变容二极管振荡器设计

前言

在数字化，信息化的时代，数字集成电路应用的非常广泛。随着微电子技术与工艺的发展，数字集成电路从电子管，晶体管，做成小规模集成电路。在现在这个高科技的时代，数字技术越来越受到了人们的关注，越来越多的人开始使用数字技术。数字技术不仅在计算机、通信、雷达、卫星电视、测量仪表、宇航、医学及生物工程等学科领域获得普遍应用，而且遍及人们日常生活中的各个方面，如交通自动控制、程控电话全电子交换系统、可视电话、家庭炊具自动控制等。

我们所学的《高频电子线路》课程是理工科电子、电气和通信类本科专业的一门主干专业基础课程，它涵盖了通信和电子线路的主要内容，在这些专业中占有基础性的地位，同时也是一门工程性和实践性很强的专业基础课程，随着现代通信技术和无线电技术的发展，《高频电子线路》的教学内容不断充实、教学体系不断更新。目前高频电子线路理论仍在不断充实与发展，越来越多的应用到其它学科领域。

本课程是电子、信息、通信类等专业重要的技术基础课，主要讲述模拟通信功能电路的基本原理及实现方法。各个功能电路虽然经历了电子管、晶体管、场效应、集成电路及大规模集成系统等不同的实现过程，但是各个功能电路输入信号与输出信号的频谱变换关系是没有变化的，即基本原理不变。《高频电子线路》是研究模拟通信功能电路的工作原理与分析方法。培养我们能在电子信息科学与技术、计算机科学与技术及相关领域从事科学研究、教学、科技开发、产品设计工作的能力。主要内容包括:高频小信号谐振放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、频谱的线性搬移电路、振幅调制、解调与混频、频率调制与解调、锁相环路和数字调制与解调等。

其中变容二极管是利用PN结的电容随外加偏压而变化这一特性制成的非线性电容元件，被广泛地用于参量放大器，电子调谐及倍频器等微波电路中，变容二极管主要是通过结构设计及工艺等一系列途径来突出电容与电压的非线性关系，并提高Q值以适合应用。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、维修方便，是一种较先进的频率调制方案.

工程概况

本次所做的项目是《高频电子线路》的变容二极管调频振荡器的课程设计，由于抗干扰能力强、功率利用率高、信息传输保真度高等优点，频率调制广泛应用于各种通信系统和电子设备中。实现调频的方法有直接调频法和间接调频法两类，本次课程设计主要了解了变容二极管调频振荡器的调频特性以及它的调频的基本原理，变容二极管是如何实现直接调频振荡器的构成、性能及特点。变容二极管是根据普通二极管内部 "PN结” 的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。二极管的PN结具有结电容，当加反向电压时，阻挡层加厚，结电容减小，所以改变反向电压的大小可以改变PN结的结电容大小，这样二极管就可以作为可变电容器用。结电容一般只有几个皮法，至多一、二百皮法，所以变容二极管都用于高频电路，例如作为电视接收机调谐回路中的可变电容器。常见的有2AC、2CC、2DC等系列。

其实我们可以把它看成一个PN结，如果在PN结上加一个反向电压V（变容二极管是反向来用的），则N型半导体内的电子被引向正极，P型半导体内的空穴被引向负极，然后形成既没有电子也没有空穴的耗尽层，该耗尽层的宽度我们设为d，随着反向电压V的变化而变化。如此一来，反向电压V增大，则耗尽层d变宽，二极管的电容量C就减少（根据C=kS/d），而耗尽层宽d变窄，二极管的电容量变变大。反向电压V的改变引起耗尽层的变化，从而改变了压控变容器的结容量C。变容二极管的作用是变容二极管利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。

正文

1设计目的意义

1.1设计目的

(1)查找有关变容二极管直接调频信号的资料。

(2)熟悉和掌握变容二极管直接调频的基本原理和一起技术的概念。

(3)以掌握变容二极管直接调频的基本原理和一些技术的概念来实现一个二极管直接调频电路的设计。

课程设计是课程教学中的一项重要内容，是完成教学计划达到教学目标的重要环节，是一门专业基础课或专业课教学计划中综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践能力、为毕业设计及毕业后从事专业技术工作打下基础，提高学生全面素质具有重要的意义。

1.2设计意义

在掌握高频电子线路的特点，本课程的重点内容就是面向通信和电子系统，掌握高频谐振功率放大器的功能，做好课程设计，为毕业设计及毕业后从事专业技术工作打下基础，提高学生全面素质具有重要的意义。

1.3设的目标

(1)目标明确、重点突出、措施得力、各具特色的课程设计。

(2)有创新、以本专业培养目标和培养规格为依据的、有特色。

(3)根据变容二极管调频振荡器的性能指标要求，设计能完成某种功能的电路系统。

(4)独立完成课程设计任务，要独立思考，刻苦钻研，勇于创新。

(5)要求思路清晰，过程完整，设计的各项功能均能够实现。

(6)严格要求自己，自信但不固执，独立完成课程设计任务，善于接受教师的指导和听取

(7)有意识地树立严谨科学作风，要独立思考，刻苦钻研，勇于创新，按时完成课程设计任务。

1.4总体方案

(1)测出调频振荡器的中心频率f0、输出电压Uom、频率稳定度。

(2)静态调频，测出最大频偏，调制灵敏度并绘出变容二极特性曲线。

2设计原理

二极管通过改变外加反向电压可以改变空间电荷区的宽度，从而改变势垒电容的大小。变容二极管是就是利用这种特性制成的特殊的PN结二极管，是一种电抗可变的非线性电路元件，一般使用的材料为硅或砷化镓。图2-1是变容二极管的特性曲线。

3 调频特性

3.1二极管的特性

(1)二极管最主要的特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图3-1所示，

图2-1 变容二极管特性曲线图

图3-1 二极管的伏安特性曲线

(2)正向特性

另在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），