压控振荡器及FSK调制

压控振荡器及FSK 调制

摘要：

本系统基本架构采用西勒振荡电路，通过变容二极管实现振荡器输出频率的电压控制。并以频率为600HZ 的方波信号为调制信号，实现FSK 调制。

一、方案论证与比较

压控振荡器： 方案一克拉泼电路

此方案产生的信号频率稳定度好，振荡器振荡幅度随频率增加而下降，即在波段范围内输出信号的幅度是不平稳的，所以，克拉泼振荡器只能用作固定频率振荡器或者波段覆盖系数较小的可变频率振荡器，一般克拉泼振荡器的波段覆盖系数是1.2~1.3，并且不容易起振。 方案二西勒振荡电路

西勒振荡器易于起振，振荡幅度随频率增加而增加，使在波段范围内的输出电压幅度比较平稳，其覆盖系数较大，可大1.6~1.8。西勒振荡器频稳度好，振荡频率也可以较高，起振也比较容易。

结合本题目要求考虑：

本题要求产生30~40MHz 的信号，频率较高、范围较宽且有较高的频稳度要求。因此我们选择了西勒振荡电路，

功率放大器： 方案一：甲类功放。

甲类功放所面临的便是效率低下的问题。只是，没有交越失真以及电路结构的简单确实很实用。 方案二：乙类功放

乙类功放相对于甲类功放而言效率得到大幅度的提升，但是交越失真却不是我们所想要的，并且，电路结构也相对复杂。

结合本题目考虑： 要求的输出功率要求大于1.5dBm ，约为1.42mW 。而负载为50Ω电阻，可计算出输出电压峰峰值为0.75V ，因此使用乙类功放电路，就可达到该功率值。

方波发生器：

方案一运算放大器组成的方波发生器

运放构成的波形发生器简单易于搭建，并且频率、幅度调节很容易，只是转换速率或许显得并不是那么的快，要产生稳定频率的波比较困难，电路也相对复杂。 方案二555定时器产生方波

通过555定时器产生方波，首先是电路较运放电路而言更简单，只需要电阻与电容即可。此外，更重要的是555定时器产生的方波频率精确稳定，而且成本同样比较低廉。

结合本题目考虑：

本题中对方波的频率稳定度要求相对较高，综合考虑成本等因素，我们选择了方案二

二、理论分析及参数计算

（一）西勒振荡器分析与计算

西勒振荡器是一种改进型的电容三点式振荡器，其主要特点就是在回路电感上并联了一个可变电容x C ，而0C 为固定值，因此可使回路总电容为：0x C C C =+。所以正当频率为

0ω，可折算到晶体管的输出端的谐振电阻'

2p

p R p R =⋅，而系数43/p C C =，可见，p 与x C 无关，调节x C 时不会改变p 的值，也就是振荡频率不会改变。

在本电路中，x C 对电路的性能影响很大，而x C （在电路中也就是压控二极管所对应的电容）变化则可以调节频率的变化，所以3C 不能选的太大，否则电路的频率就是由L 和3C 所决定的，这样将限制频率调节的范围，此外，3C 过大也不利于消除晶体管极间电容的影响，但，

3C 太小，则接入系数p 降低，振荡幅度也就减小。因此，3C 大概在PF 级别就可以了。并

且电容应该选择陶瓷电容比较好。电容确定了，而L 与电容的搭配有很多种，但L/C 太小的

话，在低频下将难以振荡。也有大致的指标来确定电感，振荡频率为1MhZ 时，L 在10uH 左右，10MhZ 时L 大于1uH 。

（二）方波发生器分析与计算

方波发生器我们选择了简单易于搭建的555定时电路，定时器选择了LM555CM 芯片，该电路结构简单，其周期仅由两个电阻和一个电容决定，其公式为()T R12R2C ln2=+⋅⋅，而占空比则仅由电阻决定，占空比计算公式为T1R1R2

D T R12R2

+=

=+。 此方波发生器产生的方波，最大值和最小值分别为max V =VCC 、min V =0，而VCO 电路只能由2-9V 的电压控制，因此在方波发生部分与VCO 部分，需要一个接口电路。我们选择的接口电路是由运放构成的加法器。

三、电路分析与设计

（一）西勒振荡电路设计

图1 压控振荡电路

电路的直流偏置通过两个10k Ω电阻实现，以使晶体管工作于放大状态。波形发生部分

先固定电感的值为L=1.4uH ，当频率变化范围为30~40MHz 时，由公式0ω总计算

得，总的电容值C 变化范围为11.3~20.2pF ，又0x C C C =+，

其中0134

1

1/1/1/C C C C =++，

因此我们选择3C =18pF ，4C =220pF ，1C =10pF ，变容二极管选择两个BB910串联。电压控制部分2L 为高频扼流圈，防止产生的高频波对控制电压的影响。单元电路如图1所示。

（二）方波发生及接口电路设计

方波发生部分，为了得到600HZ （周期约1.67ms ）的方波。先固定C=0.01uF ，再利用公式()T R12R2C ln2=+⋅⋅和T1R1R2D T R12R2

+=

=+计算，我们选择1R =1k Ω，2R =120k Ω。接口电路部分通过加法器电路将方波缩小后和直流电压相加，以得到2-9V 范围内的方波。单元电路如图2所示。

图2 方波发生单元电路

四、系统测试与分析

（一）测试仪器

UT33D 万用表，泰克TDS1002数字示波器，EE163C 函数发生器，双通道直流稳压源一台，晶体管毫伏表一台。

（二）测试方法与测试数据 1、压控振荡器测试 （1）VCO 波形测试

测试方法：在电压控制端加上2~9V 之间的数个电压值，输出端连接示波器，观察波形是否失真。

测试结果如表1所示

表1 波形测试

测试方法：调节VCO 电路的控制电压，在波形无明显失真的情况下，使控制电压范围尽可能大，用示波器测出输出的频率范围。