电压控制LC振荡器.doc

电压控制LC振荡器（A题） 摘 要 本系统以89C55单片机为控制核心，由压控振荡器（VCO）、鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)三个主要模块实现了压控LC振荡﹑实时测频﹑测幅等功能。测频部分通过CPLD实现频率的测量，测幅部分采用自动增益控制电路实现对振荡信号的稳幅输出。同时设计制作一丙类谐振功放，对振荡器输出的30MHz定频信号进行功率放大。 关键词：差分对振荡 锁相环 功率放大 §1总体方案设计 1.1方案论证选择 1.1.1 LC振荡器方案设计 方案一：采用典型克拉拨振荡或西勒振荡电路产生正弦波，通过改变振荡回路变容二极管两端的偏压值来改变回路电容，使振荡频率发生相应改变。其缺点是频率稳定度不高，波段范围窄。 方案二：采用高频单片集成振荡器MC1648作压控振荡电路。它由差分对振荡电路、偏置电路和放大电路组成。可以产生正弦振荡电压输出，也可用以产生方波振荡电压输出。 方案三：采用差分对放大器来实现LC振荡。差分放大器的差模传输特性呈双曲正切形状，即在差模信号为零时，差分对管的跨导最大，使差分对振荡器易于起振。随着振荡的建立，差模信号幅度逐渐加大，晶体管将部分进入截止，放大倍数逐渐减小。可见，差分对振荡器是依靠晶体管截止限幅来获得内稳幅的。晶体管截止时，呈现高阻抗，不会影响回路Q值，从而使振荡器频率稳定度高，输出波形好。随着振荡的建立，双管轮流截止，因此两管的集电极电流波形为对称的近似方波波形，不存在偶次谐波，从而进一步改善输出信号的波形。由于LC谐振回路具有选择性，输出电压仍为正弦波。 方案比较：西勒振荡与克拉拨振荡的主要缺点时波段覆盖范围窄，若实现要求的频段信号输出，只能采用分波段切换的方法。采用集成的压控振荡芯片MC1648较易实现，但其波形失真度较大，且不利于发挥功能的实现，因此，我们最终选择方案三。 1.1.2振荡器输出频率控制方式选择 方案一：调节精密电位器产生一定的偏压加在变容二极管上，从而改变变容二极管的电容值，即改变回路电容，使振荡频率发生相应改变，实现一定范围的频率输出。该方案简单易实现，但不能用单片机控制。 方案二：用D/A转换或数字电位器产生一定的电压改变变容二极管的结电容， 从而改变选频回路和本振的振荡频率。此方式可实现单片机控制，但属开环方式，频率稳定度取决于LC振荡电路的稳定度。 方案三：用锁相环频率合成方式控制变容二极管的偏压。该方案的显著优点是频率稳定度高，与晶体振荡器的稳定度相同。当压控振荡器参数发生变化时，可自动跟踪捕捉，使频率保持稳定。通过对可编程分频器的分频数进行预置可实现频率步进调整。 结合上述分析及本题发挥部分对频率稳定度的要求，本设计采用方案三。 1.1.3功率放大电路设计 方案一：甲类工作状态下，三极管在信号在360°内变化时均导通，非线性失真小，但效率低，最大为50%，且静态功耗很大。 方案二：乙类工作状态下，工作点选在截止点，静态时，，管子只有半周导通，另外半周截止，导通角为180o。没有交流信号时就没有电流消，电源效率高的导通角小于180o，采用谐振网络进行选频输出，效率很高，结合题目要求，本设计选用丙类谐振功率放大器。 1.2系统简介 本系统由LC振荡器、锁相环频率合成器、功率放大器和单片机系统四部分组成。由差分对振荡器产生的峰峰值1V的15MHz~35MHz正弦信号经功率放大器实现功率放大输出，同时将信号分别通过整形电路和峰值检波电路实现对输出信号频率和峰值的实时测量、显示。振荡器产生的正弦信号输出频率通过单片机对锁相环和LC振荡回路的控制实现。系统框图如下： §2原理分析与参数计算 2.1电容变化范围与振荡输出频段覆盖关系 变容二极管实质上就是一个结电容随外加反向偏压变化范围比较大的PN结晶体二级管。根据理论分析，谐振回路频率为： （2-1） 所以变容二极管使谐振回路频率最大变化比为 (2-2) 要求振荡输出频率范围15MHz~35MHz,因此 （2-3） 则变容二极管电容覆盖系数 （2-4） 由上述计算，选取变容二极管I321实现该频段的频率输出. §3单元电路设计 3.1 LC振荡电路 3.1.1振荡电路 由上述方案论证，对压控LC振荡电路部分选用差分对放大器来实现。电路形式如下： 图 3-1 其中，、接成差分对管形式，并由恒流源馈电。锁相环低通滤波电压输出控制变容二极管的偏压，实现对振荡器输出频率的控制。 3.1