米歡++付麥霞++廉飛宇++丁文龍++于玄

摘要：頻率調(diào)制技術(shù)是在調(diào)制過(guò)程中使已調(diào)信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)變換，其在軍事通訊和生活中等各個(gè)方面有著至關(guān)重要的作用。本文以調(diào)頻技術(shù)的原理和應(yīng)用為切入點(diǎn)，利用硬件電路仿真平臺(tái)Multisim 3.0對(duì)基于壓控振蕩器的調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真分析。為了得到好的調(diào)制效果，利用鎖相環(huán)路構(gòu)成一種兩點(diǎn)調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器，從而獲得質(zhì)量較高的FM信號(hào)。本文的研究工作對(duì)于實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性和寬譜調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：頻率調(diào)制；壓控振蕩器；Multisim3.0；兩點(diǎn)調(diào)制

中圖分類號(hào)：TJ768.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）16-0083-02

一、引言

在通信技術(shù)日益發(fā)展的今天，調(diào)頻廣播這一大眾傳媒正經(jīng)歷著來(lái)自電視及互聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域的沖擊，但在一些移動(dòng)工具（例如汽車內(nèi)）及開(kāi)闊環(huán)境，調(diào)頻廣播仍具有不可替代的地位。其中，頻率調(diào)制技術(shù)是一種適用于遠(yuǎn)距離話音信號(hào)傳播的調(diào)制方式，其在軍事通訊方面至關(guān)重要。在生活中，頻率調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用也使我們的生活更加方便、有趣，比如家庭電臺(tái)、嬰兒監(jiān)護(hù)器等。利用壓控振蕩器設(shè)計(jì)調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器的方法多種多樣[1]，最常見(jiàn)的方法是直接將集成壓控振蕩器當(dāng)作一個(gè)調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器，這屬于傳統(tǒng)的施密特觸發(fā)器型集成壓控振蕩電路[2]。由于正反饋的滯后現(xiàn)象，施密特觸發(fā)器能有效的濾除一部分噪聲，是一種低頻寬帶通用壓控振蕩器。除此以外，還有電容交叉充電型和定時(shí)器型的集成壓控振蕩器[3]。交叉充電式壓控振蕩器由于其自身電路特性而不可避免具有延時(shí)缺點(diǎn)，另外，它對(duì)部分器件的要求過(guò)高。而定時(shí)器型壓控振蕩器所用模塊過(guò)多，使整體功耗增加。本文利用Multisim仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)基于壓控振蕩器的調(diào)頻電路[4]，采用的壓控振蕩器是普通的正弦波型。利用壓控振蕩器針對(duì)高頻信號(hào)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，直接產(chǎn)生頻率調(diào)制信號(hào)，調(diào)頻信號(hào)的頻率跟隨輸入信號(hào)的變化而產(chǎn)生變化，從而獲得較寬的調(diào)頻帶寬和較好的特性。

二、設(shè)計(jì)原理及仿真分析

頻率調(diào)制技術(shù)（FM—Frequency Modulation）是一種模擬信號(hào)調(diào)制技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率隨調(diào)制信號(hào)的頻率而變化，本質(zhì)上是一種角度調(diào)制，在頻域?qū)?yīng)頻譜的非線性變換。本文通過(guò)鎖相環(huán)路構(gòu)成一種兩點(diǎn)調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器。兩點(diǎn)調(diào)制技術(shù)是一路音頻去調(diào)變?nèi)荻O管，另一路音頻去調(diào)參考晶振的調(diào)制技術(shù)，然后運(yùn)用鎖相環(huán)調(diào)制器從而可以獲得質(zhì)量較高的FM信號(hào)。用這種方式獲取FM信號(hào)時(shí)，需要相位比較器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器。相位比較器的功能是計(jì)算兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差，這個(gè)功能利用模擬乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。環(huán)路濾波器實(shí)際上是一個(gè)低通濾波器，通常由電阻、電容或電感等組成，有時(shí)也包含運(yùn)算放大器。本文利用電阻R和電容C實(shí)現(xiàn)環(huán)路濾波的功能。壓控振蕩器的振蕩頻率受輸入信號(hào)控制，輸入與輸出之間呈線性關(guān)系。為了滿足鎖相環(huán)路的要求，其自由振蕩頻率應(yīng)設(shè)定在最終鎖定頻率附近。結(jié)合本研究中的載波振蕩頻率為30KHz，因此設(shè)定自由振蕩頻率為30KHz。本文設(shè)計(jì)的壓控振蕩器包括LC振蕩電路、基本放大電路、鎖相環(huán)路[5]、高頻功放電路各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。其中，基本放大電路采用A類信號(hào)放大器在幅度上放大輸入信號(hào)，而保持頻率、形狀等其他信號(hào)特性不變。本設(shè)計(jì)利用三極管實(shí)現(xiàn)該單元功能，通過(guò)設(shè)計(jì)三極管的偏置電壓來(lái)使三極管工作在放大狀態(tài)。載波產(chǎn)生電路的目的是產(chǎn)生一個(gè)高頻正弦信號(hào)，采用LC振蕩電路利用電感和電容的諧振特性，將直流信號(hào)變?yōu)橛幸欢ǚ?、一定頻率的交流信號(hào)。調(diào)頻波產(chǎn)生電路是整個(gè)電路的核心，本文通過(guò)構(gòu)建鎖相環(huán)路構(gòu)成兩點(diǎn)調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器從而獲得質(zhì)量更高的FM信號(hào)。倍頻放大電路的作用是整倍數(shù)放大信號(hào)的頻率，設(shè)計(jì)信號(hào)頻率使之工作在需要的頻段上。本文利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)倍頻器的作用，即保持信號(hào)形狀不變的情況下整倍數(shù)的放大頻率，提高其抗干擾能力，同時(shí)使其能夠滿足更遠(yuǎn)距離的傳輸。本文用到的是硬件電路仿真平臺(tái)Multisim3.0。該仿真平臺(tái)可以通過(guò)元器件庫(kù)挑選所需要用到的元件，放置在上圖所示的工作區(qū)域，并通過(guò)連接各元件的接口繪制電路圖。操作簡(jiǎn)單便捷，且仿真功能強(qiáng)大。同時(shí)該平臺(tái)配備有各種測(cè)量?jī)x器，方便電路設(shè)計(jì)過(guò)程中各點(diǎn)數(shù)據(jù)的測(cè)量，使仿真過(guò)程更加簡(jiǎn)易，操作性更強(qiáng)。

圖1是基于壓控振蕩器的調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器整體Multisim仿真電路圖。基本放大電路中的Q1（三極管）是型號(hào)為2SC1815的PNP管。通過(guò)示波器的波形可以觀察到在放大的信號(hào)中有直流分量，所以在整體電路設(shè)計(jì)中，在此單元的輸出端添加濾波電路。載波產(chǎn)生電路中設(shè)定頻率為5MHz，調(diào)節(jié)L1的參數(shù)，可在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)振蕩頻率。調(diào)整R1、R2、R3、R4的數(shù)值，使三極管Q1工作在放大狀態(tài)，適當(dāng)增大基極和射極間的極間電壓，使其接近三極管Q1的偏置電壓可以使其工作特性相對(duì)穩(wěn)定，減少波峰和波谷處的失真，使振蕩電路產(chǎn)生的波形更接近正弦形，但相應(yīng)的放大倍數(shù)會(huì)減小。壓控振蕩器的振蕩頻率受輸入信號(hào)控制，輸入與輸出之間呈線性關(guān)系。為了滿足鎖相環(huán)路的要求，其自由振蕩頻率應(yīng)設(shè)定在最終鎖定頻率30KHz。

三、結(jié)論

頻率調(diào)制（Frequency Modulation）技術(shù)是一種使信號(hào)更便于遠(yuǎn)距離傳播的技術(shù)，其特點(diǎn)是在調(diào)制過(guò)程中，已調(diào)信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)變換。本文以調(diào)頻技術(shù)的原理和應(yīng)用為切入點(diǎn)，利用硬件電路仿真平臺(tái)Multisim 3.0對(duì)基于壓控振蕩器的調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了仿真分析。整個(gè)信號(hào)發(fā)生器由LC振蕩電路、基本放大電路、鎖相環(huán)路、高頻功放電路等模塊組成。為了得到好的調(diào)制效果，利用鎖相環(huán)路構(gòu)成一種兩點(diǎn)調(diào)制的寬帶FM調(diào)制器，從而獲得質(zhì)量較高的FM信號(hào)。本文的研究工作對(duì)于實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性和寬譜調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]穆辛，周新田，張慧慧，金銳，劉鉞楊，吳郁.一種施密特觸發(fā)器型壓控振蕩器的設(shè)計(jì)與仿真[J].電子科技，2014，（4）：58-63.

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