【文章內(nèi)容簡介】 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 第 1 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 1． 1設(shè)計要求 設(shè)計依據(jù) （ 1） 與電子電路設(shè)計有關(guān)的國家和行業(yè)的法規(guī)、技術(shù)標準與規(guī)范等； （ 2） 本電壓控制 LC 振蕩器設(shè)計任務(wù)書要求的技術(shù)范圍。 基本要求 (l） 振蕩器輸出為正弦波，波形無明顯失真。 （ 2） 輸出頻率范圍： 15～ 35MHz。 （ 3） 輸出頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于 310? 。 (4） 輸出電壓峰 —— 峰值： Vp_p =1V177。 。 第 2 章 總體設(shè)計 方案 2． 1 設(shè)計思路 本課題要求設(shè)計并制作一個電壓控制的 LC 正弦波振蕩器，即用電壓控制 LC類型的振蕩器并實現(xiàn)輸出電壓的峰峰值恒定并能實時顯示輸出電壓的峰峰值。根據(jù)以上要求可知，該設(shè)計除具有壓控 LC 振蕩模塊外還必須有頻率合成模塊、幅度控制模塊、峰峰值 檢測模塊和示波器顯示輸出波形模塊和頻率輸出模塊。由于輸出頻率范圍很寬， LC 振蕩電路還需要根據(jù)頻率范圍分段切換來實現(xiàn)對 15MHz～ 35MHz 頻率范圍的覆蓋。 本課題要求設(shè)計一個電壓控制 LC 振蕩器，振蕩器輸出波行為無失真的正弦波。設(shè)計中采用分立元件組成電壓控制 LC 振蕩器，采用西勒振蕩電路實現(xiàn)振蕩效果，采用滑動變阻器改變輸入電壓，采用電壓負反饋和自動增益控制（ AGC）電路使輸出電壓幅值穩(wěn)定在 1V177。 。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 2. 2 整體框圖 圖 1 系統(tǒng)整體框圖 如上 圖圖 1 所示是系統(tǒng)整體設(shè)計框圖。 電壓控制 LC 振蕩器的設(shè)計與比較 人們通常把壓控振蕩器稱為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號。在自動頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個受控部件。 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(diào)基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時，振幅比較穩(wěn)定。調(diào)發(fā)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(diào)集電路在高頻輸出方面 比其它兩種電路穩(wěn)定，幅度較大諧波成分較小?；ジ旭詈险袷幤髟谡{(diào)整反饋（改變耦合系數(shù)）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(wěn)定性高的變壓器，而且靈活性較差。一般應(yīng)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。輸出正弦波 輸出頻率 可控增益功率放大器 電壓控制 LC 振蕩器 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 另外，改變諧振回路的電容，可方便地調(diào)節(jié)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(wěn)定，適于較高工作頻率。 考慮到本設(shè)出波形良好，所 計中要求頻帶較寬，輸 以選擇方案三，采用電容三點式振蕩器作為本設(shè)計振蕩器類型。 壓控 LC 振蕩模塊 方案一：采用高穩(wěn)定度適用于產(chǎn)生固定頻率場合的克拉潑（ Clapp）經(jīng)典振蕩電路。 方案 二：采用高穩(wěn)定度的西勒（ Seiler）經(jīng)典振蕩電路。 以上兩種方案中，方案一采用克拉潑電路，該電路振蕩頻率較為穩(wěn)定，但該振蕩的頻率覆蓋范圍較窄，一般為 ～ ，若要覆蓋 15～ 35MHz，至少要分 3～ 4 段。而且該振蕩在一個較寬的波段內(nèi)輸出幅度不均勻，頻率升高后不易起振。因此該方案不予采納。而方案二采用西勒振蕩電路，克服了克拉波振蕩器的缺點在電感上并接一個可調(diào)電容調(diào)節(jié)振蕩頻率，電路較易起振，振蕩頻率也較為穩(wěn)定，當參數(shù)設(shè)計得當時，覆蓋范圍可達 ～ ，因此只需 2～ 3 段即可覆蓋設(shè)計要求的 15～ 35MHz 的頻率范圍。故采納方案二的設(shè)計。 功率放大器的設(shè)計和比較 高頻功率放大器有多種形式，有甲類（ = 0180 ）、乙類（ = 090 ）、丙類（＜ 090 ）、丁類。理論上說導(dǎo)通角越小即導(dǎo)通時間越短，電路工作的效率越高，但為還原初始信號所需的后級電路也越復(fù)雜。 甲類互補放大器和乙類放大器適用于線性放大，多用于寬帶功率放大，但是效率較低，理論最大值分別為 50％和 %；丙類、丁類適用于固定頻率的放大（諧振放大）。 按題目要求，需設(shè)計工作在 30MHz、輸出功率 P≥ 20mw 的功率放大器。該放大器屬于固定傾率上的放大器，丁類在規(guī)定時間內(nèi)較難設(shè)計制作，由于丙類放大器效率較高且容易制作和調(diào)試，所以我們選擇了用丙類諧振放大器，在丙類放大前加一個甲類放大以產(chǎn)生足夠的激勵電壓，輸出大于 20 mw 的效果。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 LC 振蕩器控制信號的實現(xiàn)比較 方案一：采用普通電壓源，通 過滑動變阻器改變 LC 振蕩器的輸入電壓來實現(xiàn)對 LC輸出頻率的控制，這種方案可以實現(xiàn)較小的頻率間隔，但實際操作比較困難，且誤差較大、穩(wěn)定度很低。 方案二：采用 VCO,函數(shù)發(fā)生器，如 ICL8038。它通過改變外加控制電壓，改變芯片內(nèi)的電容充電電流，從而可以輸出一定頻率的正弦波。但是其輸出的頻率較低，而且頻率的穩(wěn)定度低，頻率的步進難以控制。 方案三： 采用鎖相環(huán)路技術(shù)，利用鎖相環(huán)，使振蕩器（ VCO）的輸出頻率鎖定在所需的頻率上，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的 VCO 控制電壓，這樣大大提高了控制信號的穩(wěn)定性，而且性能可靠、 使用方便以及多功能等優(yōu)點。 因此， 根據(jù)本課程設(shè)計要求我們采用方案三的設(shè)計。 動增益電路的方案設(shè)計與比較 方案一 ： 效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)，輸出信號取自電阻與場效應(yīng)管與對 V的分壓。采用場效應(yīng)管作 AGC 控制可以達到很高的頻率和很低的噪聲，但溫度、電源等的漂移將會引起分壓比的變化，用這種方案很難實現(xiàn)增益的精確控制和長時間穩(wěn)定。 方案二 ： 采用可編程放大器的思想，將輸入的交流信號作為高速 D/A的基準電壓，這時的 D/A作為一個程控衰減器。理論上講，只要 D/A的速度夠快、精度夠高就可以實現(xiàn)很寬范圍的精密增益 調(diào)節(jié)。但是控制的數(shù)字量和最后的增益 (dB)不成線性關(guān)系而是成指數(shù)關(guān)系，造成增益調(diào)節(jié)不均勻，精度下降。 方案三 ： 用控制電壓與增益成線性關(guān)系的可編程增益放大器，用控制電壓和增益（ dB）成線性關(guān)系的可變增益放大器來實現(xiàn)增益控制。用電壓控制增益，同時可以減少噪聲和干擾。 綜上所述，選用方案三，采用集成可變增益放大器 AD603作增益控制。 AD603是一款低噪聲、精密控制的可變增益放大器，溫度穩(wěn)定性高，最大增益誤差為 ，滿足題目要求的精度，其增益（ dB）與控制電壓（ V）成線性關(guān)系，因此可以很方便地使用D/A輸出 電壓控制放大器的增益 。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 第 3 章 單元電路分析 壓控振蕩器的設(shè)計 西勒振蕩器電路 圖 2 西勒振蕩器原理圖 如圖 2 所示是西勒振蕩器的原理圖電路。 C4 電容調(diào)整振蕩器的頻率，而 C3 用固定電容，在一般情況下， C1 和 C2 電容都遠