1、遼 寧 工 業 大 學電子綜合設計與制作課程設計（論文） 題目：電壓控制LC振蕩器院（系）： 電子信息工程學院 專業班級： 電子 學 號： 080 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：2011.12.262012.01.06課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子信息工程學院 教研室：電子信息工程學院學 號080404學生姓名專業班級電子課程設計題目電壓控制LC振蕩器課程設計（論文）任務任務和要求：設計并制作一個電壓控制LC振蕩器。（1）振蕩器輸出為正弦波，波形無明顯失真。（2）輸出頻率范圍：15MHz35MHz。（3）輸出頻率穩定度：優于10-3。（4）輸出電壓峰-峰值：Vp-p=1V

2、0.1V。（5）實時測量并顯示振蕩器輸出電壓峰-峰值，精度優于10。（6）可實現輸出頻率步進，步進間隔為1MHz100kHz。進度計劃1、布置任務，通過網絡，圖書查閱資料，理解掌握電路實現的功能。（2天）2、確定方案，設計電路圖。（2天）3、建立軟件流程圖，用Proteus搭建硬件電路并調試。（3天）4、編寫軟件程序，并編譯調試成功。（3天）5、對系統進行仿真，確定參數，分析系統性能。（2天）6、撰寫、打印設計說明書（1天）指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 學生簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要隨著人們

3、生活水平的不斷提高和電子科技的飛速發展，特別是近年來物質生活水平的提高，人們相互之間交往所利用的通信手段也越來越多，人們不斷追求生活方式的多樣化和個性化；電子科學的發展尤其是無線通信的快速發展給人們工作和生活注入了新的色彩；人們可以隨心所欲地享受著無線通信工具所帶來的樂趣。實驗和課程設計都是電子技術基礎課程中重要的實踐性環節，對培養學生理論聯系實際的能力起重要作用。本次課程設計的宗旨是：教學基本要求，結合目前學校課程設計的實際需求。便宜學生做答，有利于學生的能力培養。LC振器是高頻中的中要部分，這個設計有利于讓學生更好的鞏固知識，對LC振蕩器有更好的了解。關鍵詞：VCO；單片機；變容二級管；M

4、CULC振蕩器電路的原理及選擇正弦波振蕩器的分類正弦波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。反饋式三端LC振蕩器比較常用的電路形式又可以分為兩大類：電感反饋式三端振蕩器與電容反饋式三端振蕩器。電感反饋振蕩電路容易起振，但電感反饋支路為感性支路，對高次諧波呈現高阻抗，故對回路中的高次諧波反饋較強，波形失真較大；另外，由于兩個電感元件上的分布電容并聯于電感元件的兩端，工作頻率越高，分布電容的影響也愈嚴重，這就使得電感反饋式三端振蕩電路的工作頻率不能太高。電容三端振蕩器的優點是輸出波形較好，該電路中的不穩定電容（分布電容，器件的結電容等）都是與該電路并聯的，因此適當加大回路電容量，

5、就可以減弱不穩定的分布電容對振蕩頻率的影響，提高了頻率穩定度。在這里，我們選擇了電容三端振蕩器。電容三端振蕩器交流等效電路如圖1所示。圖1 電容三端振蕩器交流等效電路此電路為西勒振蕩器，該電路具有頻率穩定度好，振蕩頻率較高，波段范圍內幅度比較平穩等優點。其中振蕩頻率由C3、C4和L決定，頻率計算公式為： 實際上為了能用電壓控制頻率，C4用變容二極管來代替。高頻功率放大電路的選擇高頻功率放大器要求能實現對30MHz選頻放大，由于功率要求是20mW且設計的VCO輸出波形幅度高,我們只設置兩級放大，一級為電壓放大級，一級為功率輸出級。電壓放大級采用普通的選頻放大器，諧振于30MHz。輸出級有幾種形式

6、：1、直接放大，如圖2（A）。2、推挽式功率放大，如圖2（B）。3、開關功率放大，如圖2 （C）。圖2 （A）直接放大圖2 （B） 推挽式功率放大圖2（C）開關功率放大圖2（A）直接放大型工作于丙類（高頻功率放大器一般不工作在甲類或乙類），靜態工作點較高，在沒有信號輸入時仍要消耗一定的功率，效率極低。丙類放大器單管工作，其高次諧波豐富，尢其是在高次諧波中，二次諧波幅度較高。對于選頻功率放大器來說，高幅度的二次諧波吸收了一部分的功率，不利于基波的放大和效率的提高，所以此方案不予采用。圖2（B）用兩只三極管接成推挽式功率放大器，這種電路也叫做D類放大器，靠兩只管子輪流導通完成正負半周的放大。該電路

7、靜態電流可以置得很小或是完全截止，效率可以做得很高，按理論值，D類放大器的效率可達100%(在低頻時)。但是實際上，推挽功率放大器在開關轉換的瞬間是存在著較大的導通電流，有一定的功耗，而且功耗隨著開關頻率的升高而不斷地增大，這就使功放的頻率上限受到限制了。一般此種功率放大器用于較低頻率的放大上,比如調幅廣播的發射,而對于30MHz的頻率,我們不采用.圖2(C)是開關式功率放大器，也叫E類放大器,它和D類放大器一樣管子是工作在開關狀態。在晶體三極管導通和斷開瞬間,由于電感L2的作用,避免產生大的電壓或電流,這就減小了器件的開關功耗,效率也得到了提高。這種放大器的主要問題是,由于晶體管工作在開關狀

8、態,對于連續變化的正弦波 ,通過開關轉換后,出來的是失真的斷續的波形；電感L2一般較大，它的存在會降低放大器的速度，但是可以證明,通過在后面搭接適當的LC濾波和匹配網絡，可以還原出原始的正弦波信號，也可以使它的瞬態響應達到最隹。放大30MHz的信號絲毫沒有問題。經過考慮，我們采用了這種開關型功率放大器.頻率控制方式的選擇 設計要求振蕩器的頻率要用電壓來控制，可以采用變容二極管代替振蕩回路中的振蕩電容，通過改變加在變容二極管兩端的反向偏壓來改變管子的結電容，從而改變電路的振蕩頻率。只要我們能控制VCO的輸入電壓，就可以控制振蕩器的振蕩頻率。我們有以下幾種控制方案。方案一：利用電位器分壓電路。通過

9、改變電位器的分壓比來改變變容管的反向偏壓，從而改變振蕩器的振蕩頻率。該電路的優點是電路結構簡單，容易制作。但是電位器很難實現對頻率的精確控制，且電位器容易磨損，噪聲大，受溫度的影響也大。方案二：利用DAC芯片輸出控制電壓。通過單片機輸出數據經D/A器件轉換成模擬電壓控制振蕩器的頻率。此電路控制的振蕩器頻率值的步進精度取決于D/A器件的轉換精度。該電路的結構也比較簡單，頻率調節是數碼控制，可以大大減小噪聲。但是本設計的壓控振蕩器是用分立元件做成，并不是理想中的壓控振蕩器，由于存在溫度漂移，晶體管直流電位會隨溫度發生移動，輸出頻率也就隨著發生變化，在固定的VCO輸入電壓上，輸出頻率值是有一定的波動

10、的，使得從DAC輸出的數據與實際輸出的頻率不能一一對應。DAC的調節作用要經過單片機的運算處理，這樣就有一個延時的過程，導致頻率的自動調整滯后，所以此方案不予采用。系統設計與分析 系統組成本系統主要由單片機控制系統、數字鎖相環路、功率放大電路、峰值檢測電路等電路構成，系統框圖如圖3所示圖3系統框圖系統工作過程簡介圖中PD部分集成了R分頻器和N分頻器，R和N均受單片機控制。基準頻率是4.096MHz，為了達到步長100KHz的步進值，我們選取R=2048，得到步長f=2KHz，那么，只要N每增加50，就能得到100KHz的步進值。25MHz的頻率對應的N值為12500，35MHz的頻率對應的N值

11、為 17500，15MHz的頻率對應的N值為7500，我們設置的開機頻率為25MHz，以后只要按開關S1，N值就增加50，也就會使輸出頻率增加100KHz，按S2可使頻率變低。從VCO出來的調頻信號通過分頻器加到單片機的計數器進行計數器，用于測量VCO的頻率。在這里，單片機系統實際上作為第二級PLL環路。它把測量到的VCO頻率值和預定的頻率值比較，得出的差值再加到N的值上以進一步使頻率改變，直到測量的頻率和預定的頻率值相等，這樣更使輸出的頻率精度更高更穩定。峰值檢測電路包括峰值檢波哭和A/D轉換器，峰值檢波器把高頻率信號轉換成直流電平送入A/D轉換器轉成數字量，再送到LED顯示。功率放大器負責

12、放大30MHz信號以滿足要求。壓控LC振蕩器電路設計（vco電路）如前所述，主振電路采用西勒振蕩電路，其交流等效電路如圖1所示。完整的振蕩電路如圖4所示圖4壓控LC振蕩器VCO電路變容二極管D1工作時需要一定的直流反向偏壓，在圖4中加入C4，避免了電感L2對D1的直流短路作用。為了加強振蕩器驅動負載的能力，減弱后級電路對主振回路的干擾，在振蕩回路的輸出端加入一級射級跟隨器。本電路的電壓輸入要求是1V到8V，變容管的參數是30PF430PF，按圖中電路參數算，該振蕩器輸出頻率可從14MHz變化到39MHz，完全可以滿足題目的要求。 峰值檢測電路VCO的輸出信號經峰值檢波電路之后轉換成直流電平，通

13、過ADC0809進行模數轉換，送入單片機5峰值檢測電路高頻功率放大電路的設計由于要求輸出的有效功率大于等于20mW，為了兼顧功率放大器的輸出功率Po和效率，采用E類開關型功率放大器（見圖6），電路分兩級，前級主要進行電壓放大兼起選頻作用，后級開關管用高頻管C535或9018均可，后面接入LC網絡起到選項頻和阻抗匹配的作用。同時，為了適應不同的負載，功率輸出部分采用雙端輸出形式：一端為直接輸出見圖10的A端，用于接純電阻負載。另一種是感性輸出見圖10的B端，用于接容性負載。圖630MHz功率放大器測試方法與測試數據 測試參數說明 主振頻率LC振蕩器的輸出頻率稱為主振頻率或載波頻率。用數字頻率計測

14、量回路的諧振頻率，高頻電壓表測量諧振電壓，示波器監測振蕩波形。測試點如圖中各點所示，即C點測電壓，E點測波形。A點測頻率。由于數字頻率計的輸入阻抗較低，所以要接入電容，一般取等于幾十皮法。 頻率穩定度主振頻率或載波頻率的相對穩定性用頻率穩定度表示。雖然調頻信號的瞬時頻率隨調制信號改變，但這種變化是以穩定的載頻為基準的。若載頻不穩，有可能使調頻信號的頻譜落到接受機通帶之外。因此對于調頻電路，不僅要滿足一定頻偏要求，而且振蕩頻率必須保持足夠高的頻率穩定度。圖示的克拉潑電路，其可達到，測量頻率穩定度的方法是，在一定的時間范圍（如1小時）內或溫度范圍內每隔幾分鐘讀一個頻率值，然后取范圍內的最大值與最小

15、值，則頻率穩定度為0.0001 調制靈敏度單位調制電壓所引起的頻偏稱為調制靈敏度，以SF表示，單位為kHz/v，即式中的頻率變化量，由于變容二極管部分接入諧振回路，則引起回路總電壓的變化量為頻偏較小時，與的關系可采用下面近似公式，即調制靈敏度可以由變容二極管特性曲線上處的斜率及式計算。越大，調制信號的控制作用越強，產生的頻偏越大。 輸出功率高頻功率放大器的輸出功率是指放大器的負載RL上得到最大不失真功率。對于本設計由于負載RL與丙類功率放大器的諧振回路之間采用變壓器耦合方式，實現了阻抗匹配，則集電極回路的諧振阻抗R0上的功率等于負載RL上的功率，所以將集電極的輸出功率視為高頻功率放大器的輸出功

16、率。測試：高頻信號發生器提供激勵信號電壓與諧振頻率，示波器監視波形失真，直流毫安表測試集電極直流電壓，高平電壓表測量負載RL的端的電壓。只有在集電極回路處于諧振狀態時才能進行各項技術指標的測量。測試儀器 TDS2002型數字示波器. 3515A型數字頻率計. +5V、+12V穩壓直流電源. 高頻數字毫伏表.測試指標 （1）VCO輸出頻率范圍的測量 可見壓控主振級振蕩輸出信號頻率范圍足夠寬 （2）.輸出電壓峰峰值的測量 用TDS2002型數字示波器直接檢測振蕩器輸出信號的峰峰值得1.14V. （3）.輸出頻率步進的測量 從按鍵到系統穩定，單步調節間隔為100kHz。 （4）.接鎖相環時VCO輸出

17、頻率范圍的測量 通上電源復位，鎖相環預置值為25MHz按S2減小頻率，最小可以小到17.12MHz按S1增加頻率,? 最大可以增到40.23MHz由結果知道頻帶上移了。在變容二極管上并上一小容量的電容器后再測,最小頻率降為14.21MHz,最高頻率降為36.43MHz.功率測量： 調整頻率到30MHz，測得空載電壓有效值為2.6V。數據的測量及結果4m接50純電阻負載時功率放大器輸出功率與效率的測量。用交流毫伏表測得電阻兩端有效電壓值為1.6V,計算得功率為54w.負載改為50電阻與20pF電容串聯時輸出有效功率與功率放大器效率的測量, 用交流毫伏表測得電阻兩端有效電壓值為1.2V,計算得功率

18、為28.8mW。課程設計總結課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程. 回顧起此次課程設計，我感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力 在這次設計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導下，終于順利完成。在次我表示衷心的感謝！附錄：器件清單 參考文獻1 徐親知，陳淑華.石油經濟學.第二版.哈爾濱：黑龍江人民出版社，1988: 38-135 2 米契爾卡特，羅德尼馬多克.合理預