惠州学院高频课程设计压控振荡器汇总.docx

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惠州学院高频课程设计压控振荡器汇总

高频电子线路课程设计报告

设计题目：

压控振荡器的设计

系别：

电子科学系

专业：

电子信息科学与技术

班级:

12电科2班

学号:

1207071201236

1207071201239

姓名:

尉扬杨朕宇

指导教师：

吴桂松

设计时间：

2015.1.1

任务书

一、设计任务及要求：

设计任务：

对压控振荡器的研究

要求：

（1）分析压控振荡器的定义、工作原理以及特点。

（2）由于压控振荡器一般分为两种：

LC压控振荡器和晶体压控振荡器，

分析两种不同振荡器的工作原理及电路分析。

   （3）最后切合实际谈谈两种压控振荡器的主要应用范围及作用。

二、指导教师评语：

指导教师签名：

2010年12月20日

三、成绩

2010年12月20日

目录

1.压控振荡器的定义、工作原理

2.压控振荡器的类型

3.LC压控振荡器

4.电路原理图的改进：

5.vco的性能指

6.调试效果图

7.设计心得体会

8.参考文献

1．压控振荡器的定义、工作原理

压控振荡器的工作原理指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路,常以符号（VCO）（VoltageControlledOscillator）。

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（图1）来表示。

图1中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率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。

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。

压控振荡器的控制电压可以有不同的输入方式。

如用直流电压作为控制电压，电路可制成频率调节十分方便的信号源；用正弦电压作为控制电压，电路就成为调频振荡器；而用锯齿电压作为控制电压，电路将成为扫频振荡器。

  图1压控振荡器的控制特性

在压控振荡器中，振荡频率应只随加在变容管上的控制电压变化，但实际电路中，振荡电压也加在变容管两端，这使得振荡频率在一定程度上也随振荡幅度而变化，这是不希望的。

为了减小振荡频率随振荡幅度的变化，应尽量减少振荡器的输出电压幅度，并使变容管工作在较大的固定直流偏压（如大于1V）上。

图2示出了一压控振荡器线路。

它的基本电路是一个栅极电路调谐的互感耦合振荡器。

决定频率的回路元件为L1、C1、C2和压控变容管VD2呈现的电容Cj。

压控振荡器的主要性能指标为压控灵敏度和线性度。

压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的变化量，用S表示，即

S=Δf/Δu

2、压控振荡器的类型

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。

晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。

在下面主要分析LC压控振荡器和晶体压控振荡器。

压控振荡器线路

3.LC压控振荡器

在任何一种LC振荡器中，将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC压控振荡器。

早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用变容二极管。

图2是泼型LC压控振荡器的原理电路。

图中，T为晶体管，L为回路电感，C1、C2、Cv为回路电容,Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量;C1、C2通常比Cv大得多。

当输入控制电压uc改变时，Cv随之变化，因而改变振荡频率。

这种压控振荡器的输出频率与输入控制电压之间的关系为

VCO输出频率与控制电压关系式中C0是零反向偏压时变容二极管的电容量；φ是变容二极管的结电压；γ是结电容变化指数。

为了得到线性控制特性，可以采取各种补偿措施。

RC压控振荡器在单片集成电路中常用RC压控多谐振荡器（见调频器）。

图3LC压控振荡器原理图

电路设计

MC1648是单片集成的射极耦合振荡器，输出MECL电平。

电路工作时，外接电感L和电容C的并联谐振回路即可形成固定频率的振荡器。

若外接变容二极管，控制变容管的直流偏置即可构成LC压控振荡器。

MC1648的工作电源为5v或负5.2V。

最高工作频率可达225MHz.几种常见的变容管连接方式和相应的压控特性见下图，其中（a）（b）为单管连接，控制电压加到变容管，其作用是限流。

（c）采用双管背对背连接，其工作频率高，压控特性也好，本系统采用此种结构。

电路的5端为AGC。

改变AGC的电位，则振荡幅度改变，经放大输出的波形也不一样。

通过AGC调节，电路可以输出正弦波，也可以输出方波。

振荡频率由式

来决定，Cs为变容管电容。

由此式可知，

要想改变整个系统的输出频率，可以有两种方法，可以改变电容的大小，也可以改变电感的大小，改变电容的大小就如图中所示，通过变容二极管来实现，很适合电路自动完成，常作为压控振荡的受控元件；改变电感可以用波段开关来实现，从而达到扩充频段的目的。

由于条件所限，可供选择的变容二极管只有2CC1，其最高工作频率为50MHz，并且变容比比较小，虽然作者采用比较好的电路结构来改善频率输出，最大频率能达到68MHz，但前提条件是要改变电感的大小。

因此，为了得到较大的带宽，可采用波段开关来选择两个不同的电感，电感由继电器来选择，继电器由单片机来控制，因此，只要设置一个按键来选择波段，就可达到扩宽频带的目的。

振荡器是系统产生频率的关键，决定着输出波形是否失真，以及输出幅度的大小。

因为是高频电路，所以对电源的要求比较高，常需要对电源进行处理才能，比如加电感电容来滤波，既可以防止工频变压器对振荡器的干扰，也可以防止振荡器通过电源对其他电路的干扰。

在进行这些处理后，一般还要加金属屏蔽外罩，才有更好的效果。

根据选用的变容二极管2CC12B，其最大工作频率为50MHz，由于采用较合适的结构设计，本系统实际工作频率为8~68MHz，输出频率范围达60MHz，但是要通过改变电感来实现。

4.电路原理图的改进：

5.vco的性能指标

VCO的性能指标主要包括:

1）频率受控范围；2）线性度；3）压控灵敏度；4）调制带宽；5）噪音；6）工作电压。

频率调谐范围，输出功率，（长期及短期）频率稳定度，相位噪声，频谱纯度，电调速度，推频系数，频率牵引等。

频率调谐范围是VCO的主要指标之一，与谐振器及电路的拓扑结构有关。

通常，调谐范围越大，谐振器的Q值越小，谐振器的Q值与振荡器的相位噪声有关，Q值越小，相位噪声性能越差。

振荡器的频率稳定度包括长期稳定度和短期稳定度，它们各自又分别包括幅度稳定度和相位稳定度。

长期相位稳定度和短期幅度稳定度在振荡器中通常不考虑;长期幅度稳定度主要受环境温度影响，短期相位稳定度主要指相位噪声。

在各种高性能、宽动态范围的频率变换中，相位噪声是一个主要限制因素。

在数字通信系统中，载波信号的相位噪声还要影响载波跟踪精度。

其它的指标中，振荡器的频谱纯度表示了输出中对谐波和杂波的抑制能力；推频系数表示了由于电源电压变化而引起的振荡频率的变化；频率牵引则表示了负载的变化对振荡频率的影响；电调速度表示了振荡频率随调谐电压变化快慢的能力。

在压控振荡器的各项指标中，频率调谐范围和输出功率是衡量振荡器的初级指标，其余各项指标依据具体应用背景不向而有所侧重。

例如，在作为频率合成器的一部分时，对VCO的要求，可概括为一下几方面:

应满足较高的相位噪声要求；要有极快的调谐速度，频温特性和频漂性能要好；功率平坦度好；电磁兼容性好。

6.调试效果图

测得滑动变阻器最小时频率为29MHZ二极管前的接地电压为11.77V

最大时频率为31MHZ二极管前的接地电压为1.71V

7.设计心得体会

这次的课程设计我们组是做压控振荡器，在开始动手之前我们先对压控振荡器的定义，工作原理以及它的特点做了了解，之后我们才开始动手设计。

在焊完电路板以后我们去实验室进行了调试，调试过程并不顺利，出现了一点困难，在老师和同学的帮助下才解决掉，也成功完成了此次课程设计，虽然这次的课程设计时间不长，但是却让我学到了很多书本上没有学到的知识，增强了自己的动手能力和和伙伴协同工作的能力。

8.参考文献

高频电子线路（第四版）张肃文主编

电子电路基础刘宝玲主编