倍频电路与分频电路的设计

课程设计说明书课程名称：模拟电子技术课程设计

题目：倍频电路与分频电路的设计

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日期：年月日

一、设计任务与要求

1. 设计一倍频电路，能完成2倍频、4倍频（甚至更多）功能。且这些倍频能通过拨动开关转换。（振荡电路自行设计、制作，振荡频率应不低于11MH

Z 可用晶振来完成）；

2. 设计一分频电路，能完成1/2分频、1/4分频（甚至更低）功能。且这些分频能通过拨动开关转换。（振荡电路自行设计、制作，振荡频率应不低于可用晶振来完成）。

11MH

Z

二、方案设计与论证

随着通信技术的日益发展，倍频技术应用的领域也日益增长。例如CPU的倍频，最初CPU的速度与系统总线的速度是一样的,但随着CPU的速度要求越高，相应的倍频技术也就得到了迅速的发展。其工作原理是使系统总线工作在低频状态，而CPU的运行速度可以通过倍频技术来提升。改变频率的方法有很多种，本文只讨论几种：傅里叶法，锁相环法及乘法器与滤波器法。

方案一、傅里叶法：这是一种最简单的变频方式，它采用了傅里叶级数。任何一个周期信号都能表示为其基波和其谐波的和，如果将变换振荡电路输出的正弦波为方波，那它可以用一下的公式表示：

接着就需要选择正确的谐波，接着可以通过一个带通滤波器来选择所需的谐波。缺陷：自适用于低频。

方案二、锁相环法：在这个方法中，其输出频率不是直接是基准频率的输出，而是通过一个电压控制的振荡电路输出，它是通过一个相位比较器和基准电路频率同步。要被比较的频率是要除以倍频因子。由于频率的分割，压控振荡电路必须产生一个乘以n的频率。此过程便实现了频率的改变。局限：在大的频率范围内容易实现，起抖动差。

方案三、乘法器和滤波器法：此方法是，首先建立一个振荡电路，使其产生正弦波，而后通过一个乘法器，使其实现倍频，再通过一个滤波器，选择我们需要的频率，从而实现倍频。分频是通过JK触发器实现，其原理是利用JK 触发器的保持及翻转功能，实现分频，再通过一个滤波整流电路，得到所需的基波。其大致框图如下图（1）：

图（1）

三、单元电路设计与参数计算

1、 LC 三点式正弦波振荡电路原理图如下图（2）所示，其中包括输入滤

波电路和输出滤波电路，消除噪音信号。其产生的正弦波频率主要与C1、C6和L3相关。计算公式如下：

)6

16*1*3**2/(1C C C C L f +=π

图（2）

2、倍频实现电路如下图（3）所示，其中包括乘法电路和选频滤波电路，

分别实现二倍频和四倍频。

用乘法器实现倍频原理：有公式如2

2cos 1sin 2wx wx -=）（，通公式可知，乘法器可实现倍频功能，同时也带来直流分量。所以，在其后有整流选频滤波电路，实现去高频和直流分量功能。而选频的计算公式如下： LC f π21=

图（3）

3、分频电路如图（4）所示，其中包括JK 触发器，和选频整流滤波电路。JK 触发器是实现分频，其原理是利用JK 触发器的保持和翻转功能实现分频，产生

方波。然后通过选频滤波电路实现选频和滤波，去除方波中的高频谐波部分和直流分量，保持基波，使其产生正弦波。其计算公式如下：

LC f π21

=

图(4) 四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

2．元件清单

型号参数名称

五、安装与调试

1、在LC 三点式正弦波振荡电路中，只需讨论其输出频率相关的元器件参

数，我们需要其输出的是大于12MHz 的频率，由图（2）可知，影响其输出频率的元器件是C1，C6和L3，其输出频率计算公式如下： )616*1*3**2/(1C C C C L f +=π 代人参数算出结果为f=13.2MHz,而经过调试结果表明，其结果是正确的，结果如图（5）所示：

图（5） 图(6) 图（7）

2、在倍频放大电路中，其中乘法器和选频整流滤波电路可实现二倍频和四倍频，乘法器实现频率的放大，而滤波电路实现去除直流和高频分量。其所用到的公式如下：

22cos 1sin 2wx wx -=）（ ， LC

f π21=

其二倍频的组成元件为C8=1pf 和L6=34uH ，四倍频的组成元件为C9=1pf 和L7=8.54uH,代人公式分别得f2=26.4MHz,f4=52.8MHz 。测试结果如图（6）、（7）所示。

3、在分频电路中，其由JK 触发器及选频整流滤波电路组成，如图（4）所示。JK 触发器利用其保持及翻转特性，把正弦波转换成方波并实现分频，然

后经过选频滤波电路转换为二分频和四分频的正弦波。所用到的公式如下：

LC f π21

=

选频整流滤波电路的二分频和四分频电路分别由C10=1pf 和L4=0.54uH 、及

C11=1pf 和L5=2.16uH 组成，其分别代入公式得f ’2=6.5MHz,f ’4=3.2MHz 。测试结果如图（8）、（9）所示。

图（8）图（9）

六、性能测试与分析

1、LC三点式正弦波振荡电路

此振荡电路可实现5-30MHz范围的频率，可以通过改变C6来控制。刚开始时，输入的直流电源和输出的正弦波没有经过滤波而得到的正弦波是很不稳定，后来经过查阅资料及与同学讨论，我才发现输入的直流电源也是有噪音波的，但后来发现在输入直流电源加了滤波后还是效果不大，最后在输出的正弦波也加滤波后，图形才稳定下来。如图（10）所示。

2、二、四倍频电路

如图（3）所示，初始时并不了解要在乘法器后加选频整流滤波电路，