基于Multisim的FM调频电路设计
调频波的二次谐波失真系数为kf2??w2?w?m?r???1? (13) 4?2?c．调频波会产生中心频率偏移，其偏离值为
r?r??wc???1?m2wc(14)
8?2?中心角频率的相对偏离值为
?wcr?r?2???1?m (15) wc8?2?综上所述，若要调频的频偏大，就需增大m，这样中心频率偏移量和非线性失真量也增大。在某些应用中，要求的相对频偏较小，而所需要的m也就较小。因此，这时即使γ不等于2，二次谐波失真和中心频率偏移也不大。由此可见，在相对频偏较小的情况下，对变容二极管γ值的要求并不严格 (4)变容二极管部分接入振荡回路
变容二极管的结电容作为回路总电容的调频电路的中心频率稳定度较差，这是因为中心频率fc决定于变容二极管结电容的稳定性。当温度变化或反向偏压VQ不稳时，会引起结电容的变化,它又会引起中心频率较大变化。为了减小中心频率不稳,提高中心频率稳定度，通常采用部分接入的办法来改善性能变容二极管和Cc串联，再和C1并联，构成振荡回路总电容C∑
C??C1?加调制信号uΩ(t)=UΩmcosΩt后，总回路电容C∑为
CcCj(16) Cc?CjCcCjQ/(1?mcos?t)rC??C1?Cc?Cj/(1?mcos?t)r(17)
CcCjQ?C1?Cc(1?mcos?t)r?CjQ相应的调频特性方程为
w(t)?1?L1C?1L1[C1?CcCjQ]Cc(1?mcos?t)r?CjQ(18)
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从上式知，调频特性取决于回路的总电容C∑，而C∑可以看成一个等效的变容二极管，C∑随调制电压uΩ(t)的变化规律不仅决定于变容二极管的结电容Cj随调制电压uΩ(t)的变化规律，而且还与C1和Cc的大小有关。变容二极管部分接入振荡回路，中心频率稳定度比全部接入振荡回路要高，但最大频偏要减小。
3实现FM调频的原理框图
直接调频电路的普通LC振荡器中心频率稳定度较低，波形容易失真，而采用克拉泼LC振荡电路的调频器可以解决这个矛盾。其结构原理如图5所示。
LC振荡回路（产生载波）变容二极管直接调频电路函数发生器（产生调制信号）调频输出
图5 FM原理框图
4实验结果与分析
4.1调频仿真
电路元件的选择和参数计算： 1. 振荡电路：
首先通过查阅资料可知Q1三极管ICQ应该在1-4mA之间，这样的振荡波
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形振幅适中而且波形不易失真。故设置ICQ=1.6mA，通过计算可知三极管两端的电压为7.2V。再设置VCC=12V，易求Rc+Re=3kΩ，所以取Rc=1.5 kΩ，Re=1.5 kΩ。由2N2222A参数表可知，发射结电压为0.45V，ICQ=β*IBQ，且β=230，而我们可以这么认为IB>>IBQ。即IB=37*IBQ=259μA。通过Rb1的电流为259μA，通过Rb2电流为251μA，而基极电压为2.88v，所以Rb1的阻值为35.28 kΩ，Rb2的阻值为11.48 kΩ。 已知克拉泼电路的振荡频率
fo?12πL1C1，带入已知参数中心频率
f0=10.7MHz。可知L1*C1≈220,通过实际仿真发现电路参数有些许偏差，这时取L1=8μH，C1=20.46pF。电容C2、C3由反馈系数 F 及电路条件C1< 由所给条件找到的变容二极管BBY31，变容管静态反向偏压VQ=－4V，由特性曲线图2.2.3-3变容二极管Cj-V曲线,可得变容管的静态电容CQ=75pF。接入系数p为 p?CcCc?Cj,回路总电容C∑C??C1?CcCjCc?Cj为减小振荡回路高频电压对变容管的影响，p应取小，但p过小又会使频偏达不到指标要求。故先取p=0.2，当VQ=－4V时，对应CQ=75pF，则Cc?20.5 pF。 由设计要求可知，变容二极管的正常工作的反向偏置电压为4V，R1与R2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压VQ，电阻R3称为隔离电阻，常取R3>>R2，R3>>R1，以减小调制信号VΩ对VQ的影响。已知 VQ=4V，若取 R2=5k?，隔离电阻R3=200kΩ。则R1=10KΩ 3. 调制信号电路： 调制信号是由函数发生器调制出的1kHz正弦信号频偏△fm要求20KHz 13 基于Multisim的FM调频电路设计 ?fm??1?C?fo2CQ?(1) C??C1?CcCjCc?Cj(2) ?C??p2?Cjp?CcCc?Cj(3) (4) 可由上述几个公式以及已知参数f0，C1，Cc，Cj以及图3变容二极管Cj-V曲线，易求得频偏为20KHz。 4.2误差分析和单元电路测试： 由于设计电路时电路元件存在误差，并且电路的参数设置会产生误差， 加上电路设计本身存在某些问题有待进一步改进和完善，各级电路连接在一个时会互相干扰。 4.2.1静态工作点Ic测试 首先测量电源电流，检查、排除可能出现的严重故障，再进行各级测量， 检验数值是否与所设计的相符合。另一方面检查电路板是否存在人为问题。末级高频晶体管集电极电流可以在预先断开的测试点串入用万用表测出，其他各级Ic可以测量各发射极电压算末级Ic，如果过大，输入电阻是否有误。在一定大的Ic下，快速测量其中的点电位，可以帮助分析判断，提高排除故障的速度。 4.2.2 LC振荡电路调试 LC回路的Q值要高是晶体管要工作在放大区满足电容三点式的条 14 基于Multisim的FM调频电路设计 件。由于高频振荡电压在发射结上产生的自给偏压作用，所以起振时，三极管UCE小于原来的静态值（如诸PNP约0.1~0.3V），UBE约小，振荡越强，用万用表可以方便地判断是否起振，然而，振荡效率的调节范围以及波形的是好是坏需要用示波器测量，或频率计测出频率的变化范围。调整振荡频率时，应把可变电容调整到电容最大处。若振幅太小了，可以考虑β是否太小、工作点是否太低、负载是否太大，若发现寄生振荡，要检查β是否过大等存在的问题。诸如不起振或间歇振荡等，要细心分析检查，对症下药以解决问题。 4.3实验结果： 1.LC振荡回路稳定后的输出波形 2.中心频率为10.7MHz 利用频率仪测出中心频率在10.7MHz附近波动。以下是仿真结果： 15