压控晶体振荡器及其调频变容二极管
压控振荡器
压控振荡器一.基本原理信号的频率取决于输入信号电压的大小，因此称为“压控振荡器”。
其它影响压控振荡器输出信号的参数还VCO（Voltage ControlledOscillator）（压控振荡器）是指输出信号的频率随着输入信号幅度的变化而发生相应变化的设备，它的工作原理可以通过公式（5-1）来描述。
(5-1）其中，u(t)表示输入信号，y(t)表示输出信号。
由于输入信号的频率取决与输入信号的电压的变化，因此称为“压控振荡器”。
其他影响压控振荡器输出信号的参数还有信号的幅度Ac ，振荡频率fc，输入信号灵敏度kc，以及初始相位。
压控振荡器的特性用输出角频率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MATLAB中压控振荡器有两种：离散时间压控振荡器和连续时间压控振荡器，这两种压控振荡器的差别在于，前者对输入信号采用离散方式进行积分，而后者则采用连续积分。
本书主要讨论连续时间压控振荡器。
为了理解压控振荡器输出信号的频率与输入信号幅度之间的关系，对公式（5-1）进行变换，取输出信号的相角Δ为对输出信号的相角Δ求微分，得到输出信号的角频率ω和频率f分别为：ω=2πf c+2πk c u(t) (5-3）(5-4）从式(5-4)中可以清楚地看到，压控振荡器输出信号的频率f与输入信号幅度u(t)成正比。
【2019年整理】实验一-压控振荡器VCO的设计-(2)
（四）ADS软件的使用
本节内容是介绍使用ADS软件设计VCO的 方法：包括原理图绘制，电路参数的调 整优化、仿真等。
下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使 用方法。
ADS软件的启动
启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件
点击File->New Project设置工程文件名称（本 例中为Oscillator）及存储路径
VCO的设计（续）
设计指标：设计一个压控振荡器，振荡 频率在1.8GHz左右。
第一步根据振荡频率确定选用的三极管， 因为是压控振荡器，所以还需要一个变 容二极管；第二步需要用到ADS的直流 仿真；第三步通过S参数仿真确定变容二 极管的VC曲线；第四步用HB模块来进行 谐波仿真，计算相位噪音。
管子的选取
在optim/stat/Yield/DOE类里面选择GOAL，这里需 要两个，还有一个OPTIM。
在Simulation－DC里面选择一个DC。
上面的器件和仿真器都按照下图放好，并连好线。
按NAME钮出现对话框后，可以输入你需要的 名字并在你需要的电路图上面点一下，就会自 动给电路节点定义名字，如下图中的“Vcb”， “Veb”节点。
瞬时波形，按
，并“new”一个新的
“Marker”，在“Vout”的瞬时波形图中，点击一下， 然后移动鼠标，把“marker”移动到需要的地方，就 可以看到该点的具体数值。
结果如下图所示：
按Eqn编辑公式：
这表示要对“Vout”在“Marker”m3，m4之间进行一 个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是m3和m4之 间的频谱。
振荡器采用的初始电路
振荡器采用的初始电路如下图所示，图中的三极 管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库 中均可以找到。
变容二极管调频电路
摘要调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。
调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz的范围内。
在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。
目前，变容二极管直接调频电路是目前应用最广泛的直接调频电路，它是利用变容二极管反向所呈现的可变电容特性实现调频的，具有工作频率高固有损耗小等特点。
现有的对于调频电路的研究与仿真主要集中在锁相环电路，变容二极管直接调频电路研究较少，对于变容二极管静态调制特性的研究更是几乎无人涉及。
变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。
但因加顺向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给反向偏压。
在变容二极管直接调频电路中，变容二极管作为一压控电容接入到谐振回路中，有所学的正弦波振荡器章节中，我们知道振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。
因此，当变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时，由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率也就随之变化，若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系，就完成了调频的功能，这也是变容二极管调频的原理。
关键词：LC振荡电路、变容二极管、调频1.设计要求（1）主振频率=8MHZ（2）频率稳定度/≤0.0005/h（3）主振级的输出电压（4）最大频偏（5）电源电压= 5V2.电路原理分析变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。
压控振荡器
射频通信电路
7.4.2 变容二极管压控振荡器
变容二极管——势垒电容随外加电压而变化 工作时的基本要点
① 二极管反向偏置，
外加电压变化时二极管应始终保持不导通
~
② 结电容
C j 与外加电压的变化规律
C j0
n
Cj
VD 1 VB
结果： 将晶体呈电感的范围从
fq ~ f p
fS ~ f p
则振荡器的可调频率范围 也相应展制带宽——允许控制电压变化的最大速率 （5）工作电压——振荡器工作电压和控制电压
（6）噪声——主要是相位噪声小
构成VCO的一般方法 ① LC振荡器——改变回路电抗元件值，实现频率控制 需用压控电抗元件 优点：带有选频回路，频谱较纯，相位噪声较小
② 多谐振荡器——用改变电容充放电电流大小或各级的
(VD 0)
射频通信电路
变容二极管压控振荡器典型电路举例
交流通路图
电路分析：
PNP管，电源＋5V 偏置电阻： 4.7k ,16k ,3.3k 旁路电容： 0.01 F , 0.001 F
变容二极管控制电压 VC （ 正电压）
电路特征： ① 晶体管共基组态 ② 两只二极管串联 ③ 振荡频率由四个 电抗元件共同决定
射频通信电路
石英晶体压控振荡器 交流通路图
电路原理： ① 并联型晶体振荡器——晶体呈感性
② 晶体的负载电容为： C1 // C2 // C j
③ 控制电压 v c 改变 C j ，从而改变晶体振荡器的频率
射频通信电路
晶体压控振荡器的压控特点——可调频率变化范围很小 原因：晶体呈感性的区域（ f q ~ f p ）很小 展宽频率范围方法——串联电感
晶体振荡器与压控振荡器
晶体振荡器与压控振荡器一、实验目的：1．掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并联变换的晶体正弦波振荡器。
2．比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。
二、实验内容：1．熟悉振荡器模块各元件及其作用。
2．分析与比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。
3．改变变容二极管的偏置电压，观察振荡器输出频率的变化。
三、基本原理：1.下图是石英晶体谐振器的等效电路：图中C0是晶体作为电介质的静电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。
L q、C q、r q是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。
r q是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。
由图3-1可以看出，晶体振荡器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率f q和并联谐振频率f0分别为f q=1/2πLqCq，f0= f q Co1Cq/图1 晶体振荡器的等效电路当W＜W q或W> W o时，晶体谐振器显容性；当W在W q和W o之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。
由于Lq很大，即使在W q处其电抗变化率也很大。
其电抗特性曲线如图所示。
实际应用中晶体工作于W q~W o之间的频率，因而呈现感性。
图2 晶体的电抗特性曲线设计内容及要求2 并联型晶体振荡器图 3 c-b 型并联晶体振荡器电路Q1Re C1C212Y1C3Rb2CbRb1LcVCC GNDCcQ1ReC1C212Y1C3图 4 皮尔斯原理电路图 5 交流等效电路C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上，C1、C2、C3串联组成石英晶体谐振器的负载电容C L 上，其值为 C L =C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3)C q / (C 0+C L )<<13.电路的选择：晶体振荡电路中，与一般LC 振荡器的振荡原理相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。
压控振荡器的电路设计2
1 绪论1.1 压控振荡器原理及发展现状调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电路的振荡频率，要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。
这种电路称为压控振荡器，又称为VCO 或u-f 转换电路。
怎样用集成运放构成压控振荡器呢？我们知道积分电路输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比，如果积分电容充电使输出电压达到一定程度后，设法使它迅速放电，然后输入电压再给它充电，如此周而复始，产生振荡，其振荡频率与输入电压成正比，即压控振荡器。
其特性用输出角频率0ω与输入控制电压C u 之间的关系曲线(图1.1)来表示。
图中C u 为零时的角频率，（0ω，0）称为自由振荡角频率；曲线在（0ω，0）处的斜率0K 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。
图1.1 压控振荡器的控制特性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。
压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器，是频率产生源的关键部件。
频率产生源是大多数电子系统必不可少的组成部分，更是无线通信系统的核心。
在许多现代通信系统中，VCO是可调信号源，用以实现锁相环（PLL）和其他频率合成源电路的快速频率调谐。
VCO已广泛用于手机、卫星通信终端、基站、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机和其他电子系统。
电压控制LC振荡器设计
电压控制LC振荡器设计摘要：近年来，随着无线通信技术的飞速发展，使市场对射频集成电路产生了巨大的需求。
在射频电路中，压控振荡器(VCO)占有非常重要的地位，它是锁相环、时钟恢复电路以及频率综合器的重要组成电路，所以设计高性能的压控振荡器对通信系统性能的提高具有十分重要的意义。
电压控制LC振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件，为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案。
本设计采用压控振荡芯片MC1648和变容二极管MV209，外接一个LC振荡回路构成变容二极管压控振荡电路，只要改变二极管两端的电压，即可改变MC1648的输出频率。
并且利用锁相环频率合成技术，采用大规模PLL芯片MC145152和其他芯片构成数字锁相环式频率合成器，另外利用MC145152的分频系数A、N值而改变输出频率，使输出频率稳定度进一步提高。
关键词： MV209；压控振荡器；锁相环；频率稳定Voltage-controlled LC oscillatorAbstract: In recent years, with wireless communication technology rapid development of the market for radio frequency integrated circuit produced a huge demand. In the RF circuit, the voltage-controlled oscillator (VCO) occupies a very important position, which is phase-locked loop, clock recovery circuit and the frequency of an important component of an integrated circuit device, so the design of high-performance voltage-controlled oscillator for communication system performance the improvement of great significance.The voltage-controlled LC oscillator is now using a very broad class of electronic devices for power conversion circuit for a light, mobile handheld devices provide a good solution. Design and use of VCO varactor chip MC1648 MV209, constitute an external LC oscillator circuit varactor VCO circuit, as long as the change in voltage across the diode, you can change the MC1648's output frequency. And the use of PLL frequency synthesizer technology, using large-scale MC145152 PLL chip and other chips form digital PLL frequency synthesizer, while the sub-frequencycoefficients using MC145152 A, N value and change the output frequency, the output frequency stability and further increased.Key words：MV209; voltage controlled oscillator; PLL; frequency stability AGC目录1引言 (3)1.1系统设计的目的 (3)1.2系统设计的意义 (4)1.3 研究范围及要达到的参数 (4)1.4本课题应解决的主要问题 (5)2系统设计要求和设计方案 (2)2.1系统设计的依据 (2)2.2系统设计的要求 (2)2.3系统的性能指标 (2)2.4系统的方案论证 (3)2.4.1电压控制LC振荡器的设计与比较 (3)2.4.2功率放大器的设计与比较 (4)2.4.3频率控制方式的设计与比较 (5)2.4.4 控制模块的设计方案与选择 (6)2.4.5稳幅电路的设计方案与选择 (6)3系统硬件设计 (7)4.1压控振荡器和稳幅电路的设计 (7)4.2锁相环式频率合成器的设计 (7)4.2.1鉴相器 (10)4.2.2压控振荡器 (11)4.2.3环路滤波器 (12)4.2.4锁相环（PLL）技术基本原理 (13)4.2.5PLL频率合成电路的设计 (15)4.3前置分频器 (18)4.4低通滤波器 (19)4.5单片机控制电路的设计 (20)4系统软件设计 (22)5.1程序设计 (22)5.1.1设定A、N值，以得到需要的输出频率 (23)5.2系统的仿真 (26)5系统调试 (27)6结束语 (28)参考文献 (29)附录 (30)附录1：元器件清单 (30)附录2：电路原理图 (31)附录3：程序 (35)谢辞 (36)1.引言振荡器用于产生一定频率和幅度的信号，它不需要外加输入信号的控制，就能自动的将直流电流转换为所需的交流能量输出。
变容二极管调频电路
摘要调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。
调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz的范围内。
在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。
目前，变容二极管直接调频电路是目前应用最广泛的直接调频电路，它是利用变容二极管反向所呈现的可变电容特性实现调频的，具有工作频率高固有损耗小等特点。
现有的对于调频电路的研究与仿真主要集中在锁相环电路，变容二极管直接调频电路研究较少，对于变容二极管静态调制特性的研究更是几乎无人涉及。
变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。
但因加顺向偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给反向偏压。
在变容二极管直接调频电路中，变容二极管作为一压控电容接入到谐振回路中，有所学的正弦波振荡器章节中，我们知道振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。
因此，当变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时，由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率也就随之变化，若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系，就完成了调频的功能，这也是变容二极管调频的原理。
关键词：LC振荡电路、变容二极管、调频1.设计要求（1）主振频率=8MHZ（2）频率稳定度/≤0.0005/h（3）主振级的输出电压（4）最大频偏（5）电源电压= 5V2.电路原理分析变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。
变容二极管调频电路设计
目录摘要 01、方案选择 (1)2、变容二极管直接调频原理 (1)3、变容二极管直接调频 (3)3.1 变容二极管工作原理 (3)4、电路实现 (4)4.1课程设计指标 (4)4.2元件参数选择 (5)4.3电路设计仿真图 (5)4.4电路仿真结果 (6)4.5 PCB如图4.4所示 (7)总结与体会 (8)参考文献 (9)摘要调频电路具有抗干扰性能强、声音清晰等优点，获得了快速的发展。
主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥控。
调频电台的频带通常大约是200～250kHz，其频带宽度是调幅电台的数十倍，便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制，在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾，因此音频信号的频率局限于30～8000Hz 的范围内。
在调频时，可以将音频信号的频率范围扩大至30～15000Hz，使音频信号的频谱分量更为丰富，声音质量大为提高。
变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路，广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。
其优点是工作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大的频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。
较之中频调制和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便，是一种较先进的频率调制方案。
本课题载波由LC电容反馈三端振荡器组成主振回路，振荡频率有电路电感和电容决定，当受调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路，则振荡频率受调制信号的控制，从而实现调频。
关键词：变容二极管 LC电容反馈三端振荡器调频1、方案选择变容二极管调频方式有两种：间接调频和直接调频。
（1）间接调频先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。
根据前述调频与调相波之间的关系可知，调频波可看成将调制信号积分后的调相波。
这样，调相输出的信号相对积分后的调制信号而言是调相波，但对原调制信号而言则为调频波。
这种实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可以做得较高，但可能得到的最大频偏较小。
电压控制LC振荡器
摘要本电压控制LC振荡器系统包括压控振荡器、数字锁相环，单片机嵌入式系统。
本系统的压控振荡器部分采用了压控振荡器芯片MC1648和变容二极管MV209，外接一个LC振荡回路构成变容二极管压控振荡器,频率调节范围宽，在输入电压从0.5V变化到8V时，输出频率可以从15MHz变化到35MHz，且能保持良好的线性度，振荡环路加入了防振措施，高次谐波能得到很好的抑制，输出的正弦波波形良好，纯度高，失真低，幅度高且稳定。
由于采用单片机控制数字锁相技术及锁相环式频率合成器(MC145152)，使VCO的频率稳定度和精度极高，步进值可以在1KHz到1MHz内任意设置（最小为1KHz），为了实际使用方便和考虑到题目要求，本设计的步进值置为100KHz。
本系统使用单片机控制，从操作的灵活性和可靠性方面考虑，仅置了四个按键，省去了繁杂的程序调试，也不用担心程序会跑死。
关键词：压控振荡器，数字锁相环，单片机，MC1648,MC14515ABSTRACTThis voltage control LC oscillator system package is drawn together and is pressed accuse voltage control oscillator and digital PLL , single chip microcomputer Embedded system . the accuse oscillator VCO of this system has partly used that the pressure controls the oscillator chip MC1648 and becomes the appearance diode to meet outside the MV209, vibration of LC return circuit to form to become the appearance diode pressure to control the oscillator , the frequency setting range width , when input voltage changes to 8V from 0.5V , the export frequency can change to 35MHz, from 15MHz and can keep good the degree of linearity , the vibration cycle has been joined antihunts the measure , and High More inferior harmonic can get the restraining of very good , the sine wave waveform of export good , purity high , it is low to lack fidelity , range Gao Qie stable . owing to uses single chip microcomputer control figure phase lock technique and PLL type frequency synthesizer ( MC145152 ) , making that the frequency degree of stability and precision of the VCO is extremely high ,bu Jinzhi can be in the wanton installation of 1KHz to the 1MHz ( minimal is 1KHz ) , and for real uses conveniently and think over the title requirement that bu Jinzhi's set of this design is for 100KHz . this system is used the single chip microcomputer and is controlled , and thinks over flexibility and the reliability from operates , and has only placed four keys , and has left out miscellaneous program debug , and also need not worry that the program can run extremely .Key Words：VCO, digital PLL, MUC, MC1648,MC145152目录摘要 (I)ABSTRACT....................................................................................... П绪论.. (1)第1章系统设计 (2)1.1 引言 (2)1.1.1 设计要求 (2)1.2 总体设计方案 (2)1.2.1 设计思路 (2)1.2.2 电压控制LC振荡器（VCO）设计方案论证与选择 (3)1.2.3 频率控制方式的设计方案论证与选择 (3)1.2.4 频率合成器的设计方案论证与选择 (4)1.2.5 控制模块的设计方案论证与选择 (5)1.2.6 稳幅电路的设计方案论证与选择 (6)1.2.7 电源方案论证与选择 (6)1.3 系统组成 (6)第2章单元电路设计 (8)2.1 压控振荡器和稳幅电路的设计..................................................... . (8)2.2 锁相环式频率合成器的设计........................................................ (11)2.2.1 锁相环（PLL）技术的基本原理 (11)2.2.2 锁相环路的数学模型 (13)2.2.3PLL频率合成电路的设计 (16)2.3 前置分频器...................................................... (19)2.4 低通滤波器 (22)2.5 频率的计算 (23)2.6 单片机控制电路 (24)2.7 电源电路设计 (25)第3章软件设计 (26)3.1 MC145152的控制和显示部分的程序设计 (26)第4章系统的性能指标 (28)4.1概论 (28)4.2 系统性能指标 (28)4.2.1 频率稳定 (28)4.2.2 振幅稳定 (29)4.3 频率合成器 (29)4.4 集成锁相环路 (31)结论/展望 (33)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (37)绪论在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子电路。
晶振的压控效应
晶振的压控效应压控晶振（VCXO）是通过红外加控制电压使振荡效率可变或是可以调制的石英晶体振荡器，其振荡频率由晶体决定，可用控制电压在小范围内进行频率调整。
VCXO大多用于锁相技术、频率负反馈调制的目的。
控制电压范围一般为0V至2V或0V至3V。
VCXO的调谐范围为±100ppm至±200ppm。
压控晶振构成及原理压控晶振主要由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成，其工作原理是通过控制电压来改变变容二极管的电容，从而“牵引”石英谐振器的频率，以达到频率调制的目的。
VCXO 大多用于锁相技术、频率负反馈调制的目的。
压控晶振中常使用AT 切石英谐振器，通过在振荡回路中引入一个可调元件，来实现振荡频率随压控电压调节的功能。
可调元件通常为变容二极管。
变容管是一种电容可以随着外加电压而改变电容值的元件，通过改变加在变容管上的电压，使得石英谐振器的负载电容发生变化，从而谐振回路的谐振频率随之变化，达到压控的目的。
用外加电压对晶振的频率进行控制,这就是压控晶振, 压控频偏和压控线性是压控晶振要解决的2 个主要问题, 下面介绍的一种压控晶振,中心频率为2 . 048 MHz/2V ,压控频偏为100 ppm∕( 2V ±2V),频率稳定度为 5 ×10-6/ ( 0 ~ 70 ℃), 输出波形为方波,体积为20mm×13mm ×8mm 。
压控晶振特点石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。
晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。
压控晶体振荡器具有以下特点：（1）低抖动或低相位噪声：由于电路结构、电源噪声以及地噪声等因素的影响，VCO 的输出信号并不是一个理想的方波或正弦波，其输出信号存在一定的抖动，转换成频域后可以看出信号中心频率附近也会有较大的能量分布，即是所谓的相位噪声。
VCO输出信号的抖动直接影响其他电路的设计，通常希望VCXO的抖动越小越好。
电容三点式振荡器与 变容二极管直接调频电路设计
高频实验报告（三）——电容三点式振荡器与变容二极管直接调频电路设计组员座位号 16实验时间周一上午目录一、实验目的 (3)二、实验原理 (3)2。
1电容三点式振荡器基本原理32.2变容二极管调频原理 (6)2。
3寄生调制现象82.4主要性能参数及其测试方法 (9)三、实验内容 (10)四、实验参数设计 (11)五、实验参数测试 (14)六、思考题 (15)一、实验目的1．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理。
2．掌握电容三点式LC振荡电路的工程设计方法。
3．了解高频电路中分布参数的影响及高频电路的测量方法。
4．熟悉静态工作点、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频谱纯度的影响。
5．掌握变容二极管调频电路基本原理、调频基本参数及特性曲线的测量方法。
二、实验原理2.1电容三点式振荡器基本原理电容三点式振荡器基本结构如图所示：图3.1 电容三点式振荡器基本结构在谐振频率上，必有X1+X2+X3=0，由于晶体管的v b与v c反相，而根据振荡器的振荡条件｜T|=1，要求v be＝－v ce，即i X1 = i X2，所以要求X1与X2为同性质的电抗。
综合上述两个条件，可以得到晶体管LC 振荡器的一般构成法则如下：在发射极上连接的两个电抗为同性质电抗，另一个为异性质电抗.原理电路如图3.2所示：图3。
2原理电路共基极实际电路如图3。
3所示：C2C1图3。
3共基极实际电路求)ωj T (的等效电路如下图3。
4 )ωj T (的等效电路其中：20102200121(111()111 ''m L ob f ib L Eob ib cb e f beA j g R j g G k g R R g g r r C G k C C C Q LC C ωξω)≈+=+++≈≈=≈++，＝， ，（3-1）0G 为谐振回路导纳,Q 0为回路固有品质因数.回路谐振时有：112()'f C F j k C C ω≈=+(3-2)1()()()1m L fT j A j F j g R k j ωωωξ==+(3—3） ξ是谐振回路广义失谐其中：以上讨论中，忽略C ob 的影响。
lc压控振荡器实验报告doc
lc压控振荡器实验报告篇一：实验2 振荡器实验实验二振荡器（A）三点式正弦波振荡器一、实验目的1. 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。
2. 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。
3. 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。
二、实验内容1. 熟悉振荡器模块各元件及其作用。
2. 进行LC振荡器波段工作研究。
3. 研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。
4. 测试LC振荡器的频率稳定度。
三、基本原理图6-1 正弦波振荡器（4.5MHz）【电路连接】将开关S2的1拨上2拨下， S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振荡频率。
振荡频率可调范围为：?3.9799?M??f0??4.7079?M?CCI?25pCCI?5p调节电容CCI，使振荡器的频率约为4.5MHz 。
振荡电路反馈系数: F=C1356??0.12 C20470振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。
射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。
四、实验步骤根据图6-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。
1. 调整静态工作点，观察振荡情况。
1）将开关S2全拨下，S1全拨下，使振荡电路停振调节上偏置电位器RA1，用数字万用表测量R10两端的静态直流电压UEQ(即测量振荡管的发射极对地电压UEQ)，使其为5.0V(或稍小，以振荡信号不失真为准)，这时表明振荡管的静态工作点电流IEQ=5.0mA（即调节W1使IEQ=ICQ=UEQ／R10=5.0mA ）。
2）将开关S2的1拨上，S1全拨下，构成LC振荡器。
实验09：压控振荡器
实验九：压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator）**一、实验目的：1.了解变容二极管的基本原理与压控振荡器的设计方法。
2.利用实验模组的实际测量使学生了解压控振荡器的特性。
3.学会使用微波软件对压控振荡器进行设计和仿真，并分析结果。
二、预习内容：1．熟悉VCO的原理的理论知识。
2．熟悉VCO的设计的有关的理论知识。
三、实验设备：四．理论分析：变容二极管理论分析：一个射频压控振荡器电路大致上与振荡器相同，唯有谐振电路稍有不同。
设计上是利用变容二极管（Varator）的电特性来完成利用电压控制振荡器输出频率的设计要求。
振荡器的基本理论与设计方法已于实验八陈述，故本实验仅就变容二极管的电特性与振荡器谐振电路的不同之处加以说明。
（一）变容二极管（Varator）的电特性常见的变容二极管可分成三类：线性缓变结（Graded Junction）、突变结（Abrupt Junction）、超突变结（Hyper Abrupt Junction）。
其间的主要差异在于个别的N型（N-type）中杂质（Donor）浓度分布曲线不同而造成其电容指数值（Characteristic Exponent，r）的不同，导致其容值-电压对数曲线图（C-V Curve）的差异。
其中线性缓变结的变容二极管以其电容变率较小而最不常被采用；而突变结具有相当高的Q值，得使VCO具有较低的相位噪声（Phase Noise）特性，且其调整电压（Tuning V oltage）的范围也比较宽，大约在0~60V之间。
至于超突变结以其较线性的电压－电容特性，可以提供比突变结更佳的调整电压线性度，故此类型的变容二极管是宽频段VCO的最佳选择。
一般应用上，可以使VCO的输出频率在变化一倍频的情况下，其调整电压变化范围可以控制在20V以下。
然而，因为此类型变容二极管的Q值较突变结为低，所以使得应用此类型变容二极管设计的VCO的相位噪声特性较突变结的高些。
使用VCO实现变容二极管直接调频_李峰
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｝
ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ（ｕｉｎｔ ｄｅｌｘ） ｛ ｉｄａｔａ ｕｉｎｔ ｉ＝０； ｗｈｉｌｅ（ｉ＜ｄｅｌｘ） ｛ ｉ＋＋； ｝ ｝
ｍａｉｎ（） ｛ ＷＤＴＣＮ＝０ｘｄｅ； ／／ 禁止看门 狗定时器 ＷＤＴＣＮ＝０ｘａｄ； ＳＹＳＣＬＫ＿Ｉｎｉｔ（）； ／／ 初始化振 荡器 ＰＯＲＴ＿Ｉｎｉｔ（）； ／／ 初始化数据交 叉开关和通用 Ｉ／Ｏ 口 ｃｓ＝０； ｒｅｓ＝１； ｄｅｌａｙ（１０）； ｒｅｓ＝０； ｄｅｌａｙ（１０）； ｓｐｉ＿ｂｅｇｉｎ（）； ｓｔａｔｕｓ［０］＝ｓｐｉ＿ｓｅｎｄ＿ｂｙｔｅ（０ｘ１４）； ｓｔａｔｕｓ［１］＝ｓｐｉ＿ｓｅｎｄ＿ｂｙｔｅ（０ｘ００）； ｓｐｉ＿ｅｎｄ（）； ｄｅｌａｙ（５００）；／／准备接收指令，但尚 未上电
二极管结电容随温度变化 而带来的中心频率漂移问 题，同时通过调整耦合电 容 Ｃ１ 的大小，可以保证变 容二极管工作在线性区， 并控制频偏大小。在保证 最大频偏的前提下，尽量
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MARCH 2005 ６ ３
应用天地
AP P LI C AT I ONS
（Ｃ７Ｃ６Ｃ５Ｃ４Ｃ３Ｃ２Ｃ１Ｃ０）＝（１０００００００） ，选择 φ Ｒ 与φ Ｖ 双端输出，禁止 ＬＤ、ｆ Ｒ、ｆ Ｖ、 ＲＥＦ ＯＵＴ 输出，以减小电路功耗，同时降 低无用端口对电路的影响。
至后面的放大电路，另一部分送入分频
主要电路工作原理 本电路实际上是一个小功率调频发
射机，其调制部分采用了变容二极管直 接调频技术，主要功能是实现 ８ ７ ～ １０８ＭＨｚ 频段内以 １００ｋＨｚ 为间隔的调 频激励源；输入调频信号为音频 （３０Ｈｚ ～１５ｋＨｚ） ，要求实现最大频偏为 ７５ｋＨｚ，其框图如图 ４ 所示。
无线电通信-8.2 调频方法概述、变容二极管调频、晶体振荡器直接调频及间接调频
所以为利用PN结的电容，PN结应工作在反向偏置状态
PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化， 而专用的变容二极管，经过特殊工艺处理（控制半导 体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随 反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。
调制信号控制变容二极管结电容，使 晶体谐振频率（串或并）发生变化， 其等效电抗发生变化，振荡频率发生 变化，获得调频信号。但最大相对频 移小10e-4量级。
并联缺点变容管参数的不稳定直接影 响调频信号中心频率的稳定度
串联 皮尔斯晶体振荡器
工作原理 晶体直接调频原理图
图(a)是中心频率为4.0MHz的晶体调频振荡器 的实际电路，图(b)是它的交流等效电路。
直接调频基本原理：用调制信号直接线性地改变载波 振荡的瞬时频率。
因此，凡是能直接影响载波振荡瞬时频率的元件 或参数，只要能够用调制信号去控制它们，并从而使 载波振荡瞬时频率按调制信号变化规律线性地改变， 都可以完成直接调频的任务。
如果载波由LC自激振荡器产生，则振荡频率主 要由谐振回路的L和C所决定。只要能用调制信号去 控制回路的电感或电容，就能控制振荡频率。
如何稳定调频波的中心频率呢？通常采用以下三种方法： ① 晶体振荡器直接调频； ② 采用自动频率控制电路； ③ 利用锁相环路稳频。
8.5 晶体振荡器直接调频
通常利用变容二极管控制晶体振荡器的振荡频率来实现调 频。晶体工作于串并联谐振频率之间，等效为一个高品质 因数的电感元件，作为振荡回路元件之一。 变容二极管接入振荡回路方式：与石英晶体串联或并联
图 8.4.2 变容二极管调频电路
图 8.4.3 振荡回路的 等效电路
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半导体情报 第 37 卷 第 4 期 2000 年 8 月
压控晶体振荡器及其调频变容二极管
翁寿松
( 无锡市元件四厂, 无锡 214002)
摘要 介绍了晶体振荡器的种类及压控晶体振荡器。提出改善压控晶体振荡器性能的具 体措施, 并介绍压控晶体振荡器关键元器件——调频变容二极管的性能及发展动态。 关键词 压控晶体振荡器 变容二极管 通信 中图分类号: T N 752 T N 312+ . 1 文献标识码: A 文章编号: 1001-5507 ( 2000) 4-14-04
C-M A C Frequency Produ ct s
1～30
±25, 50 ( 0～70℃) 5
FM VC4600
Fr equency M an agemen t
1～55
±20 ( 0～70℃) 3. 3
FM VC4700
40～160
V F-294
V al pey Fisher 1. 5～160
一起, 其外形为 SOT -23, 三条腿, 如美国 Alpha
f r ∝ ( V R + 5 ) , 即 f r 与 V R 成线性关系, 这样 有利于调频、宽带跟踪和消除失真等[ 6] 。对于
Indust ries 的 SM V-1255-004 变容 二极管就含 有两只 C-V 特性完全一致的变容二极管。近几
第 37 卷 第 4 期 2000 年 8 月 半导体情报
VCXO 牵引度限制在±200ppm 内, 典型值为 ±10～±50ppm 。图 2 给出 VCXO 标准的牵引 度曲线, 虚线表示理论上完全的线性曲线, 实 线表示在典型的 实际应用中获得的非线性曲 线, 这里实际的牵引度约为±200ppm[ 1] 。表 2 给 出 美 国 十 大 著 名 VCXO 制 造 商 生 产 的 V CXO 品种、性能和价格[ 1, 2] 。从表 2 可看出 VCXO 的发展动向是: ( 1) 频率范围越来越宽, 且越来越高, 如 Valpey Fisher 的 VF-294 频率 范 围 1. 5 ～ 160M Hz, Co nner-Winf iel d 的 GV94341 频率范围高达 2. 488GHz, 用于同步 光纤网; ( 2) 频率稳定度越来越稳, F ordahl 的 DF VSI-KH / SI-L H 的 频 率 稳 定 度 可 达 ± 15ppm ( 0～70℃) , 大部分为±20～±25ppm; ( 3) 工作电压越来越低, 从 5V 向 3. 3V 过渡; ( 4) 封装尺寸越来越 小, 从插孔到表面贴装 ( SM T ) , 如 M F Elect ro nics 推出目前市场上能 买到的最小尺寸 SM T 封装的 VCOX, 其尺寸 为 5mm × 7mm × 2mm , 图 3 为 Champion T echnolo gies 的 V CX O 插孔封装[ 3] , 图 4 为该 公司 V CX O 的 SM T 封装[ 2] 。
～85℃) 的频率稳定度, 频率稳定度越小, 晶体 振荡器性能越好, 其价格也越高。通信设备对频
体振荡器可分为五大类: 简单封装晶体振荡器 率稳定度要求±100ppm, 可使用 SPXO, 又称非
( SPXO) 、电压控制晶体振荡器 ( VCXO) , 温度 补偿晶体振荡 器; 要求± 50ppm 时, 可使用
SMT CLCC 7. 5m m×5. 08mm×1. 8mm SMT 插孔 SMT
5mm×7mm
14. 2m m×9. 2mm×6. 5mm ( 6 脚)
DIP ( 14 脚)
LC C ( 6 脚) 5. 08mm×7. 62mm
9mm×14mm 陶瓷
插孔/ S MT 0. 45 英寸×0. 55 英寸
1～50
±120 ±100
±25 ( 0～70℃) 3. 3/ 5
±25 ( 0～70℃) 5
±15 ( 0～70℃) ±25 ( ±40～85℃)
3. 3/ 5
T -V C XO M F El ect ron ics
4～45
±50, ±100, ±150
±25 ( 0～70℃)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
IQ V CXO 490
±100
±25
3. 3/ 5
V CX O324/ 385/ 386
CTS Reer es Fr equency P ro duc t s
155. 52
±200
3. 3/ 5
G V 94341
Conner -Winf ield
2. 488GHz
±60
±20 ( - 40～85℃) 3. 3
封装
SMT
DIP
16
半导体情报 第 37 卷 第 4 期 2000 年 8 月
表 2 美国 VCXO 性能
型 号
公 司
频率范围 / MHz
牵引度 / ppm
频率稳定度 / ppm
工作 电压 /V
S1318
Sa Ro nix
32～120
±25/ ±50
±50
S1550
±20, ±25, ±50
38. 88～155. 52 ±50, ±100
10- 6～10- 5
1～30
20～100
插孔/ 定制/ SM T , 14mm×10mm ×3m m
远程通信、蜂窝电话、G PS 、 锁相环路 ( PLL)
4. 0
温 度补 偿晶 体 振 荡器 ( TCXO)
10- 7～10- 6
1～60
0. 1～5
插孔/ 定制/ SM T , 30mm × 30mm × 15mm ～ 11. 4mm×9. 6mm ×3. 9m m
移动电话、远程通信、测试 设备、卫星通信
4. 0
恒 温控 制晶 体 振 荡器 ( O CXO )
10- 10～10- 8
0. 0001～5 插孔/ 定制
频率计数器、频谱和网络分 析仪、导航、国防、基站 250. 0
数 字补 偿晶 体 振 荡器 ( DCX O )
±0. 02～±1 插孔/ 定制
视频、军用、远程通信、高 档基站
VCXO 主要由晶体、放大器和变容二极管 等组成, 其工作原理是通过控制电压来改变变 容二极管的电容, 从而 “牵引”晶体的频率, 以
达到频率调制的目的, VCXO 的工作电原理图 由图 1 所示, VCXO 中晶体频率的牵引常用牵 引度来表征, 它表示每皮法的频率变化, 一般
收稿日期: 2000- 04- 04
第 37 卷 第 4 期 2000 年 8 月 半导体情报
17
( VCO) , 一般选择 n= 2 的调频变容二极管, 因 V 特性曲线的线性部分完全一致, 那么净电容
为调频频率 f r 与反向偏压 V R 的关系为: f r ∝ 变为零。国外已把这种两只变容二极管封装在
( V R + 5 ) 1/ 2õn , 5 为硅接触电位势, 当 n= 2 时,
15
图 3 V CX O 的插孔封装
图 1 V CXO 的工作电原理图 图 2 V CXO 标准的牵引度曲线
图 4 V C XO 的 SM T 封装
随着无线通信向高频、宽带、便携式方向
发展, 要求 VCXO 具有高频、高性能、频率范 围宽、线性度好、频率稳定度优、频率牵引误
差小和封装尺寸小等特性, 为了提高 VCXO 性 能, 可采取如下措施: ( 1) 在提高频率范围方 面: ( a) 倍频法, 大多数 V CXO 都采用基本模 式的晶体, 求得的偏移量或牵引度与谐波数的 平方成反比。若 VCXO 需要的频率比基本模式 晶体能获得的还要高, 通常采用倍频的方法; ( b) 混频法, 将 VCXO 的输出 ( 如 10M Hz± 10kHz) 与晶体振荡器的输出 ( 如 9MHz) 补差 式地混合在一起, 从而获得 1MHz 输出, 其偏 移量为±10kHz; ( c) 采用反向台面晶体的方 法, 倍频法是以牺牲相位噪声 ( 抖动) 为代价
高频率、电压特性方面: ( a) 正确选择变容二极 管的 n 值, VCXO 中关键元器件之一是变容二 极管, 变容二极管是一种端电容在反向偏置下 按确定方式随偏压变化, 并且专门利用这种电 容-电压 ( C-V 特性) 的半导体二极管。在电子 线路中作调频用的变容二极管称为调频变容二 极管。调频变容二极管的重要电参数之一为 n 值, 即电容变化指数, 它是指在规定的反向偏 压下, 在双对数坐标中变容二极管的电容随电 压的变化斜率。对于超突变结变容二极管的 n 值大于 1/ 2, n 值越大, C-V 特性曲线越陡。n 值是反向偏压的函数, 在某偏压下 n 值有一个 最大值 nmax, 此时对应的电压称为中心电压 V n 。 在规定的中心电压 V n 下, 变容二极管的电容称 中心 电 容 CVn, 如 无 锡 市 元 件 四 厂 生 产 的 2CC18 属调频变容二极管, n= 1. 7～3, V n= 2 ～ 6V , CV n = 6 ～ 18pf。 对 于 压 控 振 荡 器
( 0～70℃)
±100 ( ±40～85℃)
J-V CX O
V ect ron Int ern at ional
155
150
20
3. 3
CM V
K 1526 K 152-8C DFV S I-K H/ SI -L H
Cha m pio n Techn ol ogies
Ford ahl
2～45 2～40 35～125
无线通信如军民用通信机、移动电话、寻 它们的频率精度、频率范围、频率稳定度、封
呼机和全球定位系统 ( GP S) 等迅速发展, 增大 装和价格由表 1 所示[ 1] 。晶体振荡器的主要性
了对晶体振荡器的需求。晶体加工技术、半导 能之一是在一定温度范围内 ( 如 0～70℃或±40