電壓控制lc振蕩器xin.doc

測(cè)控電路設(shè)計(jì) 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)：目 錄1 引 言31.1 振蕩器概述31.2 本課題設(shè)計(jì)意義32 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案52.1 設(shè)計(jì)要求52.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)52.1.2 基本要求52.2 設(shè)計(jì)思路52.3 整體框圖52.4 方案比較與論證62.4.1 電壓控制LC振蕩器的設(shè)計(jì)與比較62.4.2 功率放大器的設(shè)計(jì)和比較82.4.3 LC振蕩器控制信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比較83 單元電路設(shè)計(jì)93.1 壓控振蕩器的設(shè)計(jì)93.1.1 振蕩電路原理93.1.2 西勒振蕩器電路93.1.3 電壓控制LC振蕩電路103.2 變?nèi)荻O管的設(shè)計(jì)113.3 功率放大電路的設(shè)計(jì)124 硬件電路的制作與調(diào)試144.1 硬件設(shè)計(jì)144.2 系統(tǒng)調(diào)試主要測(cè)試儀器144.3 系統(tǒng)調(diào)試144.4 誤差分析165 結(jié)束語17參考文獻(xiàn)18附錄1元器件清單19附錄2 multisim原理圖20附錄2 計(jì)算過程201 引 言1.1 振蕩器概述振蕩器廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，例如在無線電測(cè)量儀器中，它產(chǎn)生各種頻段的正弦信號(hào)電壓:在熱加工、熱處理、超聲波加工和某些醫(yī)療設(shè)備中，它產(chǎn)生大功率的高頻電能對(duì)負(fù)載加熱；某些電氣設(shè)備用振蕩器做成的無觸點(diǎn)開關(guān)進(jìn)行控制；電子鐘和電子手表中采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩電路作為定時(shí)部件等。在通信系統(tǒng)電路中，壓控振蕩器(VCO)是其關(guān)鍵部件，特別是在鎖相環(huán)電路、時(shí)鐘恢復(fù)電路和頻率綜合器電路等電路中更是重中之重，可以毫不夸張地說在電子通信技術(shù)領(lǐng)域，VCO壓控振蕩器幾乎與電流源電路和運(yùn)放電路具有同等重要的地位。壓控振蕩器（VCO）的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。對(duì)壓控振蕩器的技術(shù)要求主要有：頻率穩(wěn)定度好，控制靈敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關(guān)系并宜于集成等。晶體壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，但調(diào)頻范圍窄；RC壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度低而調(diào)頻范圍寬，LC壓控振蕩器居二者之間。電壓控制LC振蕩器在任何一種LC振蕩器電路中都是將壓控可變電抗元件插入振蕩回路中，本設(shè)計(jì)中采用變?nèi)荻O管作為壓控可變點(diǎn)抗元件，這樣就可形成LC壓控振蕩器。早期的壓控可變電抗元件是電抗管，后來大都使用了變?nèi)荻O管。在微波頻段，用反射極電壓控制頻率的反射速調(diào)管振蕩器和用陽極電壓控制頻率的磁控管振蕩器等也都屬于壓控振蕩器的性質(zhì)。在通信技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等各種領(lǐng)域中，常常要用到精度比較高，頻率穩(wěn)定度高且方便可調(diào)的信號(hào)源，電壓控制振蕩器是如今使用非常廣泛的一類電子器件，為電光轉(zhuǎn)換電路、移動(dòng)式手持設(shè)備等提供了很好的解決方案。1.2 本課題設(shè)計(jì)意義隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，振蕩器的用途也越來越廣泛，振蕩器自其誕生以來就一直在通信、電子、航海航空航天及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域扮演重要的角色，具有廣泛的用途。在無線電技術(shù)發(fā)展的初期，振蕩器就在發(fā)射機(jī)中用來產(chǎn)生高頻載波電壓，在超外差接收機(jī)中用作本機(jī)振蕩器，成為發(fā)射和接收設(shè)備的基本部件。本設(shè)計(jì)電壓控制LC振蕩器是如今使用非常廣泛的一類電子器件，為電一光轉(zhuǎn)換電路、移動(dòng)式手持設(shè)備等提供了很多的解決方案。本文設(shè)計(jì)的是電壓控制LC振蕩器，設(shè)計(jì)中采用了改進(jìn)型電容三點(diǎn)式西勒振蕩器電路作為本設(shè)計(jì)的主要組成部分，解決了基本三點(diǎn)式振蕩電路設(shè)計(jì)中存在的改變振蕩頻率必改變反饋系數(shù)的矛盾，通過調(diào)節(jié)壓控變?nèi)荻O管兩端電壓來改變振蕩器的輸出頻率，使設(shè)計(jì)系統(tǒng)達(dá)到15MHz35MHz輸出頻率可變的要求。在LC振蕩器的LC回路中，使用電壓控制電容器（變?nèi)荻O管器），就可以在一定頻率范圍內(nèi)構(gòu)成電壓調(diào)諧振蕩器，即電壓控制LC振蕩器。壓控振蕩器可廣泛使用于頻率調(diào)制器，鎖相環(huán)路，以及無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中。本設(shè)計(jì)電壓控制LC振蕩器采用了變?nèi)荻O管來實(shí)現(xiàn)電壓控制的功能，末級(jí)功率放大器采用了三極管9018，實(shí)現(xiàn)了功率放大的功能，并使其三極管工作在丙類狀態(tài)，以提高工作效率。若負(fù)載為容性阻抗，采用串聯(lián)諧振回路以提高輸出功率。系統(tǒng)主要選用LC振蕩器來實(shí)現(xiàn)振蕩，并改變電路輸入電壓來控制電路頻率的變化。LC振蕩器因諧振回路具有很高的選擇性，即使放大器工作在非線性區(qū)，振蕩電壓也非常接近正弦形，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但因它的諧振元件LC之值只限于體積不宜過大，振蕩頻率不宜太低一般為幾百千赫到幾百兆赫。頻率穩(wěn)定度一般為10-210-4 量級(jí)，略優(yōu)于RC 振蕩電路，但比石英晶體振蕩器要低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。諧振元件L或C的數(shù)值調(diào)節(jié)方便，可借以改變振蕩頻率，因而為廣播、通信、電子儀器等電子設(shè)備所廣泛采用。壓控振蕩器的應(yīng)用范圍很廣，集成化是重要的發(fā)展方向。石英晶體壓控振蕩器中頻率穩(wěn)定度和調(diào)頻范圍之間的矛盾也有待于解決。隨著深空通信的發(fā)展，將需要內(nèi)部噪聲電平極低的壓控振蕩器。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)要求2.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) （1）與電子電路設(shè)計(jì)有關(guān)的國家和行業(yè)的法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范等； （2）本電壓控制LC振蕩器設(shè)計(jì)任務(wù)書要求的技術(shù)范圍。2.1.2 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：1535MHz。 (3） 輸出電壓峰峰值：Vp_p =1V0.1V。2.2 設(shè)計(jì)思路本課題要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)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(shí)現(xiàn)輸出電壓的峰峰值恒定在1V0.1V并能用示波器顯示輸出電壓的峰峰值。根據(jù)以上要求可知，該設(shè)計(jì)除具有壓控LC 振蕩電路外還要有頻率合成、幅度控制、峰峰值檢測(cè)和示波器顯示輸出波形和頻率輸出的組成。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(shí)現(xiàn)對(duì)15MHz35MHz 頻率范圍的覆蓋。本設(shè)計(jì)通過電壓改變變?nèi)荻O管兩端的電壓改變輸出頻率。本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)電壓控制LC振蕩器，振蕩器輸出波形為無失真的正弦波。設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)振蕩效果，采用滑動(dòng)變阻器改變輸入電壓，采用電壓反饋電路使輸出電壓幅值穩(wěn)定在1V0.1V。2.3 整體框圖 本設(shè)計(jì)主要通過振蕩器電路產(chǎn)生一定的振蕩頻率，選用西勒振蕩器達(dá)到輸出為不失真的正弦波，其穩(wěn)定度優(yōu)于10-3。電路通過輸入電壓控制振蕩頻率，通過改變輸入電壓來控制變?nèi)荻O管兩端的電壓，使頻率隨著電壓的變化而變化。振蕩電路輸出的電壓經(jīng)過耦合電容連接到放大電路中，放大后的電壓使其輸出值控制在1V左右，從而達(dá)到本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖21所示。振蕩電路放大電路變?nèi)荻O管耦合電容輸出輸入電壓圖21系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖2.4 方案比較與論證2.4.1 電壓控制LC振蕩器的設(shè)計(jì)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(hào)。在自動(dòng)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(hào)電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個(gè)受控部件。1、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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(diǎn)式振蕩。由于兩個(gè)電感之間有互感存在，所以很容易起振。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(hào)取自電感兩端壓降，而電感對(duì)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(hào)中的高次諧波成分較大，信號(hào)波形較差。方案三：采用電容三點(diǎn)式振蕩器。電容三點(diǎn)式振電路的基極和發(fā)射極之間接有電容 ，反饋信號(hào)取自電容兩端，它對(duì)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(hào)取自電容兩端，由于電容對(duì)高次諧波呈現(xiàn)較小的容抗，因而反饋信號(hào)中高次諧波分量小，故振蕩輸出波形好，而且電容三點(diǎn)式振蕩器的頻率穩(wěn)定，適于較高工作頻率。 考慮到本設(shè)計(jì)中要求頻帶較寬，輸出波形好，所以選擇方案三，采用電容三點(diǎn)式振蕩器作為本設(shè)計(jì)振蕩器類型。2、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(chǎng)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，如圖22所示。圖22西勒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1.21.3，若要覆蓋1535MHz，至少要分34 段。而且該振蕩在一個(gè)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(diǎn)在電感上并接一個(gè)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(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)得當(dāng)時(shí)，覆蓋范圍可達(dá)1.41.6，因此只需23 段即可覆蓋設(shè)計(jì)要求的1535MHz 的頻率范圍。故采納方案二的設(shè)計(jì)。這種電路的特點(diǎn)是：振蕩頻率由C3、C4決定，但反饋系數(shù)由C1、C2決定，解決了基本三點(diǎn)式振蕩設(shè)計(jì)中存在的改變振蕩頻率會(huì)引起反饋系數(shù)改變的矛盾。本設(shè)計(jì)選用變?nèi)荻O管取代C4實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的核心模塊VCO電路，西勒振蕩電路的原理圖如圖22所示。2.4.2 功率放大器的設(shè)計(jì)和比較高頻功率放大器有多種形式，有甲類（=）、乙類（=）、丙類（）、丁類。理論上說導(dǎo)通角越小即導(dǎo)通時(shí)間越短，電路工作的效率越高，但為還原初始信號(hào)所需的后級(jí)電路也越復(fù)雜。甲類互補(bǔ)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78.5；丙類、丁類適用于固定頻率的放大電路中在放大等幅信號(hào)時(shí)，放大器一般工作在丙類狀態(tài)，而放大高頻調(diào)幅信號(hào)時(shí)一般工作在乙類狀態(tài)，丙類放大器的效率高，且具有選頻作用的諧振網(wǎng)絡(luò)能濾去諧波，從嚴(yán)重失真的電流波形中得到不失真的電壓輸出。放大器的工作狀態(tài)可分為甲類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類、丙類，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域。但這些工作狀態(tài)下的放大器的輸出電流與輸出電壓間存在很嚴(yán)重的非線性失真。低頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆蓋系數(shù)大，不能采用諧振回路作負(fù)載，因此一般工作在甲類狀態(tài)；采用推挽電路時(shí)可以工作在乙類。高頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆蓋系數(shù)小，可以采用諧振回路作負(fù)載，故通常工作在丙類，通過諧振回路的選頻功能，可以濾除放大器集。電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線性失真。因而工作在丙類狀態(tài)，其諧振網(wǎng)絡(luò)主要是用來從失真的電流脈沖中選出基波、濾除諧波，從而得到不失真的輸出信號(hào)。根據(jù)實(shí)際要求該放大器屬于選擇頻率段的放大器，丁類在規(guī)定時(shí)間內(nèi)較難設(shè)計(jì)制作，由于丙類放大器效率較高且容易制作和調(diào)試，且具有選頻作用的諧振網(wǎng)絡(luò)能濾去諧波，從嚴(yán)重失真的電流波形中得到不失真的電壓輸出。所以我們選擇了丙類諧振放大器作為本設(shè)計(jì)的功率放大器。2.4.3 LC振蕩器控制信號(hào)的實(shí)現(xiàn)比較方案一：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)定度差，頻率的難以控制檢測(cè)。方案二：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(hào)的穩(wěn)定性。但鎖相環(huán)路技術(shù)是利用誤差信號(hào)電壓去消除頻率誤差的自動(dòng)控制電路。方案三：采用普通電壓源，通過滑動(dòng)變阻器改變LC振蕩器的輸入電壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)LC輸出頻率的控制，這種方案可以實(shí)現(xiàn)較小的頻率間隔。因此，根據(jù)本課題設(shè)計(jì)要求，方案一比較適用，更方便了本設(shè)計(jì)電路的制作和調(diào)試。 3 單元電路設(shè)計(jì)3.1 壓控振蕩器的設(shè)計(jì)3.1.1 振蕩電路原理 本設(shè)計(jì)選用西勒振蕩器作為振蕩電路，對(duì)于一個(gè)振蕩器，首先要判斷它是否能產(chǎn)生振蕩，其振蕩頻率可根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。要滿足振蕩電路自激振蕩,則必須滿足電路產(chǎn)生振蕩的基本條件，即使電路中的反饋信號(hào)與輸入信號(hào)大小相等，相位相同。正弦振蕩電路由A放大電路和F反饋網(wǎng)絡(luò)組成。滿足下列條件電路起振。1、振幅平衡條件振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩滿足振幅平衡條件 式（31）即放大倍數(shù)與反饋系數(shù)乘積的模為1，反饋信號(hào)與原輸入信號(hào)的幅度相等。2、 相位平衡條件振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩時(shí)滿足相位平衡條件 式（32）即放大電路的相移與反饋網(wǎng)絡(luò)的相移之和為2n，引入的反饋為正反饋，反饋端信號(hào)與輸入端信號(hào)同相。經(jīng)分析西勒振蕩電路的振蕩原理得出高靜態(tài)工作點(diǎn)Q的諧振回路是電路起振的關(guān)鍵。Q的值不高就無法從豐富的頻率中選出可以構(gòu)成自激振蕩的頻率分量構(gòu)成正反饋，振蕩電路據(jù)無法正常起振。諧振回路的Q值是放映回路在諧振時(shí)的能量損耗。損耗越小，Q值越高。解決這個(gè)問題的方法是盡可能選擇高Q值的L和C。一般情況下，電容的值較高，不會(huì)對(duì)電路的Q值構(gòu)成影響。電感成為影響諧振回路的主要因素。理論上講空心的電感線圈損耗較小，Q值較高，滿足電感值較小無法回路的需要。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，選頻網(wǎng)絡(luò)選用高頻材料鎳芯材料最為繞制電感的材料。3.1.2 西勒振蕩器電路如上圖22所示是西勒振蕩器的原理圖電路圖。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(yuǎn)大于C3，其振蕩頻率近似為 式（33）式(33)是振蕩頻率計(jì)算式。調(diào)節(jié)C4電容改變振蕩器頻率，由于C3電容不變，所以諧振回路反映到晶體管輸出端的等效負(fù)載變換很緩慢，故調(diào)節(jié)C4對(duì)放大器增益的影響不大，從而保證振蕩幅度的穩(wěn)定，其頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.61.8。3.1.3 電壓控制LC振蕩電路在本設(shè)計(jì)中LC振蕩器電路采用了改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器中的經(jīng)典的西勒振蕩電路，減弱了晶體管與振蕩電路中諧振回路的耦合，使其頻率穩(wěn)定度可達(dá)到10-5 10-4 數(shù)量級(jí)。該電路頻率穩(wěn)定性高，輸出幅度均勻，調(diào)諧范圍也比較寬。電路原理電路圖如圖31所示。壓控振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率控制電壓變化的振蕩電壓。其特性可用調(diào)頻特性即瞬時(shí)振蕩角頻率相對(duì)于輸入控制電壓的關(guān)系來表示，在一定范圍內(nèi)瞬時(shí)振蕩角頻率和輸入控制電壓是成線性關(guān)系的。因此可得出瞬時(shí)振蕩角頻率是壓控振蕩器的中心頻率和壓控電壓為零時(shí)的振蕩頻率和壓控靈敏度積的總和。圖31 壓控LC振蕩器電路原理圖電路原理說明：該壓控振蕩器由西勒振蕩器組成，其中由R1、R2、R3及晶體三極管Q1等組成振蕩電路，由C3、C4、C5、Rp1、L2及變?nèi)荻O管等元器件組成振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)，完成頻率選擇。通過調(diào)節(jié)可變電阻Rp1來改變電壓的大小，從而改變變?nèi)荻O管兩端的電壓，使輸出頻率發(fā)生改變，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)中電壓控制LC振蕩器的指標(biāo)。耦合電容C6隔離前后極電路，使晶體三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)不受后極電路的影響，工作在放大狀態(tài)。3.2 變?nèi)荻O管的設(shè)計(jì) 變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)反偏時(shí)結(jié)電容大小隨外加電壓而變化的特性制成的。反偏電壓增大時(shí)結(jié)電容減小，反之結(jié)電容增大。它在本設(shè)計(jì)中起到了使電路自動(dòng)調(diào)諧、調(diào)頻和調(diào)相的作用，在諧振回路中也可作為可變電容使用。本設(shè)計(jì)中VCO壓控振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率范圍與變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)。 圖32為變?nèi)荻O管的電容特性測(cè)試電路圖，圖33為變?nèi)荻O管和壓控振蕩器的壓控特性示意圖。從圖中可見，變?nèi)荻O管的反偏電壓由最小到最大的變化即VminVmax；對(duì)應(yīng)的輸出頻率變化范圍是FminFmax.在預(yù)先給定L的情況下，對(duì)變?nèi)荻O管加不同的電壓，測(cè)得對(duì)應(yīng)的諧振頻率，從而可計(jì)算出Cd的值。減小諧振回路電感的電感量，調(diào)節(jié)電容的容量，不需要并聯(lián)或者改變變?nèi)荻O管，即可很容易地實(shí)現(xiàn)頻率擴(kuò)展。在實(shí)驗(yàn)中利用該方法用單管電感，調(diào)節(jié)電容使VCO輸出頻率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖32 電容特性測(cè)試電路圖反偏電壓最大值反偏電壓最小值變?nèi)荻O管最小值頻率最小值變?nèi)荻O管最大值頻率最大值變?nèi)荻O管壓控振蕩器3.3 功率放大電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用高頻功率放大器，在其設(shè)計(jì)中首先要考慮的是晶體三極管的選擇。通常在選擇過程中晶體管的極限參數(shù)將是選擇的主要依據(jù)。這些參數(shù)包括：集電極最大允許電流，反向擊穿電壓，二次擊穿，集電極最大允許損耗功率，晶體管的安全工作區(qū)等等。根據(jù)本設(shè)計(jì)的工作頻率和輸出電壓的要求，本設(shè)計(jì)選用共發(fā)射極電路作為放大電路，設(shè)計(jì)中晶體三極管工作在放大狀態(tài)。電路圖如圖34所示。圖34 功率放大電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中電路采用兩級(jí)放大實(shí)現(xiàn)，利用三極管9018將壓控振蕩器輸出的電壓進(jìn)行放大，前一級(jí)電路工作在甲類狀態(tài)，在頻率改變的情況下，電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定在1V0.1V。后一級(jí)電路可以進(jìn)一步提高放大器的工作效率。后級(jí)的三極管3DA5109工作在丙類狀態(tài)，可以提高功率放大器的功率。T1為中介耦合變壓器，能把Q1的功率完全的傳輸?shù)焦ぷ髟诒惖腝2上。為了防止失真過大，輸出端采用并聯(lián)諧振電路。當(dāng)負(fù)載為容性時(shí)，采用串聯(lián)諧振回路。這樣可以使輸出功率和效率都到達(dá)最大值。在該電路中，可以保持輸出電壓穩(wěn)定在1V0.1V。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，設(shè)計(jì)中射極放大電路采用分壓式偏置電路，如圖35所示。圖35分壓式射極偏置電路分壓式射極偏置電路是常用的一偏置穩(wěn)壓電路，圖中Rb1為上偏置電阻，Rb2為下偏置電阻，Rc為集電極電阻，Re為發(fā)射極電阻，Ce為電路的射極旁路電容，在電路中起到了使電路的交流信號(hào)放大能力不因Re的存在而降低，使電路的放大倍數(shù)不受影響的作用。電路中Rb1、Rb2為基極偏置電阻為三極管建立了合適的基極電壓；Rc電阻起到了使放大電路的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為以電壓形式輸出信號(hào)的作用。 放大電路中放大的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制和轉(zhuǎn)換，即能量的轉(zhuǎn)換：把輸入的微弱信號(hào)放大到所需要的幅度值且與原輸入信號(hào)變化規(guī)律一致的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行不失真放大。信號(hào)由三極管的基極輸入，由三極管的集電極輸出，基極與發(fā)射極之間形成了回路，構(gòu)成了反饋。4 硬件電路的制作與調(diào)試4.1 硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選擇了印刷電路板作為本設(shè)計(jì)的電路板，以此來保證電路設(shè)計(jì)要求高頻15MHZ至35MHZ的特性要求。硬件制作的目的是在原有的理論基礎(chǔ)上通過示波器等一些常規(guī)的實(shí)驗(yàn)儀器來驗(yàn)證電路原理的過程，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)由VCO壓控電路和功率放大電路兩部分組成。印刷電路板板材選用了單面敷銅板，一面放置元器件，另一面在腐蝕的時(shí)候保留下來作為連線。所有電路中的連線都直接接在另一面，確保了連線的可靠性和屏蔽的要求?？梢赃_(dá)到良好的高頻特性，連接線均采用屏蔽線。這些措施保證了作品的穩(wěn)定性以及檢測(cè)結(jié)果的正確性。整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分調(diào)試可分為各個(gè)模塊調(diào)試和逐級(jí)聯(lián)成整體調(diào)試，這樣確保了調(diào)試的成功率。在壓控振蕩器中主要是調(diào)整LC回路中的電感值以使得輸出頻率的范圍來滿足設(shè)計(jì)要求。寬帶放大器的調(diào)試比較困難，首先是調(diào)整兩極放大器的晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)，由于簡化電源設(shè)計(jì)，放大器的電源采用5V ，比較容易出現(xiàn)飽和和截止失真，因而調(diào)整較為困難。我們主要是從示波器上觀察失真，以便從最低頻率到最高頻率以不出現(xiàn)明顯的波形失真為標(biāo)準(zhǔn)。隨后的調(diào)試是調(diào)整末級(jí)放大器的旁路電容，以使得在整個(gè)頻段中輸出電壓大致為1V 。4.2 系統(tǒng)調(diào)試主要測(cè)試儀器表41 測(cè)試儀器及設(shè)備儀器名稱型號(hào)用途數(shù)量直流穩(wěn)壓電源HG6333提供電流源電壓1數(shù)字式萬用表DT9205N測(cè)量D/A電壓和負(fù)載電流1數(shù)字雙蹤示波器DS5042M測(cè)量波形1如圖表41是本設(shè)計(jì)中涉及的硬件調(diào)試儀器。4.3 系統(tǒng)調(diào)試使用直流穩(wěn)壓電源 DF1731SL1ATA為變?nèi)荻O管提供反向可變的反向偏壓，同時(shí)用數(shù)字示波器TDS1002 檢測(cè)振蕩波形。微調(diào)電路圖中的電感和三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使得每段LC振蕩回路都能覆蓋設(shè)計(jì)頻率范圍。1）輸出頻率范圍穩(wěn)定度的測(cè)試設(shè)定標(biāo)稱頻率為30MHz以30S為單位測(cè)量不同時(shí)間的頻率值。式(42)為頻率穩(wěn)定度的計(jì)算公式。同時(shí)測(cè)量最小和最大的輸出頻率，看該頻率能穩(wěn)定在哪個(gè)范圍之內(nèi)。 式（42）式(42)中A為頻率穩(wěn)定度，為實(shí)測(cè)頻率，為標(biāo)稱頻率。表4-3 輸出頻率范圍及穩(wěn)定度記錄表標(biāo)稱值（MHz）實(shí)測(cè)頻率（MHz）平均值（MHz）穩(wěn)定度（%）00S30S 60S 中心頻率303030303010-3最小頻率141415.622.517.33最大頻率353535.533.734.7改變電壓的大小，從而改變變?nèi)荻O管的值，使頻率的值發(fā)生改變。在頻率值發(fā)生改變的情況下，通過讀示波器上顯示的波形，來確實(shí)頻率的變化范圍是否在我們所規(guī)定的范圍內(nèi)變化。通過示波器上顯示的頻率變化大小，得出頻率穩(wěn)定度的范圍。如表4-3所示是輸出頻率范圍及穩(wěn)定度的記錄表。2）輸出波形的測(cè)試用示波器測(cè)試電路觀察產(chǎn)生的波形是否符合設(shè)計(jì)的要求。通過調(diào)節(jié)示波器，使得波形的產(chǎn)生更加符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在測(cè)量波形的時(shí)候，要注意的是波形的產(chǎn)生，若測(cè)得波形的圖像不符合我們所要的標(biāo)準(zhǔn)，可通過調(diào)節(jié)示波器或者調(diào)節(jié)電阻電容值來改變波形輸出的大小及波形的變化范圍。如圖4-1所示是本設(shè)計(jì)的仿真波形圖，輸出為無失真正弦波波形。圖4-1調(diào)試波形圖3）輸出電壓峰峰值的測(cè)試根據(jù)示波器的測(cè)試數(shù)據(jù)及其波形，來測(cè)試輸出電壓的峰峰值是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，也可用數(shù)字式萬用表測(cè)量輸出電壓。通過調(diào)節(jié)頻率或者改變電阻電容的阻值，來判斷電壓的穩(wěn)定度是否在1V左右。4）測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果通過測(cè)量電壓、頻率和波形，從而產(chǎn)生本系統(tǒng)中與要求相符合的數(shù)據(jù)。測(cè)量的數(shù)據(jù)中，電源電壓的測(cè)量值在1V左右，頻率的測(cè)量范圍也在1535MHz左右。在測(cè)量時(shí)，因?yàn)殡娙荨㈦娮韬途w管的參數(shù)影響，最后測(cè)得的值，在一定程度上出現(xiàn)了誤差。4.4 誤差分析本系統(tǒng)涉及的模擬硬件電路較多。壓控振蕩器和功率放大模塊純屬于硬件部分，又屬于高頻部分。導(dǎo)致管腳分布電容對(duì)電路的影響極大，因晶體管的特性參數(shù)存在較大差別，所以實(shí)際測(cè)試結(jié)果與理論數(shù)據(jù)值存在一定的誤差。不過在測(cè)試硬件電路時(shí)反復(fù)調(diào)整電感和電容的具體數(shù)值，也可達(dá)到理想的結(jié)果。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，選用元器件也要有所考慮，盡量減小誤差值。當(dāng)然在焊接電路的過程中，由于焊接工藝的好壞，也會(huì)間接影響電路的輸出，避免虛焊，漏焊等狀況。5 結(jié)束語在這次課程設(shè)計(jì)的課題電壓控制LC振蕩器中運(yùn)用了很多我學(xué)過的知識(shí)，比如模電，測(cè)控電路等專業(yè)知識(shí)，這次的課程設(shè)計(jì)是對(duì)我這三年來所學(xué)知識(shí)的綜合考察。通過這次的課程設(shè)計(jì)不僅讓我對(duì)許多知識(shí)有了更深的了解，還鍛煉了我的獨(dú)立思考問題的能力，這為我以后步入社會(huì)工作墊了一個(gè)基礎(chǔ)。在課程過程中我遇到了很多問題，一開始的設(shè)計(jì)使自己感到很迷茫不知道該從何入手，甚至都覺得這個(gè)課題比想象中更難。但是后來通過在網(wǎng)上搜索電子資料，且在學(xué)校圖書館借到的書本參考資料使我對(duì)本設(shè)計(jì)逐漸有了信心。不過在之后的設(shè)計(jì)中，即使有了豐富的參考資料，但是還是遇到了許多問題，通過各類方案的比較最終得出了最適合的方案。設(shè)計(jì)電壓控制LC振蕩器中壓控電路包括了振蕩器和放大器，其中包括了射極放大電路，我采用了分壓式放大電路。起先在如何選擇振蕩器類型的方面想了很多，通過各類方案比較最終選擇了西勒振蕩器，因?yàn)樗钠鹫駰l件比較容易，而且振蕩幅度的跨幅也比較大，條件都滿足本次的設(shè)計(jì)要求。在老師的指導(dǎo)和與同學(xué)的互相交流下，得到了很多的幫助。在選擇電路圖方面花的時(shí)間較長，通過實(shí)驗(yàn)仿真軟件multisim10的不斷試驗(yàn)