電子技術課程設計PAGE1電壓控制LC振蕩器的設計電子技術課程設計論文題目：電壓控制LC振蕩器的設計專業：信息工程學院自動化年級：2010級學生：指導教師：實物制作成績（50分）設計報告成績（40分）答辯（10分）總成績備注方案過程指標焊接分工方案論證設計計算、繪圖、原件選擇報告格式原理講述問題回答前言本課題要求設計一個電壓控制LC振蕩器，振蕩器輸出波形為無失真的正弦波。計劃采用分立元件組成電壓控制LC振蕩器，采用滑動變阻器改變輸入電壓，采用電壓反饋電路使輸出電壓幅值穩定在1V±0.1V。首先通過閱讀之前學習過的《數字電子技術基礎》和《模擬電子技術基礎》，以及《單片機原理》等課程書籍了解電壓控制LC振蕩電路原理及設計電路。通過比較幾種經典電壓控制LC振蕩電路基本三點式振蕩電路及西勒振蕩器等設計出更為簡潔的電壓控制LC振蕩器。本組方案通過指導老師的審查之后，電路焊接等工作重點在大連大學素質教育基地工作室完成。最后調試階段在老師的指導下完成，并通過了本次課程設計。本組成員孫飛翔、付賀。決定選題并通過指導老師謝新開確定可行性之后。電路焊接部分主要由孫飛翔負責，付賀輔助工作。最后在老師的指導下調試結束并通過本次課程設計后，撰寫課程設計論文部分主要由付賀負責，孫飛翔提供意見，做輔助工作。目錄一、摘要 4二、設計要求 5三、正文 5第一章、系統概述 51.1、原理框圖 51.2、芯片介紹 51.3、功能實現原理 7第二章、單元電路設計與分析 72.1、方案論證 72.1、工作狀態分析 8第三章、電路的安裝與調試 10第四章、結束語 11四、鳴謝 12五、元器件明細表 13六、附圖 14七、參考文獻 15摘要本設計是一個電壓控制的LC正弦波振蕩器，即用電壓控制L類型的振蕩器并實現輸出電壓的峰峰值恒定在1V±0.1V并能用示波器顯示輸出電壓的峰峰值。主振器由分立元件組成。電壓對頻率的控制是通過變容二極管來實現的。即通過改變變容二極管的反向壓降，從而改變變容二極管的結電容，繼而改變振蕩頻率。關鍵詞：電壓控制，變容二極管，振蕩頻率二、設計要求名稱：電壓控制LC振蕩器要求：振蕩器輸出為正旋波，波形無明顯失真輸出頻率范圍：15MHZ~35MHZ。輸出頻率穩定度：優于0.01輸出電壓峰值：Vpp=1V+0.1V實時測量并顯示振蕩器輸出電壓峰值，精度優于10%。可實現輸出頻率步進，步進間隔1MHZ+100MHZ三、正文第一章、系統概述1.1、原理框圖圖1方波、三角波、正弦波、信號發生器的原理框圖首先多諧振蕩器產生方波，然后由積分電路將方波轉化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉化為正弦波，但這樣的輸出將造成負載的輸出正弦波波形變形，因為負載的變動將拉動波形的崎變。1.2、芯片簡介LM324芯片簡介：LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝（DIP14），外形如圖2所示：圖2LM324外型圖片它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖3所示的符號來表示：圖3LM324內部的運放單元在電路中的符號它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖4：圖4LM324引腳排列圖由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小，可單電源使用，價格低廉等優點，因此被廣泛應用在各種電路中。LM2940芯片簡介：常用串聯型線性穩壓電源LM2940，輸出電壓固定的低壓差三端穩壓器，具有紋波小、電路結構簡單的優點；輸出電壓5v，輸出電流1。輸出電流1A時，最小輸入輸出電壓差小于0.8V，最大輸入電壓26V，工作溫度-40——+125℃；內含靜態電流降壓電路、電流限制、過熱保護、電池反接和反插入保護電路。LM2940-5可以有效地防止各器件之間發生干擾，以及電流不足的問題，使得系統能夠穩定地工作。1.3、功能實現原理：根據要實現的功能，設計的電路系統框圖如下圖所示：電源電源滯回比較器積分器二階有源低通濾波器方波三角波正弦波波圖4系統框圖系統采用±12V雙電源供電，主體部分由LM324集成運放芯片構成的滯回比較器、積分器和二階有源低通濾波器電路組成。它由滯回比較器產生方波信號，方波信號經過積分器后產生三角波信號。三角波信號一路反饋回滯回比較器，作為滯回比較器的VREF；另一路經二階有源低通濾波器濾波以后產生正弦波信號。使用時可以在電路系統的不同輸出點得到不同的波形信號。第二章、單元電路設計與分析2.1、方案論證振蕩器的比較在各種振蕩電路中，LC振蕩電路是比較常見的一種。常用的LC振蕩電路有以下幾種：方案一：采用互感耦合振蕩器形式。調基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時，振幅比較穩定。調發電路只能解決起始振蕩條件和振蕩頻率的問題，不能決定振幅的大小。調集電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩定，幅度較大諧波成分較小。互感耦合振蕩器在調整反饋（改變耦合系數）時，基本上不影響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時，難于做出穩定性高的變壓器，而且靈活性較差。一般應用于中、短波波段。方案二：采用電感三點式振蕩。由于兩個電感之間有互感存在，所以很容易起振。另外，改變諧振回路的電容，可方便地調節振蕩頻率，由于反饋信號取自電感兩端壓降，而電感對高次諧波呈現高阻抗，故不能抑制高次諧波的反饋，因此振蕩器輸出信號中的高次諧波成分較大，信號波形較差。方案三：采用電容三點式振蕩器。電容三點式振電路的基極和發射極之間接有電容，反饋信號取自電容兩端，它對諧波的阻抗很小，諧波電壓小，因而使集電路電流中的諧波分量和回路的諧波電壓都較小。反饋信號取自電容兩端，由于電容對高次諧波呈現較小的容抗，因而反饋信號中高次諧波分量小，故振蕩輸出波形好，而且電容三點式振蕩器的頻率穩定，適于較高工作頻率。考慮到本設計中要求頻帶較寬，輸出波形好。通過參考以上方案，設計出本組方案如下所示：方案四：此方案是準備在2012年暑假參加電子設計大賽時所做，因為要采用TI公司元件，經過多次比較采用OPA354，經由Tina—TI軟件仿真后得到如下仿真圖，此方案暑假已經做出，并且經過檢驗能得到一個良好的正弦波，在此用LM324代替OPA354，通過控制R6或C2來調節輸出波形的此外圖中VG1需要利用函數發生器檢驗。2.2、工作狀態分析：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。方波信號由函數信號發生器輸出，積分電路區段如下：系統原理圖如下所示：、電路的安裝與調試如圖所示，輸入端接函數信號發生器，輸出端接示波器，實驗結果如圖所示電路實物圖設計如圖所示：試驗結果如圖所示：、結束語本此課程設計實際結果與仿真所出結果有些差別，波形不是太標準，有待進一步調節。此外，本組設計的預期電路中OPA354插件由于條件所限用LM324代替。另外由于考慮不周，電路完成之后不可調，可改進為可調節的滑動變阻器，進而可使試驗結果所得到的波形更佳。四、鳴謝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五、元器件明細表序號元器件名稱規格型號數量1LM294022LM790523OPA354（直插），【若買不到，可用LM324】24電解電容100uF85電容104pF86電容1uF27電容100nF28電容10nF29電阻1K210電阻2.2K211電阻20K212,、函數信號發生器