《高频正弦波压控振荡器+protues仿真+orcad绘制PCB+实物.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频正弦波压控振荡器+protues仿真+orcad绘制PCB+实物.（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武汉理工大学Proteus及Candence实训课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 助人为乐 专业班级： 不计得失 指导教师： 一定过 工作单位： 信息工程学院 题 目:正弦波压控振荡器初始条件：计算机、Proteus软件、Cadence软件要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习Proteus软件和Cadence软件。（2）设计一个正弦波压控振荡器电路。（3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设
2、计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。2013.11.17-11.21对高频正弦波压控振荡器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。2013.11.22 提交课程设计报告，进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录摘要I1绪论12软件介绍22.1Proteus软件介绍22.2Cadence软件介绍23正弦波压控震荡器设计33.1正弦波振荡
3、器33.2西勒电容反馈振荡器33.3压控振荡器原理43.4变容二极管43.5压控振荡器53.6参数选择63.7仿真调试74绘制PCB电路版75总结8参考文献9摘要随着现代通信技术的发展，各种通信设备层出不穷，涉及信息收发的各种仪器在调制和解调过程中，都必须依靠高精度的振荡源，人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。振荡器的种类有很多，包括反馈式振荡器、负阻式振荡器等。本次课程设计主要完成正弦波压控振荡器的设计，包含有压控元件作为频率控制器件的振荡器就称为压控振荡器，本次设计利用晶体管、变容
4、二极管等分立元件完成相关设计。关键字：正弦波 振荡器 变容二极管I1 绪论振荡器是用来产生重复电子信号（通常是正弦波或方波）的电子元件，其构成的电路叫振荡电路。能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电感振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科研等方面。 振荡器的种类很多，使用范围也不相同，但是它们的基本原理都是相同的，都要满足起振、平衡和稳定条件。振荡器可以分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。按照产生振荡的工作原理，振荡器可
5、分为反馈式振荡器和负阻式振荡器。所谓反馈式振荡器，就是利用正反馈原理构成的振荡器，是目前用的最广泛的一类振荡器。所谓负阻式振荡器，就是利用正反馈有负阻特特性的器件构成的振荡器。在这种电路，负阻所起的作用，是将振荡器回路的正阻抵消以维持等幅振荡。反馈式振荡器电路，有变压器反馈式振荡电路，电感三点式振荡电路，电容三点式振荡电路和石英晶体振荡电路等。本次设计我们采用的是电容三点式振荡电路，由于电容三点式振荡电路有一些缺陷，通过改进，得到了西勒振荡器电路。2 正弦波压控震荡器原理2.1 正弦波振荡器正弦波振荡器根据选频网络所采用的器件可以分为LC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器， LC最常用的电路是三点
6、式振荡器，即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，根据谐振回路的性质，谐振时回路应该呈现纯电阻性。因而，电路中三个电抗元件不能同时为感抗或者容抗，必须有两种不同性质电抗元件组成的，如图3-1所示图3-1三端式振荡器的组成2.2 西勒电容反馈振荡器三端式振荡器根据组成反馈网络元件的电抗性质，可分为电容反馈式振荡器和电感反馈式振荡器。由于电容反馈式振荡器具有工作频率高、波形好等优点，在许多场合得到了广泛应用，本课程设计的压控振荡器电路即根据西勒振荡器变化而来。图3-2西勒振荡器电路2.3 压控振荡器原理压控振荡器指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路,其特性用输出角频率0与
7、 输入控制电压Uc之间的关系曲线如图3-1所示。图3-3压控振荡器特性图4-1中Uc为零时的角频率称为自由振荡角频率；曲线在此时的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。3 正弦波压控震荡器电路设计3.1 压控振荡器基本参数设置(1) 工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或“GHz”。(2) 输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。通常单位为“dBmw”。(3) 输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内功率波动最大值，通常单位为“dBmw”。(4) 调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1
8、V时，引起振荡频率的变化量，在线性区内，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。(5) 谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log（P基波/P谐波）（dBmw）。(6) 3dB调制带宽：是指特定用途的VCO在作调频使用时，调制信号为1Vp-p时，产生的调频频带宽度，主要有双端压控作调频时用户的要求作出设计。3.2 变容二极管在振荡器的振荡回路上并接或串接某一受电压控制的电抗元件后，即可对振荡频率实行控制，受控电抗元件常用变容二极管取代。如下图所示， 变容二极管的电容量Cj取决于外加控制电压的大小，控制电压的变化会使变容管的Cj变化，Cj的变化会导致振荡频率的改变。变容二极管的作用是利用PN结
9、之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，即可改变PN结电容量。反向偏压越高，结电容则越少，反向偏压与结电容之间的关系是非线性的，当反向偏压增加，造成电容减少；然而反向偏压减少，造成电容增加。电容误差范围是一个规定的变容二极管的电容量范围。数据表将显示最小值、标称值及最大值，这些经常绘在图上。变容管是利用半导体PN结的结电容受控于外加反向电压的特性而制成的一种晶体二极管，它属于电压控制的可变电抗器件，其压控特性的典型曲线如图2-5所示。图中，反向偏压从3V增大到30V时，结电容Cj从18pF减小到3pF，
10、电容变化比约为6倍。对于不同的Cj，所对应的振荡频率为：（1）通常将fmax和fmin的比值称为频率覆盖系数，以符号Kf表示，上述振荡回路的频率覆盖系数如下： （2）通过以上分析可知，本设计满足振荡器的起振条件和平衡条件，振荡器的另一个重要指标是频率稳定度，因此在本次设计中各器件参数的选择必须满足频率稳定度的要求。3.3 压控振荡器原理正弦压控振荡电路(VCO)的论证本设计选用西勒振荡电路作为VCO。这种电路的特点是：振荡频率由C3、C4决定，但反馈系数由C1、C2决定，解决了基本三点式振荡设计中存在的改变振荡频率必改变反馈系数的矛盾，综合考虑稳幅输出和调谐方便，本设计选用变容二极管实现压控振
11、荡电路，利用它的变容特性实现频率控制。合理选择振荡器的静态工作点对振荡器的起振、工作的稳定性和波形质量的好坏有着密切的关系。一般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截至区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流 大约在0.84mA之间选取，图3-4正弦波压控振荡电路3.4 参数选择如上诉电路图所示，由于本设计采用了西勒振荡电路作为基本振荡电路，它的主要特点就是与电感L1并联在一起的可变电容Cj（即为变容二极管电容）可以用来改变振荡器的工作波段，而电容C5则起到微调频率的作用。假设振荡器波形频率为10MHz，这里取C5为20pf，而变容二极管及电容C5决定了振荡器的输出频率，其
12、大小为：f0=12C3+C4LC5Cj与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C3和C4；与基极和集电极连接的为异性质的电抗元件L1，根据前面所述的振荡准则为，该电路满足相位条件。其工作过程是：振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化 ，将产生脉动信号。振荡器电路中有一个LC谐振回路，具有选频作用，当LC谐振回路的固有频率与某一谐振频率相等时，电路发生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器倍数减小，最后达到平衡，此时振荡幅度不在增大。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到
13、单一频率的振荡信号输出。若要它产生正弦波，满足F=1/21/8，太小或者太大均不容易起振。根据公式F=C3C4，因此取C3=120pF，C4=560pF。一个实际的振荡电路，在F确定后，其振幅增加的主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如果静态电流值取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真。严重时，甚至使振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般取ICO=0.5mA4mA。为了使三极管工作在合适的静态工作点，需要设置合适的偏置电路。我们不妨取偏置电阻R1，R2均为20k，缓冲级电阻R3取1k ，R4取220。如此，可以满足q点的要求。另外，采用扼流圈可以将高频信号与直流源
14、隔离开，使得输出效果更好。4 仿真调试电路图画好后，电气规则检查无误，即可进行仿真，Multisim这个软件功能很强大，可以模拟出示波器测输出波形，这是很多绘图软件都不具备的功能，对设计电路很有帮助。由于元器件不稳定及偏置电压设置不足够准确等原因，波形不大稳定，有失真。图4-5正弦波压控振荡电路仿真波形5 总结高频电子线路是在科学与技术和生产实践中发展起来的，也只有通过实践才能得到深入的了解。因此在学习高频时，必须要高度重视实践环节，坚持理论联系实际，在实践中积累丰富的经验。通过这次高频课程设计，加深了我对高频电子线路与低频电子线路区别的认识。低频电子线路通常工作在线性状态，而高频电子线路通常
15、为非线性电路，要用非线性的电路分析方法来分析。压控振荡器的原理仍是三点式振荡器的原理，电路的设计较为简单，设计的关键在于电路中元件参数的计算，元件的选择是振荡器能否正常工作的关键，另外，在电路的设计过程中要对所设计的电路进行仿真测试，由于高频电路中影响电路性能的因素很多，仿真也只能作为参考。参考文献1 张豫滇. 电子电路课程设计M.河海大学出版社，2005.82 刘俊华.现代测试技术与系统集成M.电子工业出版社，2005.3 刘泉.通信电子线路.武汉理工大学出版社.20054 谢自美.电子线路设计M.华中科技大学出版社，2000.75 桂海源.傅里叶展开法测相位的误差分析J.北京：电子工业出版社，2005本科生能力拓展训练成绩评定表姓 名 助人为乐性 别 男专业、班级课程设计题目：正弦波压控振荡器课程设计答辩或质疑记
