学科基础课群课设

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1、课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师： _ 工作单位：信息工程学院题 目：电压控制LC振荡器课程设计目的：1. 任务：设计并制作一个电压控制LC振荡器。2. 要求：1）振荡器输出为正弦波，波形无明显失真。2）输出频率范围：15MHz35MHz。3）输出频率稳定度：优于10-3。4）输出电压峰-峰值：Vp-p=1V0.1V。5）实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，精度优于10%。 时间安排：序 号阶段内容所需时间1方案设计2天2硬件设计3天3软件设计3天4系统仿真2天系统调试3天答辩1天合计14天指导教师签名:系主任（或责任教师）签名:2013年 月 日2013年 月 日目录摘要1Abs

2、tract21.LC三点式反馈振荡器31.1方案比较与论证31.2 LC振荡器设计原理31.2.1串联型电容三点式振荡器61.2.2并联型电容三点式振荡器61.3振荡器静态工作点的设置92电压控制LC振荡器102.1工作原理102.2压控振荡器的类型112.3 LC压控振荡器112.4晶体压控振荡器122.5 VCO的实际应用电路123压控振荡器的设计133.1设计内容及要求133.2元件选择143.3 LC压控振荡电路测试：173.4电路测试数据：17心得体会19参考文献20附录1元件清单21附录2原理图及电路实物22摘要本设计是一个功能完善，性能优良的高频VCO(Voltage Contr

3、ol Oscillation)。主振器由分 立元件组成。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(VCO)，频率 是输入信号电压的函数的振荡器VCO,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。而其又分为LC压控振荡器，晶体压控振荡器, 在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号(调制信号)。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。压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技 术要求主

4、要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性 关系并宜于集成等。关键字：VCO 变容二极管调频器AbstractThis design is a high frequency VCO with comprehensive and perfect function. The main vibrator is made up of several separable components. Voltage controlled oscillator refers to the output frequency and input control voltage have co

5、rresponding relationship of oscillation circuit (VCO), frequency is the input signal voltage function of the oscillator VCO, oscillator working condition or oscillation circuit element parameters of the control voltage of the input control, can constitute a voltage controlled oscillator. And its and

6、 divided into LC voltage controlled oscillator, crystal voltage controlled oscillator, in communication or measuring instrument, the input voltage is to transfer or to measurement signal (modulation signal). People usually put the voltage-controlled oscillator is called frequency modulator, to produ

7、ce a frequency modulation signal. In the automatic frequency control loop and phase lock this way, the input voltage is error signal voltage, voltage controlled oscillator is loop of a controlled unit. The type of voltage controlled oscillator have LC voltage-controlled oscillator, RC voltage contro

8、lled oscillator and crystal voltage-controlled oscillator. Voltage controlled oscillator to the technical requirements mainly include: frequency stability is good, control of high sensitivity, wide range of frequency modulation, frequency deviation and control voltage of a linear relationship betwee

9、n and for integration, etc.Key words: VCO DIODE frequency modulator1.LC三点式反馈振荡器1.1方案比较与论证LC振荡器的输出频率由电感L与电容C的值决定，通过改变L或C可以改变振荡频 率，利用变容二极管可以构成压控振荡电路，改变加在其PN结上的反向电压可以调节其 容量，从而实现电压控制LC振荡。方案一：采用分离元件构成压控振荡器电路，主要由变容二极管构成西勒振荡电路。 其结构简单，但由于使用分立元件组成，电感量及其它阻容元件的参数计算复杂，调试较 困难。方案二：采用集成的压控振荡器电路，如图1.2所示，选用压控振荡器芯片MC

10、1648, 其工作电压5V,工作频率可从1.0MHz150MHz，需要外接一个并行的LC槽路，另外， MC1648内部有放大电路和自动增益控制，可以实现输出频率稳幅，射极跟随器有隔离作 用，可减小负载对振荡器工作状态的影响。CIO22P+5VC12HH ,llDluF4C922PCll5PS5OOO揑翎电压辅冬21斗3658710912111413JP1MC164S0 & & 00PC5100MYDIOD1图1.1方案二压控振电路综上所述,虽然采用压控振荡器芯片调试简单，但芯片相比分离元件较贵，同时，采用分 离元件构成压控振荡器电路可以锻炼同学们的动手能力，因此选择方案一。1.2 LC振荡器设

11、计原理正弦波LC振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。 反馈式三端LC振荡器比较常用的电路形式又可以分为两大类：电感反馈式三端 振荡器与电容反馈式三端振荡器。电感反馈振荡电路容易起振，但电感反馈支路为感性支路，对高次谐波呈现 高阻抗，故对回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大；另外，由于两个电感 元件上的分布电容并联于电感元件的两端，工作频率越高，分布电容的影响也愈 严重，这就使得电感反馈式三端振荡电路的工作频率不能太高。电容三端振荡器的优点是输出波形较好，该电路中的不稳定电容(分布电容, 器件的结电容等)都是与该电路并联的，因此 适当加大回路电容量，就可以减弱 不稳定的分布

12、电容对振荡频率的影响，提高了频率稳定度。本设计采用经典的西勒振荡器，该电路具有频率稳定度好，振荡频率高的优点， 使 用变容二极管改变电路的谐振频率，由于变容二极管的结电容随反向偏压增加而减少，因 此若电路中的电容选用变容二极管作反向运用并加上控制电压，就可改变由LC决定的振 荡器的频率。若电感的值一定，则可调频率的范围由变容二极管的容量变化范围决定。本次设计利用分立元件设计LC压控振荡器。振荡器是用来产生重复电子讯号(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

13、路结构可分为阻容振荡器、电 感电容振荡器、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、科学研究等方面。以下为三点式振荡器，其原理符合 射同余的正反馈原理，下图为振荡器的原理电路：c1(a)(b)(c)图1.2振荡器原理电路下图为共集极电容三点式荡器：由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极和集 电极连接的为异性质的电抗元件L,根据前面所述的判别准则，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，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个L

14、C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波频率相等时，电路产生谐振。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，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡， 即AF=1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出。该振荡器的振荡频率f为：of = :C1+ C2o 2n LCC1 1 2反馈系数F为：F沁CyC 2若要它产生正弦波，必须满足F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一 个实际的振荡电路，在F确定之后，其振幅的增加主

15、要是靠提高振荡管的静态电流值。但 是如静态电流取得太大，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ICO=0.5mA-4mA。共基电容三点式振荡器的优点是：1）振荡波形好。2）电路的频率稳定度较高。工作 频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。电路的缺点：振荡 回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定 度不咼。为克服共基电容三点式振荡器的缺点，可对其进行改进，改进电路有两种：121串联型电容三点式振荡器电路组成如图0心%图1.4串联型电容三点式振荡器电路特点是在共基电容三点式振荡器的基础上，用一电容C3,串联于电感L支路。功用主要是以增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性。使振 荡频率的稳定度得以提高。因为C3远远小于C1或C2，所以电容串联后的等效电容约为C3。电路的振荡频率为:f 二 1/2 兀o