1、武漢理工大學高頻電子線路課程設計說明書課程設計任務書學生姓名： 助人為樂 專業班級： 不計得失 指導教師： 滿分通過 工作單位： 好人一生平安 題 目：正弦波壓控振蕩器初始條件：具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設計能力及基本調試能力；能夠正確使用實驗儀器進行電路的調試與檢測。要求完成的主要任務：1. 采用晶體三極管構成一個正弦波壓控振蕩器；2. 額定電源電壓5.0V ，電流13mA; 輸出頻率 10 MHz 13 MHz；3. 頻率變化時，輸出幅度波動小；4. 有緩沖級，在100歐姆負載下，振蕩器輸出電壓 1 V

2、 (D-P);5. 完成課程設計報告（應包含電路圖，清單、調試及設計總結）。時間安排：12013年1月4日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。22013年1月5日 至2013年1月10日完成資料查閱、設計、制作與調試；完成課程設計報告撰寫。3. 2013年1月11日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要I1緒論12正弦波壓控震蕩器電路設計22.1正弦波振蕩器22.2兩種反饋振蕩器22.2.1三點式電容反饋振蕩器22.2.2三點式電感反饋振蕩器32.3改進型電容反

3、饋振蕩器32.4壓控振蕩器原理42.5變容二極管42.6參數選擇52.7壓控振蕩器電路63仿真調試74電路焊接及調試74.1元件清單74.2實物焊接及調試84.2.1焊接的準備84.2.2焊接與組裝84.2.3正弦波壓控振蕩器的調試105總結11參考文獻12摘要本次課程設計通過對課本知識的運用，簡單介紹了高頻正弦波壓控振蕩器的設計方法，振蕩器的種類有很多，包括反饋式振蕩器、負阻式振蕩器等。本次課程設計主要完成正弦波壓控振蕩器（VCO）的設計。包含有壓控元件作為頻率控制器件的振蕩器就稱為壓控振蕩器，包含有壓控元件作為頻率控制器件的振蕩器就稱為壓控振蕩器，本次設計利用晶體管、變容二極管等分立元件完

4、成相關設計。主要應用LC振蕩電路產生正弦波，并用仿真軟件進行仿真，以及對其性能進行測試，經過反復的調試最終得到滿足課題要求的電路，并制作出實物。關鍵詞：正弦波；振蕩器；VCO14AbstractIn modern communications technology, a variety of communications equipment and related information sent to or from a variety of instruments in the modulation and demodulation process, must rely on high-p

5、recision oscillations, otherwise the information will not be able to send and receive, and thus a positive communication equipment almost without high stability of oscillations. Oscillator types include feedback oscillator, negative resistance oscillator, etc, this course is designed mainly to compl

6、ete the sine wave voltage controlled oscillator (VCO) design. Contains a voltage-controlled components as the oscillator frequency control device is called a voltage controlled oscillators, voltage controlled oscillators widely transmitters carrier source, spread spectrum communications carrier sour

7、ce or as a mixer local oscillator. This design using transistors, varactor diodes, etc to complete discrete components, and related design meet the design requirements. Keywords: sine wave varactor VCO1 緒論振蕩器是用來產生重復電子訊號，通常是正弦波或方波的電子元件。其構成的電路叫振蕩電路。能將直流電轉換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置。種類很多，按振蕩激勵方式可分為自激振蕩器、他激

8、振蕩器；按電路結構可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業、醫療、科學研究等方面。振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發送設備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分各種電子測試儀器如信號發生器、數字式頻率計等，其核心部分都離不開正弦波壓控振蕩器。功率振蕩器在工業方面(例如感應加熱、介質加熱等)的用途也日益廣闊。正弦波壓控振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負阻式振蕩器兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產生振蕩，變成振蕩器。所謂產生振蕩是指這時放大器不需要外加激勵信號，而是由本身

9、的正反饋信號來代替外加激勵信號的作用。負阻式振蕩器則是將一個呈現負阻特性的有源器件直接與諧振電路相接產生振蕩。2 正弦波壓控震蕩器電路設計122.1 正弦波振蕩器LC振蕩基本電路，就是通常所說的三端式(又稱三點式)的振蕩器，一般情況下，回路Q值很高，因此回路電流遠大于發射極電流?e。根據諧振回路的性質, 諧振時回路應呈純電阻性，因此三個電抗元件不能是同性質元件。如圖3-1所示：圖2-1三點式振蕩器的組成2.2 兩種反饋振蕩器122.12.22.2.1 三點式電容反饋振蕩器如果反饋網絡是由電容元件完成的，稱為電容反饋振蕩器，也稱為考必茲振蕩器。其特點是輸出波形較好、輸出頻率較高，但振蕩頻率調節不

10、方便。其基本電路如圖2-2所示：圖2-2三點式電容反饋振蕩器2.2.2 三點式電感反饋振蕩器如果振蕩器的反饋網絡是由電感元件完成的，稱為電感反饋振蕩器，也稱為哈特萊振蕩器。其特點是振蕩頻率調節比較方便，但輸出波形較差、輸出頻率不能太高。其基本電路如圖2-3所示：圖2-3三端式電感反饋振蕩器2.3 改進型電容反饋振蕩器三端式振蕩器中由于電容反饋式振蕩器具有工作頻率高、波形好等優點，在許多場合得到了廣泛應用，本課程設計的壓控振蕩器電路即根據西勒振蕩器變化而來。西勒振蕩器的振蕩電路的主要特點，就是與電感L并聯一可變電容，圖中C3<<C1、C2,因此晶體管和回路之間耦合較弱，頻率穩定度高。

11、圖2-4西勒振蕩器電路2.4 壓控振蕩器原理壓控振蕩器指輸出頻率與輸入控制電壓有對應關系的振蕩電路,其特性用輸出角頻率0與 輸入控制電壓Uc之間的關系曲線如圖3-1所示。圖2-5壓控振蕩器特性圖2-5中Uc為零時的角頻率稱為自由振蕩角頻率；曲線在此時的斜率K0稱為控制靈敏度。使振蕩器的工作狀態或振蕩回路的元件參數受輸入控制電壓的控制，就可構成一個壓控振蕩器。2.5 變容二極管在振蕩器的振蕩回路上并接或串接某一受電壓控制的電抗元件后，即可對振蕩頻率實行控制，受控電抗元件常用變容二極管取代。如下圖所示， 變容二極管的電容量Cj取決于外加控制電壓的大小，控制電壓的變化會使變容管的Cj變化，Cj的變化

12、會導致振蕩頻率的改變。變容二極管的作用是利用PN結之間電容可變的原理制成的半導體器件，在高頻調諧、通信等電路中作可變電容器使用。變容二極管屬于反偏壓二極管，改變其PN結上的反向偏壓，即可改變PN結電容量。反向偏壓越高，結電容則越少，反向偏壓與結電容之間的關系是非線性的，當反向偏壓增加，造成電容減少；然而反向偏壓減少，造成電容增加。變容管是利用半導體PN結的結電容受控于外加反向電壓的特性而制成的一種晶體二極管，它屬于電壓控制的可變電抗器件，其壓控特性的典型曲線如圖2-5所示。圖中，反向偏壓從3V增大到30V時，結電容Cj從18pF減小到3pF，電容變化比約為6倍。通過以上分析可知，本設計滿足振蕩

13、器的起振條件和平衡條件，振蕩器的另一個重要指標是頻率穩定度，因此在本次設計中各器件參數的選擇必須滿足頻率穩定度的要求。2.6 參數選擇如上訴電路圖所示，由于本設計采用了西勒振蕩電路作為基本振蕩電路，它的主要特點就是與電感L1并聯在一起的可變電容Cj（即為變容二極管電容）可以用來改變振蕩器的工作波段，而電容C5則起到微調頻率的作用。假設振蕩器波形頻率為10MHz，這里取C5為20pf，而變容二極管及電容C5決定了振蕩器的輸出頻率。與發射極連接的兩個電抗元件為同性質的容抗元件C3和C4；與基極和集電極連接的為異性質的電抗元件L1，根據前面所述的振蕩準則為，該電路滿足相位條件。其工作過程是：振蕩器接

14、通電源后，由于電路中的電流從無到有變化 ，將產生脈動信號。振蕩器電路中有一個LC諧振回路，具有選頻作用，當LC諧振回路的固有頻率與某一諧振頻率相等時，電路發生諧振。雖然脈動的信號很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當增大到一定程度時，導致晶體管進入非線性區域，產生自給偏壓，使放大器倍數減小，最后達到平衡，此時振蕩幅度不在增大。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件，于是得到單一頻率的振蕩信號輸出。若要它產生正弦波，滿足F=1/21/8，太小或者太大均不容易起振。根據公式F=C3C4，因此取C3=120pF，C4=560pF。一個實際的振蕩電路，在F確定后，其振幅增加的主要是靠

15、提高振蕩管的靜態電流值。但是如果靜態電流值取得太大，振蕩管工作范圍容易進入飽和區，輸出阻抗降低使振蕩波形失真。為了使三極管工作在合適的靜態工作點，需要設置合適的偏置電路。我們不妨取偏置電阻R1，R2均為20k，緩沖級電阻R3取1k ，R4取220。如此，可以滿足q點的要求。另外，采用扼流圈可以將高頻信號與直流源隔離開，使得輸出效果更好。2.7 壓控振蕩器電路正弦壓控振蕩電路(VCO)的論證本設計選用西勒振蕩電路作為VCO。這種電路的特點是：振蕩頻率由C3、C4決定，但反饋系數由C1、C2決定，解決了基本三點式振蕩設計中存在的改變振蕩頻率必改變反饋系數的矛盾，綜合考慮穩幅輸出和調諧方便，本設計選

16、用變容二極管實現壓控振蕩電路，利用它的變容特性實現頻率控制。合理選擇振蕩器的靜態工作點對振蕩器的起振、工作的穩定性和波形質量的好壞有著密切的關系。一般小功率振蕩器的靜態工作點應選在遠離飽和區而靠近截至區的地方。根據上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流 大約在0.84mA之間選取。圖3-4正弦波壓控振蕩電路由于西勒振蕩電路器輸出電阻較大，其負載能力交叉，因此在電路輸出端曾加一個電壓跟隨電路，以減小負載等對電路的影響，增加輸出波形的穩定性，信號從三極管的基極輸入，射級輸出。輸入電阻很大，輸出電阻很小，可以有效的提高電路的功率利用率，提高負載能力。3 仿真調試電路圖畫好后，電氣規則檢查無誤，即可進行

17、仿真，Multisim這個軟件功能很強大，可以模擬出示波器測輸出波形，這是很多繪圖軟件都不具備的功能，對設計電路很有幫助，仿真波形在10MHz13MHz的范圍內可調，符合設計標準，但由于元器件不穩定性等原因波形略有失真。圖3-5正弦波壓控振蕩電路仿真波形4 電路焊接及調試344.1 元件清單表1元件清單序號名稱型號數量1電阻1k、2k、20k各52電解電容10u、47u各23瓷片電容10p、510p、30p各14電感47u、10u各15電感3uH16變容二極管BB91014.2 實物焊接及調試344.14.24.2.1 焊接的準備焊接工序是電子產品生產中最普遍也是最關鍵的工序,其質量的好壞直接

18、影響成品的質量。焊接，一般是用加熱的方式使兩件金屬物體結合起來；如果在焊接的過程中需要熔人第三種物質，則稱之為“釬焊”，所加熔上去的第三種物質稱為“焊料”。按焊料熔點的高低又將釬焊分為“硬焊”和“軟釬焊”，通常以450為界，低于450的稱為“軟釬焊”。所謂“焊接”就是軟釬焊的一種,主要用錫、鉛等低熔點合金做焊料，因此俗稱“錫焊”。對照元件清單清點元件，把各個元件按不同參數進行歸類，以免造成焊接時元件丟失或欠缺。然后三極管的檢查，分清高頻管與小功率低頻管，測量各三極管值，再以值決定決定某級配用三極管最好不要單純地從顏色標記作為三極管值的依據，盡量用晶體管參數測試儀測量和ICEO。接著進行電阻檢查

19、電阻阻值有用數字表示的，有用顏色碼表示的，但都要用萬用表一一測量，阻值誤差10%左右照常選用，不必強求原來的標稱值。選用的功率應大于在電路中耗散功率2倍以上，以防止電阻過熱、變值乃至燒毀。因受熱而損傷的電阻不能再用，電位器也要按其在電路中的功能要求檢測。最后要確保電容器的耐壓值應大于電源電壓。本機振蕩回路或諧振槽路的固定電容最好用云母或瓷片電容，其電容值不要偏離過大。電解電容誤差在10%也照常使用。4.2.2 焊接與組裝一般先安裝低矮、耐熱的元件，最后裝集成電路。應按如下步驟焊接：清查元器件的質量，并及時更換不合格的元件；確定元件的安裝方式，由孔距決定，并對照電路圖核對電路板；將元器件彎曲成行

20、，盡量將元件字符置于易觀察的位置，字符應從左到右，從上到下。以便于以后的檢查，將元件腳上錫，以便于焊接；應對照電路圖對號插裝，有極性的元件要注意極性，如集成電路的腳位等。焊接開始前必須準備好焊料、焊劑等工具。凋整好電烙鐵的工作溫度，使烙鐵頭的工作面完全保持在吃錫的狀態。新烙鐵在首次通電以前要把烙鐵頭調出來兩公分左右，經充分預熱試焊后，若嫌溫度不夠，可以解開緊固螺釘向里面送回一點，試焊，還不夠就再往里送回點，就這樣逐步往上調，多試幾次，一開始寧可讓它偏低，切不可讓溫度過高，否則烙鐵頭就會被燒死。所謂燒死，是指烙鐵頭前端作面上的鍍錫層在過高的溫度下被氧化掉，表面形成層黑色的氧化銅殼層。此時的烙鐵頭

21、既不傳熱也不再吃錫，如果勉強壓在焊錫上，過了很長時間后焊錫才會突然熔化，滾向一邊，決不與烙鐵頭親和.用這樣的烙鐵是無法工作的。烙鐵頭一旦燒死就必須銼掉表層重新上錫，這對于長壽烙鐵頭來說就是致命的損失。焊接的時候各焊點加熱時間及用錫量要適當，防止虛焊、錯焊、短路。其中三極管等焊接時要快，以免燙壞；焊后剪去多余的引腳，檢查所有焊點，并對照電路圖仔細檢查，并確認無誤后方可通電。本次課設的實物如下圖所示：圖4-1正弦波壓控振蕩器實物正面 圖4-2正弦波壓控振蕩器實物正面4.2.3 正弦波壓控振蕩器的調試這次焊接振蕩器是根據設計的電路原理圖進行焊接，焊接完畢后，進行調試。我覺得這次焊接高頻的振蕩器難度，雖然只要對照電路圖進行焊接貌似簡單，其實不易。在焊接過程中注意電路版元件排版要盡量緊湊，由于高頻振蕩器容易受到外界電磁波的干擾，若果焊接時候，元件間連線過長會容易嚴重影響輸出波形，因此焊接時要加備注意。焊接完成之后，可以利用實驗室的示波器進行波形的查看，通過調節變容二極管的電壓，可以改變電路輸出波形的頻率，調試結果如下圖所示：圖4-3正弦波壓控振蕩器調試圖4-4正弦波壓控振蕩器調試5 總結通過課程設計，我對電子的理論有了更深的了解。其中包括焊普通元件與電路元件的技巧、壓控振蕩器的工作原理等等。這次高頻課程設計，我對高頻電子線路與低頻電子線路有了更深入的認識。低頻電子線路