测试点频谱图。在教学实践中， 通过对仿真电路的理论分析和生动直观地展现仿真结果， 不仅使学生加深了对理论知识的理解， 还有助于提高学生的电路设计能力。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。普通的变容管直接调频

2、电路具有线路简单,容易得到大频偏,不需要调制功率等优点。但由于变容二极管的结电容与其反向偏压之间的非线性关系,导致调制过程中产生中心频率偏移、非线性失真,以及难以兼顾大频偏和减小非线性失真等缺点。用锁相环作频率调制器能够在不同程度上克服这些缺点。因此，对于调频电路的研究、设计，具有重大的意义。鉴频的方法很多，但应用得比较普遍的方法是：首先进行波开变换，将等幅FM波变成幅度按调制信号规律变化的调幅调频波，然后用包络检波器将幅度变化检取出来，即得所需的原调制信号。按如上原理构成的鉴频器有：斜率鉴频器、相位鉴频器、比例鉴频器和晶体鉴频器。基于Multisim 11仿真的结果，本次课程设计采用斜率鉴频

3、器。此次通信电子线路的课程设计要求设计出具有一定实用价值的调频器和鉴频器，以实现对音频信号的频率调制与解调，具有一定的现实意义。关键词：仿真软件Multisim11、调制、解调、锁相环、FM调频波、鉴频目录目录1第一章 调制技术简介21.1 调制和解调的概念21.2 调制技术21.2.1 调制21.2.2 基本定义31.2.3 FM调变的理论31.3 调制与解调方式51.3.1 调制方式51.3.2 解调方法51.4 调制原理形式51.5 调制的作用6第二章 调频技术介绍82.1 调频与鉴频的概念82.1.1 调频的概念82.1.2 鉴频的概念82.2 调频与鉴频电路82.2.1 调频电路82

4、.2.2 鉴频电路92.3 调频方法92.3.1 角度调制原理102.3.2 调频方法-频率调制方法及原理142.4 锁相环介绍172.4.1 简介182.4.2 用途182.4.3 基本工作原理19第三章 基于Multisim11的仿真电路实现203.1 Multisim11 仿真软件简介203.1.1 Multisim 11203.1.2 基于Multisim 11 的高频电路仿真203.2 调制的实现203.2.1 调频原理213.2.2 调制电路213.2.3 仿真波形223.3 解调的实现22第四章 课程设计总结25参考文献26第一章 调制技术简介1.1 调制和解调的概念为了实现信息

5、的远距离传输，在发信端通常采用调制的方法对信号进行调制，收信端接收到信号后必须进行解调才能恢复原信号。所谓的调制就是用携带信息的输入信号ui来控制载波信号uc的参数，使载波信号的某一个参数随输入信号的变化而变化。载波信号的参数有幅度、频率和位相，所以，调制有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种。调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等，幅度随输入信号幅度的变化而变化；调频波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，频率随输入信号幅度的变化而变化；调相波的特点是幅度与载波信号的幅度相等，相位随输入信号幅度的变化而变化。解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用

6、所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。解调是调制的逆过程，它可将调制波uo还原成原信号ui。1.2 调制技术调制技术是把基带信号变换成传输信号的技术。被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。已调信号通过信道传送到接收端，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。解调是调制的反变换，是从已调波中提取调制信号的过程。在无线电通信中常采用双重它将模拟信号抽样量化后，以二进制数字信号“1”或“0”对光在波进行通断调制，并进行脉冲编码（PCM）。数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。它的缺

7、点是需要较宽的频带，设备也复杂。1.2.1 调制调制就是对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的形式的过程。一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。 调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频

8、谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。1.2.2 基本定义基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。 被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。已调信号通过信道传送到接收端

9、，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。解调是调制的反变换，是从已调波中提取调制信号的过程。在无线电通信中常采用双重调制。第一步用数字信号或模拟信号去调制第一个载波(称为副载波）。或在多路通信中用调制技术实现多路复用（频分多路复用和时分多路复用）。第二步用已调副载波或多路复用信号再调制一个公共载波，以便进行无线电传输。第二步调制称为二次调制。用基带信号调制高频载波，在无线电传输中可以减小天线尺寸，并便于远距离传输。应用调制技术，还能提高信号的抗干扰能力。 1.2.3 FM调变的理论 图1所示的为FM调变的考查方法。其中的Vc为载波，Vs真为信号波。对于各信号可以如下表示。图1 FM调变(FM调变

10、为利用信号而改变频率。由于振幅为一定，较容易去除噪声成分。) 此时的载波频率fc称之为中心频率。 今将此一载波做FM调变。也即是，使载波频率fc会随着信号波的大小而改变。频率变化时角频率w也会变化，因此， 或者 此时的频率变化f称之为最大频率偏移。经过调变后的信号，称之为被调变波Vm，可以用下式子表示。 被调变波Vm会随信号波Vs而变化，其瞬间相位为时间积分。因此，相位角 成为 所以，被调变波Vm可以如下表示， 此时的 称之为调变指数。1.3 调制与解调方式1.3.1 调制方式调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅(AM

11、)、调频(FM)和调相(PM)。数字调制有振幅键控（ASK）、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)和差分移相键控 (DPSK)等。脉冲调制有脉幅调制(PAM)、脉宽调制（PDM）、脉频调制（PFM）、脉位调制(PPM)、脉码调制(PCM)和增量调制（M）。 按照传输特性，调制方式又可分为线性调制和非线性调制。广义的线性调制，是指已调波中被调参数随调 制信号成线性变化的调制过程。狭义的线性调制,是指把调制信号的频谱搬移到载波频率两侧而成为上、下边带的调制过程。此时只改变频谱中各分量的频率，但不改变各分量振幅的相对比例，使上边带的频谱结构与调制信号的频谱相同，下边带的频谱结构则是调制信号频谱的镜

12、像。狭义的线性调制有调幅(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带调制(SSB)。1.3.2 解调方法 解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。对于多重调制需要配以多重解调。解调的方式有正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调技术。1.4 调制原理形式一般指调制信号和载波都是连续波的调制方式。它有调幅、调频和调

13、相三种基本形式。 （1）调幅(AM)：用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化。已调波称为调幅波。调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形。调幅系统实现简单,但抗干扰性差,传输时信号容易失真。 （2）调频(FM)：用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。已调波称为调频波。调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，因此必须工作在超短波波段。抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。 （3）调相(PM)：用调制信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号

14、变化。已调波称为调相波。调相波的振幅保持不变，调相波的瞬时相角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例。在调频时相角也有相应的变化，但这种相角变化并不与调制信号成比例。在调相时频率也有相应的变化，但这种频率变化并不与调制信号成比例。在模拟调制过程中已调波的频谱中除了载波分量外在载波频率两旁还各有一个频带，因调制而产生的各频率分量就落在这两个频带之内。这两个频带统称为边频带或边带。位于比载波频率高的一侧的边频带，称为上边带。位于比载波频率低的一侧的边频带，称为下边带。在单边带通信中可用滤波法、相移法或相移滤波法取得调幅波中一个边带，这种调制方法称为单边带调制(SSB)。单边带调制常用于有线载波电

15、话和短波无线电多路通信。在同步通信中可用平衡调制器实现抑制载波的双边带调制(DSB-SC)。在数字通信中为了提高频带利用率而采用残留边带调制(VSB),即传输一个边带（在邻近载波的部分也受到一些衰减）和另一个边带的残留部分。在解调时可以互相补偿而得到完整的基带。1.5 调制的作用信号调制可以将信号的频谱搬移到任意位置，从而有利于信号的传送，并且使频谱资源得到充分利用。例如，天线尺寸为信号的十分之一或更大些，信号才能有效的被辐射。对于语音信号来说，相应的天线尺寸要在几十公里以上，实际上不可能实现。这就需要调制过程将信号频谱搬移到较高的频率范围。如果不进行调制就把信号直接辐射出去，那么各电台所发出

16、信号的频率就会相同。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号，不致互相干扰。这也是在同一信道中实现多路复用的基础。调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。如：宽带调频具有较强的抗干扰性能；AM调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形；抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。第二章 调频技术介绍2.1 调频与鉴频的

17、概念2.1.1 调频的概念用调制信号去控制载波的频率或相位而实现的调制分别称为调频或调相。由于调频或调相两种调制都改变了载波的瞬时相位，通称角度调制。在模拟调制中，调频具有较为优越的性能，因此，调频技术广泛应用于立体声广播、电视伴音、无线麦克风、微波传输及卫星通信。同样，完整的调频通信系统也由发射机与接收机两部分组成，与调幅通信系统比较，除了调制与解调的原理方法不同外，其他部分如超外差变频接收技术、中频放大电路等基本相同。调频是使载波频率随调制信号的幅度变化，而振幅则保持不变。鉴频则是从调频波中解调出原来的低频信号，它的过程和调频正好相反。 2.1.2 鉴频的概念把含有信息的低频信号从经过传输

18、的调频波中解调出来，还原含有信息的低频信号，称为鉴频。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。2.2 调频与鉴频电路2.2.1 调频电路发射机的功能是将原始信号调制成频率携带消息的信号，该过程称作调制过程，实现这一功能的电路称作调频电路。 调频电路是使受调波的瞬时频率随调制信号而变化的电路。调频器分为直接调频和间接调频两类。直接调频是用调制信号直接控制自激振荡器的电路参数或工作状态，使其振荡频率受到调制，变容二极管调频、电抗

19、管调频和张弛调频振荡器等属于这一类。在微波波段常用速调管作为调频器件。间接调频是用积分电路对调制信号积分，使其输出幅度与调制角频率成反比，再对调相器进行调相，这时调相器的输出就是所需的调频信号。间接调频的优点是载波频率比较稳定，但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。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。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200250kHz，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

20、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308000Hz的范围内。在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至3015000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。2.2.2 鉴频电路能够完成鉴频功能的电路叫鉴频器或鉴频电路，有时也叫频率检波器。鉴频的方法通常分二步，第一步先将等幅的调频波变成幅度随频率变化的调频调幅波，第二步再用一般的检波器检出幅度变化，还原成低频信号。常用的鉴频电路有比例鉴频电路和相位鉴频电路，它们的工作原理相同，都是先把等幅的调频波变换成幅度按调制信号规律变化的调频调幅波，然后，用振幅检波器把幅度的变化检出来，得到原来的调制信号。

21、2.3 调频方法因为频率调制不是频谱线性搬移过程，它的电路就不能采用乘法器和线性滤波器来构成，而必须根据调频波的特点，提出具体实现的方法。对于调频电路的性能指标，一般有以下几方面的要求：1具有线性的调制特性。即已调波的瞬时频率与调制信号成线性关系变化。2具有较高的调制灵敏度。即单位调制电压所产生的振荡频率偏移要大。3最大频率偏移与调制信号频率无关。4未调制的载波频率应具有一定的频率稳定度。5无寄生调幅或寄生调幅尽可能小。2.3.1 角度调制原理1、调频波的数学表达式设载波信号电压为 uc(t)Ucmcos(ct+0) （2.3.1）式中，ct+0为载波的瞬时相位；c为载波信号的角频率；0为载波

22、初相角（一般地，可以令0=0）。设调制信号(低频信号)电压为u(t)=Umcost （2.3.2）式中，为调制信号的角频率。根据调频的定义，载波信号的瞬时角频率随调制信号u(t)线性变化，则瞬时角频率用下式表示 (t)=c+(t)=c+kfu(t) （2.3.3）式中，kf为与调频电路有关的比例常数，单位为rad/(sV)；(t)=kfu(t)，称为角频率偏移，简称角频移。(t)的最大值叫角频偏，m=kf|u(t)|max，它表示瞬时角频率偏离中心频率c的最大值。对式（2.3.3）积分可得调频波的瞬时相位为 = （2.3.4）则调频波的表达式可表示为 （2.3.5）式中为调频波的最大相移，又称

23、调频指数，显然与成正比，与成反比。图2-3-1为调制信号与调频波之间关系的波形图。图 2-3-1 调频波的波形2、调相波的数学表达式根据调相的定义，若载波信号的瞬时相位随调制信号线性变化，则瞬时相位用下式表示 = （2.3.6） 式中，Kp为由调相电路决定的比例常数，量纲为rad/V。Kp 为调相波的相移，而是调相波的最大相移，又称调相指数，与成正比。则调相波的表达式可表示为 （2.3.7)对式（2.3.6）求导可得调相波的瞬时角频率为 （2.3.8）式中为调相波的最大角频偏，与的乘积成正比。图2-3-2为调制信号与调相波之间关系的波形图。图2-3-2 调相波的波形图3、调角波的频谱与带宽我们

24、首先分析调频信号的频谱，由单频余弦调制的调频信号 表示式利用三角函数变换式cos (A+B)=cosAcosB-sinAsinB，将上式变换为 （2.3.9）上式可按傅立叶级数展开，由贝塞尔函数理论，有下述关系： (2.3.10) (2.3.11)代入式中，再利用三角函数的积化和差公式得 (2.3.12)由上式可以看出：在单频余弦信号调制的情况下，调角信号可以分解为角频率为的载频分量与角频率为的无限对上、下边频分量之和，这些边频分量和载频分量的角频率相差(其中n=l，2，3，)。当n为偶数时，上、下两边频分量的符号相同，当n为奇数时，上、下边频分量的符号相反。是未调制时的载频振幅，调制时，载频

25、分量和各边频分量的振幅则由和贝塞尔函数决定。当m，n已知后，各阶贝塞尔函数随的变化曲线如图2-3-3。图2-3-3所示为在相同、载波相同的条件下，时的调频波频谱图，其特点如下：（1）调制指数越大，具有较大增幅的边频分量就越多，且边频分量幅度可超过载频分量幅度。（2）为某些值时，载频分量可能为零，也可能使某些边频分量振幅为零；（3）由于调角信号的振幅不变，当一定时，它的平均功率与调制指数无关，其值等于末调制的载波功率，所以改变仅使载波分量和各边频分量之间的功率重新分配，而总功率不会改变。4、调角波的带宽从理论上分析，调角信号的边频分量有无限对，即它的频带应为无限宽，但由图2-3-4可以看出，对于

26、一定的，随着n的增大，边频分量的幅度大小变化的总趋势是减小的，这表明离开载频较远的边频振幅都很小，在传送和放大过程中，可舍去这些边频分量。理论上可证明，当n+1时，0.1，因此，若忽略幅度小于未调制前载波幅度的10%的边频分量，则调角波的频带宽度可表示为： (2.3.13)由上式可知，当ml(工程上规定m l时，调角信号的有效频谱带宽为BW2mF=2 (2.3.15)通常把这种调角信号称为宽带调角信号。这里需要说明的是，调角信号的有效频谱带宽BW与最大频偏是两个不同的概念。最大频偏是指在调制信号作用下，瞬时频率偏离载频的最大值；而有效频谱带宽BW是反映调角信号频谱特性的参数，它是上、下边频所占

27、有的频带范围。上面讨论了在单频调制时的调角信号有效频谱带宽，实际上调制信号多为复杂信号，对复杂信号调制时，调频信号占有的有效频谱带宽仍可用式(2.3.13)表示，但需将其中的F用调制信号中的最高频率取代，用最大频偏取代。举例：调频广播系统中，按国家标准规定=l5kHz，=75kHz，由式(2.3.13)计算得到，实际取频谱宽度200kHz。2.3.2 调频方法-频率调制方法及原理实现调频的方法可分为直接调频和间接调频两大类一、直接调频原理直接调频的基本原理是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其不失真地反映制信号变化规律。一般来说，要用调制信号去控制载波振荡器的振荡频率，也就是用调制信号去

28、控制决定载波振荡器振荡频率的元件或电路参数的数值，从而使载波振荡器的瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变，这样就能够实现直接调频。（一）改变振荡回路的元件参数实现调频在LC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是LC振荡回路的电感L和电容C。在RC振荡器中，决定振荡频率的主要元件是电阻和电容。因而，根据调频的特点，用调制信号去控制电感电容或电阻的数值就能实现调频。调频电路中常用的可控电容元件有变容二极管和电抗管电路。常用的可控电感元件是具有铁氧体磁芯的电感线圈或电抗管电路，而可控电阻元件有二极管和场效应管。若将这样的可控参数元件或电路直接代替振荡回路的某一元件或者直接并接在振荡回路两端，这样振荡频率

29、就会与可控参数元件的数值有关，用调制信号去控制这样元件的参数值，就能够实现直接调频。（二）控制振荡器的工作状态实现调频在微波发射机中，常用速调管振荡器作为载波振荡器，其振荡频率受控于加在管子反射极上的反射极电压。因此，只需将调制信号加至反射极即可实现调频。若载波是由多谐振荡器产生的方波，则可用调制信号控制积分电容的充放电电流，从而控制其振荡频率。二、直接调频电路 调频与调相都使瞬时相位、瞬时频率发生变化，因此，调频与调相可以相互转化，但在模拟信号的角度调制中，调频调制应用更广，这里主要学习调频电路。调频电路通常分为直接调频电路和间接调频电路，直接调频是利用调制信号直接控制振荡器的振荡频率而实现

30、的调频方法。常用的直接调频电路有变容二极管(或电抗管)调频电路、晶振调频电路、集成调频电路等。直接调频电路可获得较高的调制灵敏度，较大调制频偏和较好的调制线性，因此得到广泛应用。1变容二极管直接调频电路 (1)调频原理图2-3-5 变容二极管接入振荡回路a) 变容二极管直接调频电路 b) 高频等效电路 c) 低频等效电路 d ) 曲线变容二极管直接调频是利用调制信号直接控制变容二极管反偏电压改变其电容量进而改变振荡器的振荡频率而实现的调频方法。图2-3-5所示为变容二极管接入振荡回路示意图和曲线。当给PN结加反向偏置电压时，结电容随反向偏置电压变化，变化范围大约在3-20pF。目前常用的载波振

31、荡器为LC振荡器，只要使变容二极管的可控电容参与回路电容，并用调制信号去控制变容二极管的电容量，就可以直接改变LC振荡器的振荡频率，构成变容管直接调频电路。在图2-3-5 (a)中、对载波视为短路，同时、起隔离直流作用，为扼流圈，对载波视为开路，但对低频和直流视为短路；变容二极管的电容与L构成振荡回路，如图2-3-5 (b)所示，低频调制信号与直流电压迭加控制变容二极管的反偏电压，其低频等效电路如图2-3-5 (c) 所示。振荡频率可近似由回路电感L和变容二极管结电容Cj所决定，即 （2.3.16）由于变容二极管的电容受调制信号的直接控制，所以振荡频率随调制信号的变化而变化。变容二极管直接调频

32、电路控制方便，调制频偏大，性能较好，常用于高频宽带调频。(2) 实例电路图 2-3-6 变容二极管的直接调频a) 电原理图 b) 高频等效电路图2-3-6（a)所示为变容二极管90MHz直接调频电路，调制信号电压（含偏置直流）通过22H电感加在变容二极管两端，控制变容二极管容量使振荡器频率随低频调制信号电压变化。电路的基础是电容三点式正弦振荡器，如图2-3-6 ( b)为振荡部分交流等效电路，通过电感耦合输出调频信号。2晶体振荡器直接调频电路晶体振荡器调频电路是将变容二极管和石英晶体串联或并联后，接入振荡回路构成的调频振荡器。图2-3-7（a）为某型无线话筒晶体振荡器直接调频电路，音频信号通过

33、R29加在变容二极管负极，控制变容二极管结电容，实现直接调频。电路中，电源电压通过R29、R30、R31为变容二极管D4提供反向直流偏置，D4与晶体Y1及电感L1串联，再与C23,C27并联构成克拉波振荡器，改变L1可微调调频中心频率，交流等效电路如图2-3-7（b）所示。该无线话筒发射的中心频率是固定的，不同的频点的无线话筒采用不同频率的泛音晶体。石英晶体振荡回路具有振荡中心频率十分稳定，载波频率飘移小的优点，但晶体的调制频偏小，为提高调频频偏，后级连接12倍频电路使发射频率倍频到229.56MHz（19.130 MHz12=229.56MHz）。倍频后，不仅提高了载频频率，调制频偏也扩大了

34、12倍。 (a) (b)图 2-3-7 晶体振荡器直接调频电路a) 直接晶体调频电路 b) 高频振荡等效电路三、间接调频原理调频可以通过调相间接实现。先对调制信号微分，再加到调相器对载波信号调相，从而完成调频。通常将这样的调频方式称为间接调频。这样的调频方式采用频率稳定度很高的振荡器(例如石英晶体振荡器)作为载波振荡器,然后在它的后级进行调相,得到的调频波的中心频率稳定度很高。2.4 锁相环介绍锁相环 (phase-locked loop)为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,主要有VCO(压控振荡器)和PLL IC ,压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所

35、产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复，达到锁频的目的，能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。2.4.1 简介锁相环是指一种电路或者模块,它用于在通信的接收机中,其作用是对接收到的信号进行处理,并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说,对于接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信号从某种角度来看是同步的（或者说,相干的）。由于锁定情形下（即完成捕捉后）,该仿制的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的相差,所以很形象地称其为锁相器。 锁相

36、环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差，并输出误差电压Ud 。Ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器（VCO）的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定 ，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。2.4.2 用途锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提高抗干扰能力。20世纪50年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。60年代初随着数字通信系统的发展

37、，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也是在60年代初发展起来的。在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中起了重要作用. 锁相环技术目前的应用集中在以下三个方面：第一 信号的调制和解调；第二 信号的调频和解调；第三信号频率合成电路。 2.4.3 基本工作原理压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复，达到锁频的目的，能使受控振荡器的频率和相位

38、均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。 第三章 基于Multisim11的仿真电路实现3.1 Multisim11 仿真软件简介3.1.1 Multisim 11 美国国家仪器公司（ National Instruments, NI）于2009 年12月推出的电路仿真软件最新版,学生版、教育版和专业版可提供4000-17000个电路元器件，除虚拟元件外基本采用实际参数模型， 所实现的仿真具有较强的真实性。该仿真软件提供了丰富的测试仪器，如万用表、示波器、函数信号发生器、扫频仪、失真度测量仪、频谱分析仪、网络分析仪等，并且提供了强大的电路分析手段， 如电路的瞬态分析、稳态分析、时域分析、频域分

39、析、噪声分析、失真分析等。全面的电路分析手段为正确验证电路功能和分析电路参数提供了有力保证。3.1.2 基于Multisim 11 的高频电路仿真调幅和调频及其解调电路是高频电子线路中的重要知识内容， 教学中的理论分析和数学推导较多，学生理解和掌握存在一定的困难。结合Multisim 11 强大的电路设计仿真功能进行教学,不仅可以把仿真电路及其测试结果直观地展现出来，加深对理论知识的理解并提高学习兴趣，通过布置任务让同学自己亲身体验电路的实际仿真测试结果，还能加强对学生电路设计能力的培养。 基于Multisim 11 电路仿真软件设计实现高频仿真电路,通过仿真电路的分析和各测点的波形及频谱的直

40、观展示，不仅可以使学生加深对理论内容的理解和掌握，还可提高学生学习高频电子线路的学习兴趣,使一些原本对电路设计望而生畏的同学,开始了从仿真电路入手的电路设计,为高频电子线路的理论学习和实践能力培养搭起了桥梁。3.2 调制的实现3.2.1 调频原理直接调频电路的振荡中心频率稳定度较低，而采用晶体振荡器的调频电路，其调频范围有太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。其原理为: 图3.1 锁相环调频电路的原理框图实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外，也就是说，锁相环路只对慢变化的频率偏移有相应，是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

41、频率可以发生很大频偏。3.2.2 调制电路 图3.2 锁相环调频的仿真电路根据图3.1建立仿真电路如图3.2所示。图中，设置压控振荡器V4在控制电压为0时，输出频率为0；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2.5V。调制电压V2通过电阻R4接到VCO的输入端，R4实际上是作为调制信号源V2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，相加功能也可以通过一个加法器来完成，但电路要变得相对复杂一些。3.2.3 仿真波形VCO输出波形和输入调制电压V2的

42、关系如图3.3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。 图3.3 锁相环调频实验结果波形3.3 解调的实现能够完成对调频信号解调的电路称为鉴频器，它能将调频波进行变换，恢复出原始调制信号的幅度或相位。鉴频器的类型和电路很多，如有斜率鉴频器和相位鉴频器。通常，对鉴频器提出的主要要求有：鉴频跨导S4要大；鉴频带宽B要大于输入FM信号频偏的2倍，并留有余量；在带内，鉴频曲线应有良好的线性；对寄生调幅应具有一定的抑制能力。我们可用Multisim创建斜率鉴频器，如图3.4所示。该电路利用失谐的LC谐振回路实现斜率鉴频。其中，V1是输入调频波，幅值为2V，中心频率1MH

43、z，调制信号频率为70kHz，L1、C1是频幅变换电路，C2、R2组成包络检波电路。它利用LC谐振回路构成的频幅变换网络将调频信号变换为FM调制信号（图3.5上部的波形），然后利用包络检波电路恢复出原调制信号（图3.5下部波形）。图3.4 失谐的LC谐振回路斜率鉴频器图3.5 斜率鉴频器输出波形第四章 课程设计总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。课程设计诚然是一门

44、专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。课程设计让我感触很深，使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；学会了如何运用Multisim软件进行仿真；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等。我认为，在这学期的课程设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程设计中，我学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有

45、很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。 回顾起此课程设计，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到了很多问题，可以说得是困难重重，在老师的细心指导下是最终都得到了解决。在此，对帮助过我的老师和同学表示衷心的感谢。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，