MC2833

   本次实验采用频率调制实现音频的发射，频率调制电路的功能是使高频振荡电路在调制信号的控制下，输出振幅不变而瞬时频率随调制信号线性变化的调频波。

1.  频率调制（FM）信号的介绍

   频率调制与解调属于非线性频率变换, 比属于线性频率变换的振幅（AM）调制与解调在原理和电路实现上都要困难一些。由于频率调制信号在抗干扰方面比振幅调制信号要好得多, 所以虽然要占用更多的带宽, 但仍得到了广泛的应用。 

我们先来分析一下调信号：

设高频载波为 , 调制信号为 , 则调频信

号的瞬时角频率：

瞬时相位   

调频信号     （2.1.1）

其中为比例系数。  

上式表明, 调频信号的振幅恒定, 瞬时角频率是在固定的载频上叠加一个与调制信号电压成正比的角频率偏移(简称角频偏) , 瞬时相位是在随时间变化的载波相位上叠加了一个与调制电压积分成正比的相位偏移(简称相偏) 。其最大角频偏和调频指数(最大相偏) 分别定义为： 

    若调制信号是单频信号, 即, 则由式(2.2.1)可写出相应的调频信号： 

2. 频率调制（FM）原理

实现频率调制的方式一般有两种: 一是直接调频, 二是间接调频。  

(1)直接调频。 

根据调频信号的瞬时频率随调制信号成线性变化这一基本特性, 可以将调制信号作为压控振荡器的控制电压, 使其产生的振荡频率随调制信号规律而变化, 压控振荡器的中心频率即为载波频率。显然, 这是实现调频的最直接方法, 故称为直接调频。

(2)间接调频

将调制信号积分后调相, 是实现调频的另外一种方式, 称为间接调频。 或者说, 间接调频是借用调相的方式来实现调频。

图2.1.2   变容二极管上叠加高频振荡电压对结电容的影响

本次设计中所用频率调制芯片MC2833为直接调频，所以对间接调频不作过多介绍。

变容二极管调频电路是广泛采用的一种直接调频电路。MC2833调频芯片采用的是晶振变容二极管调频电路。通过图2.1.2可以从图像上清楚的看出高频振荡电压和变容二极管结电容之间的关系。

电路中通过调制信号的幅值变化改变压控变容二极管的电容，从而进一步通过电容的改变控制振荡电路的频率，实现电压幅值变化控制频率偏移。

3.  频率调制芯片MC2833介绍

   Motorola公司生产的MC2833是单片集成FM低功率发射器电路, 适用于无绳电话和其它调频通信设备。以下是MC2833的电路原理和应用。

图2.1.3a是MC2833内部结构和由它组成的调频发射机电路。 MC2833内部包括话筒放大器、射频压控振荡器、缓冲器、两个辅助晶体管放大器等几个主要部分,需要外接晶体、LC选频网络以及少量电阻、电容和电感。

图2.1.3a   MC2833的外部引脚排列和内部结构图

●电源电压范围较宽, 为2.8 V～9.0V

●外接电子元件较少

●当电源电压为4.0 V, 载频为166 MHz时, 最大频偏可达10kHz

●调制灵敏度可达15Hz／mV

●输出最大功率为10mW(50 Ω负载)

芯片MC2833的高性价比是我们选择它作为发射芯片的主要原因，图2.1.3b是该芯片在频率调制发射中的主要应用。

图2.1.3b  芯片MC2833组成的调频发射机

   外部产生的音频信号从5脚输入, 经放大后去控制可变电抗元件。可变电抗元件的直流偏压由片内参考电压VREF经电阻分压后提供。由片内振荡电路、可变电抗元件、外接晶体和15、16脚两个外接电容组成的晶振直接调频电路(Pierce电路)产生载频为16.5667MHz的调频信号。

   变容二极管调频电路为了提高中心频率稳定度, 可以加入晶振, 但加入晶振后又会使最大线性频偏减小。为了增大最大线性频偏, 即扩展晶振的频率控制范围, 可以采用串联或并联电感的方法。电感越大，频率控制范围越大，但频率稳定度相应下降，所以要选择一个平衡点。本电路上选择3.3μH电感与晶体串联用于扩展最大线性频偏。

接下来信号由缓冲器通过14脚外接三倍频网络将调频信号载频提高到49.7 MHz, 同时也将最大线性频偏扩展为原来的三倍, 然后从13脚返回片内, 经两级放大后从9脚输出。