图2-4西勒振荡器电路
2.4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ω0与输入控制电压Uc之间的关系曲线如图3-1所示。
图2-5压控振荡器特性
图2-5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。
2.5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。
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，电容变化比约为6倍。
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。
2.6参数选择
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。
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，于是得到单一频率的振荡信号输出。
若要它产生正弦波，满足F=1/2—1/8，太小或者太大均不容易起振。
根据公式
，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。
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20kΩ，缓冲级电阻R3取1kΩ，R4取220Ω。
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隔离开，使得输出效果更好。
2.7压控振荡器电路
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0.8—4mA之间选取。
图3-4正弦波压控振荡电路
由于西勒振荡电路器输出电阻较大，其负载能力交叉，因此在电路输出端曾加一个电压跟随电路，以减小负载等对电路的影响，增加输出波形的稳定性，信号从三极管的基极输入，射级输出。
输入电阻很大，输出电阻很小，可以有效的提高电路的功率利用率，提高负载能力。
3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，仿真波形在10MHz~13MHz的范围内可调，符合设计标准，但由于元器件不稳定性等原因波形略有失真。
图3-5正弦波压控振荡电路仿真波形
4电路焊接及调试
3
4
4.1元件清单
表1元件清单
序号
名称
型号
数量
1
电阻
1k、2k、20k
各5
2
电解电容
10u、47u
各2
3
瓷片电容
10p、510p、30p
各1
4
电感
47u、10u
各1
5
电感
3uH
1
6
变容二极管
BB910
1
4.2实物焊接及调试
3
4
4.1
4.2
4.2.1焊接的准备
焊接工序是电子产品生产中最普遍也是最关键的工序,其质量的好坏直接影响成品的质量。
焊接，一般是用加热的方式使两件金属物体结合起来；如果在焊接的过程中需要熔人第三种物质，则称之为“钎焊”，所加熔上去的第三种物质称为“焊料”。
按焊料熔点的高低又将钎焊分为“硬焊”和“软钎焊”，通常以450℃为界，低于450℃的称为“软钎焊”。
所谓“焊接”就是软钎焊的一种,主要用锡、铅等低熔点合金做焊料，因此俗称“锡焊”。
对照元件清单清点元件，把各个元件按不同参数进行归类，以免造成焊接时元件丢失或欠缺。
然后三极管的检查，分清高频管与小功率低频管，测量各三极管β值，再以β值决定决定某级配用三极管最好不要单纯地从颜色标记作为三极管β值的依据，尽量用晶体管参数测试仪测量β和ICEO。
接着进行电阻检查电阻阻值有用数字表示的，有用颜色码表示的，但都要用万用表一一测量，阻值误差10%左右照常选用，不必强求原来的标称值。
选用的功率应大于在电路中耗散功率2倍以上，以防止电阻过热、变值乃至烧毁。
因受热而损伤的电阻不能再用，电位器也要按其在电路中的功能要求检测。
最后要确保电容器的耐压值应大于电源电压。
本机振荡回路或谐振槽路的固定电容最好用云母或瓷片电容，其电容值不要偏离过大。
电解电容误差在10%也照常使用。
4.2.2焊接与组装
一般先安装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。
应按如下步骤焊接：
清查元器件的质量，并及时更换不合格的元件；确定元件的安装方式，由孔距决定，并对照电路图核对电路板；将元器件弯曲成行，尽量将元件字符置于易观察的位置，字符应从左到右，从上到下。
以便于以后的检查，将元件脚上锡，以便于焊接；应对照电路图对号插装，有极性的元件要注意极性，如集成电路的脚位等。
焊接开始前必须准备好焊料、焊剂等工具。
凋整好电烙铁的工作温度，使烙铁头的工作面完全保持在吃锡的状态。
新烙铁在首次通电以前要把烙铁头调出来两公分左右，经充分预热试焊后，若嫌温度不够，可以解开紧固螺钉向里面送回一点，试焊，还不够就再往里送回—点，就这样逐步往上调，多试几次，一开始宁可让它偏低，切不可让温度过高，否则烙铁头就会被烧死。
所谓‘烧死’，是指烙铁头前端作面上的镀锡层在过高的温度下被氧化掉，表面形成—层黑色的氧化铜壳层。
此时的烙铁头既不传热也不再吃锡，如果勉强压在焊锡上，过了很长时间后焊锡才会突然熔化，滚向一边，决不与烙铁头亲和.用这样的烙铁是无法工作的。
烙铁头一旦烧死就必须锉掉表层重新上锡，这对于长寿烙铁头来说就是致命的损失。
焊接的时候各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路。
其中三极管等焊接时要快，以免烫坏；焊后剪去多余的引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查，并确认无误后方可通电。
本次课设的实
物如下图所示：
图4-1正弦波压控振荡器实物正面
图4-2正弦波压控振荡器实物正面
4.2.3正弦波压控振荡器的调试
这次焊接振荡器是根据设计的电路原理图进行焊接，焊接完毕后，进行调试。
我觉得这次焊接高频的振荡器难度，虽然只要对照电路图进行焊接貌似简单，其实不易。
在焊接过程中注意电路版元件排版要尽量紧凑，由于高频振荡器容易受到外界电磁波的干扰，若果焊接时候，元件间连线过长会容易严重影响输出波形，因此焊接时要加备注意。
焊接完成之后，可以利用实验室的示波器进行波形的查看，通过调节变容二极管的电压，可以改变电路输出波形的频率，调试结果如下图所示：
图4-3正弦波压控振荡器调试
图4-4正弦波压控振荡器调试
5总结
通过课程设计，我对电子的理论有了更深的了解。
其中包括焊普通元件与电路元件的技巧、压控振荡器的工作原理等等。
这次高频课程设计，我对高频电子线路与低频电子线路有了更深入的认识。
低频电子线路通常工作在线性状态，而高频电子线路通常为非线性电路，要用非线性的电路分析方法来分析。
这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。
在实践中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。
通过本次实践也培养了我理论联系实际的能力，提高增强了独立工作的能力。
最主要的是收获是，我基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接基本熟悉了电子产品的安装工艺的生产流程，能够熟练的使用普通万用表，以及熟悉了常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围。
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。
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
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[5]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
好人一生平安
课程设计题目：
正弦波压控振荡器
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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