161.立体声广播发射机.doc

毕业设计（论文）立体声广播发射机学 院： 信息科学技术学院专 业： 姓 名： 指导老师： 信息工程XXX学 号： 职 称： XXXXXX副教授中国·XXX二一 年 五 月XXX理工大学XXX学院毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计（论文）立体声广播发射机是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计（论文）使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 2010 年 5 月 日立体声广播发射机摘 要立体声调频发射机是由STC89C52单片机控制模块、BH1415F调频调制发射模块、LCD1602液晶显示模块、音频放大输入模块、高频功率放大器模块、电源模块、一根馈线、一根专用发射天线组成。控制模块是通过矩阵键盘和红外遥控向STC89C52单片机发出信息，经过编译处理把代码发送至BH1415F 芯片，调频发射模块是用变容二极管直接调频，结合锁相环（PLL）系统，可以得到很高的中心频率稳定度，信号再经过高频放大器放大，通过馈线向空中发射调频电磁信号，供耳机、收音机等带有调频接收功能的设备接收。关键词：STC89C52,BH1415F,PLL,调频,变容二极管,高频功率放大器,收音机,锁相环,LCD,1602,立体声调频发射机,Stereo Broadcasting TransmitterABSTRACTStereo FM transmitter module by STC89C52 MCU, BH1415F FM modulation transmitter module, LCD1602 LCD module, audio amplification input module, high frequency power amplifier module, power module, a feeder, a special launch antenna. Control module is by the matrix keyboard and infrared remote control to send a message STC89C52 MCU, after compiling the code sent to BH1415F processing chip, FM transmitter module is the direct frequency modulation varactor diode, combined with phase locked loop (PLL) system, can be very high center frequency stability, signal and then through the high-frequency amplifier, through the feeder to the air-launched FM electromagnetic signals for headphones, FM radio reception with a receiving device.Keyword：STC89C52 BH1415F PLL FM varactor diode high-frequency power amplifier目 录摘 要IABSTRACTII毕业设计题目要求11 引言21.1概述21.2课题来源及研究的目的和意义21.3国内外在该方向的研究现状及分析31.4本文研究的目标与内容32 方案分析与论证42.1单片机控制方案的选择42.2调频调制发射发射芯片选择62.3显示模块的选择72.4电源模块方案的选择82.5天线的选择82.6音频输入模块选择93 总体设计方案103.1设计的基本思路和方法103.2发射机系统的功能定义103.2.1基本功能103.2.2扩展功能113.3发射机系统主要技术参数113.4数字控制部分的设计113.5模拟部分的设计124.设计原理与分析134.1调频的原理分析134.1.1定义134.1.2调频方法144.1.2.1直接调频144.1.2.2间接调频154.2变容二极管直接调频的原理154.3压控振荡器的原理174.4锁相环的工作原理174.5高频谐振功率放大器的工作原理184.6阻抗匹配原理204.7红外遥控原理及分析214.71遥控发射器及其编码224.72解码原理245 各模块电路设计265.1单片机控制及显示模块设计265.1.1 4X4矩阵键盘265.1.2单片机最小系统275.1.3红外遥控接收275.1.4液晶LCD1602285.1.5 51单片机控制部分原理图295.2调频发射电路设计305.2.1 BH1415芯片内部电路说明及外围电路设计305.2.1.1预加重电路315.2.1.2限幅电路325.2.1.3低通滤波电路335.2.1.4立体声调制电路335.2.1.5 FM 锁相环发射电路345.2.2压控振荡器（VCO）的设计355.2.3环路滤波器设计375.3麦克风输入放大模块设计375.4电源模块设计385.5高频功率放大器的设计395.5.1 200mW一级功率放大器395.5.2 5W组合功率放大器405.5.3 200mW、5W二档功率切换放大器设计416 系统软件设计及编程426.1主程序流程图426.2 BH1415F的16位数据发送子程序流程图436.3 4X4矩阵键盘扫描子程序简易流程图446.4 红外遥控中断子程序流程图457 系统组装、调试与测试467.1调试所用的基本仪器清单467.2组装、调试467.2.1 组装467.2.2调试467.3数据分析及系统整体性能评估477.3.1数据分析477.3.2系统整体性能评估498.结论与总结50参考文献52附录53BH1415F芯片资料53LCD1602资料55红外遥控解码资料56程序源代码及详细解释58PCB及原理图71各模块实物图73谢辞75 毕业设计题目要求立体声广播发射机一、 主要研究内容：毕业设计主要是完成立体声广播发射机的设计。其中，采用单片机STC89C52作为控制芯片，BH1415H作为发射芯片，4X4矩阵键盘控制，LCM1602液晶显示，设计一个数字控制的小功率立体声广播发射机。二、 主要任务及目标：主要任务：    主要任务是完成立体声广播发射机的设计，应包括以下几个方面：.1、发射机系统的功能定义2、数字控制部分的设计3、模拟部分的设计4、 系统设计与实现目标：1、了解设计开发的流程2、了解射频电路的知识3、 基于单片机的数字式发射机的设计及实现 1 引言1.1概述无线电技术诞生以来,信息传输和信息处理始终是其主要任务。要将无线电信号有效地发射出去,天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级1。为了有效地进行传输,必须将携带信息的低频电信号调制到几十MHz几百MHz以上的高频振荡信号上,再经天线发送出去。为减小各种因素引起的系统不稳定，增强系统的可靠性，系统必须包括自动增益控制、自动频率控制和自动相位控制(锁相环)在内的反馈控制电路。其中锁相环电路的性能就显得尤其重要。本文所讨论的就是一个利用锁相环组成的直接调频信号合成器、小功率发射机并由此而组成一个调频发射电台的设计。1.2课题来源及研究的目的和意义随着科技的发展与进步，电子产业已在生活和生产中占据着了主导地位，从我们日常生活中的所用到航天技术的高科技类都是电子科技发展的结晶，可以说现在的生活中我们几乎是离不开电子产品了。电子科学的发展也带动着通信的发展，现在的通信可以说到生活和生产起着举足轻重的作用，手机，无线电视等等，还有卫星通讯都已经成为人类生活的主导。而发射接收机则是通信行业的基本装置，所以接收发射机的发展和进步直接是通讯的发展，想要发展通讯行业，就得发展发射和接收机。作为信息工程专业的一名学生，对电子产品的发展和社会主导地位更比别人清楚，这次的毕业设计正是我们对所学知识和实践和应用，也正是我们了解电子产品的生产和设计以及到成品的成个过程的机会，也是我们大学四年学习的总结和反思，更是我们步入社会的一个过渡，了解将来工作的内容和任务，以及深入了解一个现代大学生的该有怎样的职责。数控校园调频发射机的用途很多，该系统广泛应用于工厂、学校、小区、村镇组建的无线调频广播电台、无线通讯工程、无线报警、监听、数据传输、车载DVD、车载DVB-T、车载电视盒、车载液晶电视、车载广告机、车载GPS、车载数字电视、车载硬盘播放器、车载MP3、家用数字电视机顶盒、电话无线录音转发、专业远距离无线调频传声器、笔记本计算机等的无线音频适配器、调频广播发射器前级、FM发射机、通用型无线耳机、通用型无线音箱上、数码伴侣、音乐伴侣、小区无线广播上；也可以供学校语音教室、英语四六级考试或其它场合使用。如果你想播放磁带上的英语听力内容，那么只需用Line_in线加上音源:计算机耳机输出、话筒、收录机、VCD、MP3均可. 只要将音频信号输入通过一根带插头Line_in线连接到发射机的音频输入插孔即可。1.3国内外在该方向的研究现状及分析目前市场上大多数小功率调频广播发射器，采用模拟振荡器，发射频率固定单一，稳定性较差，在相邻场地使用时经常会因频率相近而产生干扰或串音，影响正常的使用。使用数控锁相环技术的调频发射集成电路BH1415F制作的小功率调频广播发射器，不但频率稳定性好，而且能在800 MHz至1099MHz范围内任意设置发射频率，从而能有效地避免调频台的邻频干扰。使用单片机控制的调频发射器，还可存储发射频道，发射频率可按01MHZ精度进行调整，在学校英语听力教学中应用广泛。1.4研究的目标与内容Ø 研究目标u 了解设计开发的流程u 了解射频电路的知识u 了解功率放大电路的知识u 掌握51单片机C语言编程u 基于单片机的数字式发射机的设计及实现Ø 研究内容u 了解BH1415F芯片的工作原理及应用u 基于51单片机控制程序的编写u 基于BH1415F芯片的射频电路的设计u 电源模块(7805稳压源及12V整流模块)设计u 显示模块的设计u 单片机的数字式发射机的调试2 方案分析与论证2.1单片机控制方案的选择方案一：采用凌阳SPCE061A作为控制器采用SPCE061A单片机进行控制。SPCE061A凌阳单片机具有丰富的资源：RAM，ROM空间大、指令周期短、运算速度快、精度高、低功耗、低电压、可编程音频处理，易于编写和调试等优点。强大功能的16位微控制器，它内部集成7路10位ADC和2通道10位DAC，可以直接用于电流电压采集，以及数字控制输出；且其存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储及语音的存储。采用SPCE061A单片机，能将相当一部分外围器件结合到一起，使用方便，抗干扰性能提高。图2-1-1 凌阳SPCE061A本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成数控部分、键盘输入及显示输出功能，无需采用功能强大、价格较贵的凌阳SPCE061A作为控制器。方案二：采用AT89C52作为控制器图2-1-2 AT89C52单片机兼容标准MCS-51指令系统的AT89C52高性能8位单片机是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产。片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 主要功能特性如表2-1：表2-1主要功能特性表  · 兼容MCS51指令系统· 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM  · 32个双向I/O口· 256x8bit内部RAM  · 3个16位可编程定时/计数器中断· 时钟频率0-24MHz  · 2个串行中断· 可编程UART串行通道  · 2个外部中断源· 共6个中断源  · 2个读写中断口线· 3级加密位  · 低功耗空闲和掉电模式· 软件设置睡眠和唤醒功能采用AT89C52单片机进行控制。AT89C52价格低廉，结构简单，且资料丰富；但是51单片机系统资源有限，RAM、ROM空间小，8位控制器，运算能力有限，需要外接大量外围电路，编程需要价格昂贵的编程器及仿真器，在线仿真和程序下载较为繁琐，不便于系统开发。方案三：采用STC89C52RC系列单片机控制超低功耗1. 掉电模式：典型功耗<0.1uA， 可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序2. 空闲模式：典型功耗 2mA3.正常工作模式：典型功耗 4mA - 7mA加密性强很难解密或破解,解密费用很高、国内能解密的人少,一般的仿制者望而退步.超强抗干扰1 、高抗静电（E S D 保护）2 、轻松过2KV/4KV 快速脉冲干扰(EFT 测试）图2-1-3 STC89C52RC单片机3 、宽电压， 不怕电源抖动, 5V: 6v - 3.4v 3V: 4v - 2.0v4 、宽温度范围,-40855 、I / O 口经过特殊处理6 、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理7 、单片机内部的时钟电路经过特殊处理8 、单片机内部的复位电路经过特殊处理9 、单片机内部的看门狗电路经过特殊处理, 打开后无法关闭，可放心省去外部看门狗STC89C51RC / RD+ 系列单片机出厂时一般都固化有ISP 引导码程序，如只烧录普通的用户程序，则只需将P3.0/P3.1经过RS-232转换器连到电脑的RS-232串口，通过STC-ISP下载软件打开用户程序下载就可以了。选用STC 单片机的理由：降低成本，提升性能，原有程序直接使用，硬件无需改动。用STC 提供的STC-ISP.exe 工具将您原有的代码下载进STC 相关的单片机即可，或用通用编程器编程。STC89C51 RC单片机，其性能跟AT89C52来说，毫不逊色，价格便宜，有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等封装形式，以适应不同产品的需求。又因STC89C52RC/RD+系列单片机为国产(台湾宏晶)。因此本设计选用方案三的PDIP封装STC89C52为控制器。2.2调频调制发射发射芯片选择方案一：采用BA1404立体声调频发射芯片BA1404是日本ROHM公司出品的一款很经典的立体声调频发射专用芯片，它弥补了过去用分立元件来设计调频电路的不足而且具有立体声调制的功能。仅用很少的外围元件就可得到优美的立体声调频信号。因此在FM立体声发射及无线微波方面具有重要的应用价值。图2-2-1 BA1404内部电路图BA1404采用低电压、低功耗设计，其工作电压范围1-3V，该电路是由FM立体声混合器、MPX（Multiplexer）多路转换器、38KHZ导频振荡器、FM调制器和高频放大器组成的单片集成电路。单片立体声调制发射集成芯片BA1404和高频功放电路，可以将各种立体声音源加以处理并调制发射，由立体声FM收音机接收。BA1404内部提供了一个参考电压单元VREF。设计者可以利用这个电压信号改变外接变容二极管的电容值，继而改变载波的振荡频率。因此，只要控制一个电阻的分压值就可以达到改变发射频率的目的，这是比较独特的设计。虽然BA1404相对于过去用分立元件设计调频电路有了很大的改进，但它的的高频振荡是电容三点式振荡器，频率的稳定性较差，很容易跑频，无PLL锁相环稳频，有频率漂移。此外，BA1404所需的38KHz的专用晶振很难购买，所以本设计不采用此方案。方案二：采用BH1415F单片数字锁相立体声调制芯片图2-2-2 BH1415F内部电路图日本ROHM公司生产的单片数字锁相立体声调制芯片，该芯片性能卓越，频率特性非常出色，它能达到40dB的分离度，传送的音质可与本地调频电台媲美。由于高频振荡部分采用了频率合成电路，因此振荡频率十分稳定，并可以方便地改变发射频率，其总谐波失真可达到03 ，RF输出电平为100dB，是高性价比解决无线连接的首选芯片。完全消除了交流声，解决了这一其它相关无线产品一直都无法克服的难题，甚至可以直接使用电脑电源。BH1415F是一个简单而又实用的集成电路，它集PLL锁相环电路、产生立体声复合信号的立体声编码电路、FM 发射电路，外围加上几个几件就组成了一台高频，定多频点的HI-FI调频立体声发射器；而且它设置了提高S/N信噪比的预加重电路、防止信号过调的限幅电路及控制输入信号频率的LPF低通滤波器，可明显地改善音质。 特点：BH1415F典型射频输出电压为3V左右。1）将预加重电路、限幅电路、低通滤波电路（LPF）一体化，使音频信号的质量比分立元件的电路（如：BA1404、NJM2035等）有很大改进。 2）导频方式的立体声调制电路。 3）采用了锁相环锁频并与调频发射电路一体化，使发射的频率非常稳定。 4）采用了 MCU单片机数字直接频率设定，可设定 70-120MHz频率， 使用上非常方便。5）在外界温度大范围变化影响下，频率也相当稳定。虽然BH1415F的价格较贵（15元），但基于以上诸多优点，本设计采用方案二。2.3显示模块的选择方案一：传统的7段LED数码管图2-3-1 7段LED数码管使用传统的7段LED数码管，虽然有亮度、刷新率、可视角度高等优点，但实际上本设计对此方面的要求并不高，而且数码管显示数据单一，只能显示阿拉伯数字及部分英文字母，显示数据位数越多，数码管数量越多，即越占用单片机IO口资源。加上其功耗较大，故不采用7段LED数码管。方案二：LCD1602液晶显示器LCD1602液晶显示器，显示功能丰富，能够同时显示16x02即32个字符，内部芯片存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。显示质量高图2-3-2 LCD1602液晶显示器由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显小器(CRT)那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁。数字式接口 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器耍轻得多。功耗低相对而言，液晶显小器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。虽然LCD1602液晶显示器价格较贵，但是基于以上优点，本设计采用方案二。2.4电源模块方案的选择电源模块中变压器的磁辐射不容忽视。小功率的变压器素质极差，磁辐射严重，转换效率较低，空载温升过高，也是产生电器交流声的主要因素之一，并且处理起来也不方便。在此，我采用了性能较好，体积小，重量轻，高效率的220/12V 2A数字开关电源。2.5天线的选择天线的选择对发射距离起了致关重要的决定作用。若正确选择了天线，即使很弱的射频信号也能传送很远，所以制作一副性能良好的天线比单纯提高发射功率有效得多。制作一副水平极化、全向发射的天线比较麻烦，且一般的调频广播电台也采用水平极化方式。若制作的天线阻抗不匹配，会自激反射，烧坏高频管；若不能正常高效极化，辐射杂波带宽很大，会造成接收效果不好，杂波较多，甚至严重干扰正常广播电台信号。为了不对本地广播电台产生干扰，造成不必要的麻烦。本设计采用了阻抗为50欧的1/4波长的FM调频广播发射专用天线。2.6音频输入模块选择话筒MIC可以采集外界的声音信号，这里我们选用驻极体小话筒，灵敏度较高，可以采集声音信号。驻极体麦克风通过标准3.5mm立体声插座，将声电转换的音频输入调频发射模块。 外接音频Line-in接线将电视机耳机插座或者随身听耳机插座等外部声音信号音源输入标准3.5mm立体声插座。立体声插座，可以将音源通过专用的连接线引入调频发射机。3 总体设计方案3.1设计的基本思路和方法LCD1602液晶显示采用单片机STC89C52作为控制芯片，BH1415H作为发射芯片，4X4矩阵键盘和红外遥控双控制，LCM1602液晶显示，功率放大系统，设计一个数字控制的小功率立体声广播发射机。 天线红外遥控单片机STC89C52BH1415F调频集成电路功率放大信号输入4X4矩阵键盘图3-1-1 基本思路流程框图3.2发射机系统的功能定义3.2.1基本功能u 采用3.5毫米立体声耳机插头可以将各类MP3、WALKMAN、便携式CD、MD、DVD或笔记本电脑作为输入信号u 可任意调频(FM 76.0108.0MHz，步进0.1MHz)，发射信号稳定，抗干扰力强，全面保障声音不失真。u 4X4矩阵键盘，大大简化操作u 提供两个预置频率快速切入u 液晶显示面板，显示当前的FM调频点，使用更简单、方便。u 采用5V12V宽幅供电，12V供电发射距离更佳u 具有自动锁键功能，有效避免误操作u 发射功率约 200mW ，不会对其他无线电设备造成干扰。 u 发射距离大于等于500米u 采用红外遥控器进行频率设置，使用更加方便3.2.2扩展功能u 具有200mW和5W功率档切换，方便调节发射距离3.3发射机系统主要技术参数u 发射频率：76Mhz-108Mhz (中心发射频率为100Mhz)，用户可在此范围内自行任意设定，无须任何调整；u 工作电压：DC 9V-15V，建议使用12V；u 工作电流：2.0A；u 发射功率：0.2W，100Mhz中心发射频率±5Mhz内，使用12V电压可保证0.2W输出，超出中心发射频率范围外的发射功率会略有下降；u 预加重延时：50us；u 低通频率：15Khz;u 分离度：40dB；u 失真度：0.1%；u 调制度：15%；u 输入电平：-13dBV； u 调制方式：调频（FM）u 最大频偏：土75KHzu 输出阻抗：50欧u 频率步进：0.1MHz3.4数字控制部分的设计单片机采用 STC89C52RC ， P0口和 P2.0-P2.2作为LCD1602 液晶显示器驱动。P1口接4X4矩阵键盘（内置09数字键、确认键、复位键、2个预设频率键），P2.3-P2.5 为与 BH1415F的通信口，用于传送发射频率控制数据。采用 12MHz 晶振，模拟串口通信。简易控制流程图：开始液晶、端口初始化键盘扫描1，等待数据输入数据处理并送入BH1415F频率发射、液晶显示相应频率键盘扫描2，等待复位复位图3-4 简易控制流程框图3.5模拟部分的设计调频调制发射部分采用调频发射专用电路 BH 1415F，内含立体声信号调制。调频广播信号发射电路。BH1415F 内有前置补偿电路，低通滤波电路等，因此，该发射机具有良好的音质效果，内置 PLL系统调频发射电路，传输频率非常稳定。调频发射电路由单片机通过串行方式直接控制。 BH1415F的频率控制码为16位， D0-D10为频率控制数据，其值乘0.1即为 BH1415F的输出频率 ( 单位： MHz) ； D1D15 为控制位。 D11(MONO) 为单声道立体声控制位， 0为单声道发射模式，1为立体声发射模式。D12(PD0)和D13(PD1)位用于相位控制，通常为0，当分别为 01 或10 时可使发射频率在最低和最高处。D14(T0) 和 D15(T1) 位用于测试模式控制，通常为00 ，10时为测试模式。发射电路BH 1415F 为核心，后面为一级由 2SC3355 构成的高频放大级，调整谐振回路的可变电容可使输出功率最大。电源模块用102、103、104瓷片电容分别并接在7805稳压管的12V输入端，并在电源正极串联一10uH电感，杂波直流电源经过处理，大大减少了杂波和高频噪声，效果十分明显。4 设计原理与分析4.1调频的原理分析4.1.1定义频率调制又称调频(FM)模拟信号调制，它是使高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化(瞬时频率变化的大小与调制信号成线性关系)，而振幅保持恒定的一种调制方式。调频信号的解调称为鉴频或频率检波。 相位调制又称调相(PM) 模拟信号调制，它的相位按调制信号的规律变化，振幅保持不变。调相信号的解调称为鉴相或相位检波。调频与调相的关系 调频波和调相波都表现为高频载波瞬时相位随调制信号的变化而变化，只是变化的规律不同而已。由于频率与相位间存在微分与积分的关系，调频与调相之间也存在着密切的关系，即调频必调相，调相必调频。同样，鉴频和鉴相也可相互利用，即可以用鉴频的方法实现鉴相，也可以用鉴相的方法实现鉴频。 一般来说，在模拟通信中，调频比调相应用广泛，而在数字通信中，调相比调频应用普遍。调频信号的表达式与波形 设调制信号为单一频率信号u(t)=Ucost，载波电压为uC=UCcosct，则根据频率调制的定义，调频信号的瞬时角频率为：(4-1-1-1) 它是在c的基础上，增加了与u(t)成正比的频率偏移。式中kf为调频系数或称调频灵敏度。调频信号的瞬时相位(t)是瞬时角频率(t)对时间的积分，即：(4-1-1-2) 式中，0为信号的起始角频率。为了分析方便，不妨设0=0，则式（4-2）变为：(4-1-1-3) 式中， 为调频指数。FM波的表示式为图4-1-1画出了频率调制过程中调制信号、调频信号及相应的瞬时频率和瞬时相位波形。(4-1-1-4)图4-1-1 调频信号波形图4.1.2调频方法4.1.2.1直接调频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况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。4.1.2.2间接调频调频波的数学表示式,在调制信号为u(t)时,为可见调频波的相位 偏移为 ,即与调制信号u(t)的积分成正比。若将调制信号先通过积分器得, 然后再通过调相器进行调相,即可得到调制信号为 叫调相波,即实际上u（t）是调制信号为u(t)的调频波,因此,调频可以通过调相间接实现。通常将这样的调频方式称为间接调频,其原理方框图如图4-1-2所示。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。调频波输出缓冲级调相器载波振荡器调制信号积分器图4-1-2 间接调频原理框图4.2变容二极管直接调频的原理变容二极管又称"可变电抗二极管"。是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。变容二极管结电容Cj与在其两端所加反偏电压u之间存在着如下关系:(4-2-1) 式中C0为变容二极管零偏时的电容，u为变容二极管PN结的势垒电位差，g为结电容变化指数。 图(a)为不同指数时的Cj-u曲线，图（b）为一实际变容管的Cj-u曲线。=1/3称为缓变型，=1/3称为突变型，超突变型的在15之间。图4-2-1 变容二极管 Cj-u曲线图最常用的直接调频电路为变容管直接调频电路。变容二极管调频的主要优点是能够获得较大的频偏（相对于间接调频而言），线路简单，并且不需要调制功率。其主要缺点是中心频率稳定度低。但是当其配合锁相环路时可实现很高的中心频稳度。它主要用在移动通信以及自动频率微调系统中。 变容二极管是利用半导体 PN 结的结电容随反向电压变化这一特性而制成的一种半导体二极管。它是一种电压控制可变电抗元件。结电容Cj 与反向电容VR 存在如下关系：Cj= Cj/(1+VR÷VD) 图4-2-2 变容二极管特性曲线图 4-2-2（a）表示变容管结电容随反向电压变化的关系曲线。加到变容管上的反向电压，包括直流偏压 v0 和调制信号电压V(t) =Vcost ，如图4-2-2（b）所示。结电容在VR(t)的控制下随时间发生变化，如图4-2-2（c）所示。 把受到调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡频率亦受到调制信号的控制。适当选择变容二极管的特性和工作状态，可以使振荡频率的变化近似地与调制信号成线性关系。这样就实现了调频。4.3压控振荡器的原理图4-3-1压控振荡特性曲线压控振荡器就是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。压控元件一般都是用变容二极管，它的电容量受到输入电压vc(t)的控制。vc变化时，即引起振荡频率v的变化。因此，压控振荡器事实上就是一种电压频率变换器，它的特性可用瞬时振荡频率v，与控制电压vc之间的关系曲线来表示，如图211所示。图上的中心点频率0是在没有外加控制电压时的固有振荡频率。在一定范围内，v与vc之间是线性关系。在线性范闱内，这一线性曲线可用下列方程表示：式中，Kv是特性曲线的斜率，称为VCO的增益或灵敏度，单位为rad/s.V,它表示单位控制电压所引起的振荡角频率变化的大小。4.4锁相环的工作原理锁相环 (Phase-Locked Loop，简称PLL) 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与参考频率源作相位比较,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。 参考晶体振荡器压控振荡器（VCO）低通滤波器（LPF）鉴相器（PD） 输出 图4-3-2 锁相环工作原理框图 如图,锁相环的基本工作原理方框图，它主要由电压控制振荡器（简称VCO）、鉴相器、低通滤波器和参考频率源（晶体振荡器）所组成。当压控振荡器的频率fv由于某种原因而发生变化时，必然相应地产生相位变化。这相位变化在鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位（对应于频率fR）相比较使鉴相器输出一个与相位差成比例的误差电压vd(t)，经过低通滤波器，滤除噪声和干扰成分，并取出其中缓慢变动的直流电压分量v0(t)。v0(t) 用来控制压控振荡器中的压控元件数值（通常是变容二极管的电容量），而这压控元件又是VCO振荡回路的组成部分，结果压控元件电容量的变化将VCO的输出频率fv又拉回到稳定值上来。这样，VCO的输出频率稳定度即由参考晶体振荡器说决定。这时我们称环路处于锁定状态。4.5高频谐振功率放大器的工作原理一、丙类谐振功率放大器电路电路图如4-5-1所示图4-5-1 丙类谐振功率放大器LC谐振网络为放大器的并联谐振网络。谐振网络的谐振频率