电压控制LC振荡器

辽宁工业大学

电子综合设计与制作课程设计（论文）题目：电压控制LC振荡器

院（系）：电子信息工程学院

专业班级：电子

学号： 080

学生姓名：

指导教师：（签字）

起止时间：2011.12.26—2012.01.06

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电子信息工程学院教研室：电子信息工程学院

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

随着人们生活水平的不断提高和电子科技的飞速发展，特别是近年来物质生活水平的提高，人们相互之间交往所利用的通信手段也越来越多，人们不断追求生活方式的多样化和个性化；电子科学的发展尤其是无线通信的快速发展给人们工作和生活注入了新的色彩；人们可以随心所欲地享受着无线通信工具所带来的乐趣。

实验和课程设计都是电子技术基础课程中重要的实践性环节，对培养学生理论联系实际的能力起重要作用。本次课程设计的宗旨是：教学基本要求，结合目前学校课程设计的实际需求。便宜学生做答，有利于学生的能力培养。LC振器是高频中的中要部分，这个设计有利于让学生更好的巩固知识，对LC振荡器有更好的了解。

关键词：VCO；单片机；变容二级管；MCU

第1章LC振荡器电路的原理及选择

1.1正弦波振荡器的分类

正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。反馈式三端LC振荡器比较常用的电路形式又可以分为两大类：电感反馈式三端振荡器与电容反馈式三端振荡器。

电感反馈振荡电路容易起振，但电感反馈支路为感性支路，对高次谐波呈现高阻抗，故对回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大；另外，由于两个电感元件上的分布电容并联于电感元件的两端，工作频率越高，分布电容的影响也愈严重，这就使得电感反馈式三端振荡电路的工作频率不能太高。

电容三端振荡器的优点是输出波形较好，该电路中的不稳定电容（分布电容，器件的结电容等）都是与该电路并联的，因此适当加大回路电容量，就可以减弱不稳定的分布电容对振荡频率的影响，提高了频率稳定度。

在这里，我们选择了电容三端振荡器。

电容三端振荡器交流等效电路如图1所示。

图1 电容三端振荡器交流等效电路

此电路为西勒振荡器，该电路具有频率稳定度好，振荡频率较高，波段范围内幅度比较平稳等优点。其中振荡频率由C3、C4和L决定，

频率计算公式为：

实际上为了能用电压控制频率，C4用变容二极管来代替。

1.2高频功率放大电路的选择

高频功率放大器要求能实现对30MHz选频放大，由于功率要求是20mW且设计的VCO输出波形幅度高,我们只设置两级放大，一级为电压放大级，一级为功率输出级。电压放大级采用普通的选频放大器，谐振于30MHz。输出级有几种形式：1、直接放大，如图2（A）。2、推挽式功率放大，如图2（B）。3、开关功率放大，如图2 （C）。

图2 （A）直接放大图2 （B）推挽式功率放大

图2（C）开关功率放大

图2（A）直接放大型工作于丙类（高频功率放大器一般不工作在甲类或乙类），静态工作点较高，在没有信号输入时仍要消耗一定的功率，效率极低。丙类放大器单管工作，其高次谐波丰富，尢其是在高次谐波中，二次谐波幅度较高。对于选频功率放大器来说，高幅度的二次谐波吸收了一部分的功率，不利于基波的放大和效率的提高，所以此方案不予采用。

图2（B）用两只三极管接成推挽式功率放大器，这种电路也叫做D 类放大器，靠两只管子轮流导通完成正负半周的放大。该电路静态电流可以置得很小或是完全截止，效率可以做得很高，按理论值，D类放大器的效率可达100%(在低频时)。但是实际上，推挽功率放大器在开关转换的瞬间是存在着较大的导通电流，有一定的功耗，而且功耗随着开关频率的升高而不断地增大，这就使功放的频率上限受到限制了。一般此种功率放大器用于较低频率的放大上,比如调幅广播的发射,而对于

30MHz的频率,我们不采用.

图2(C)是开关式功率放大器，也叫E类放大器,它和D类放大器一样管子是工作在开关状态。在晶体三极管导通和断开瞬间,由于电感L2的作用,避免产生大的电压或电流,这就减小了器件的开关功耗,效率也得到了提高。这种放大器的主要问题是,由于晶体管工作在开关状态,对于连续变化的正弦波 ,通过开关转换后,出来的是失真的断续的波形；电感L2一般较大，它的存在会降低放大器的速度，但是可以证明,通过

在后面搭接适当的LC滤波和匹配网络，可以还原出原始的正弦波信号，也可以使它的瞬态响应达到最隹。放大30MHz的信号丝毫没有问题。经过考虑，我们采用了这种开关型功率放大器.

1.3频率控制方式的选择

设计要求振荡器的频率要用电压来控制，可以采用变容二极管代替振荡回路中的振荡电容，通过改变加在变容二极管两端的反向偏压来改变管子的结电容，从而改变电路的振荡频率。只要我们能控制VCO的输入电压，就可以控制振荡器的振荡频率。

我们有以下几种控制方案。

方案一：利用电位器分压电路。通过改变电位器的分压比来改变变容管的反向偏压，从而改变振荡器的振荡频率。该电路的优点是电路结构简单，容易制作。但是电位器很难实现对频率的精确控制，且电位器容易磨损，噪声大，受温度的影响也大。

方案二：利用DAC芯片输出控制电压。通过单片机输出数据经D/A器件转换成模拟电压控制振荡器的频率。此电路控制的振荡器频率值的步进精度取决于D/A器件的转换精度。该电路的结构也比较简单，频率调节是数码控制，可以大大减小噪声。但是本设计的压控振荡器是用分立元件做成，并不是理想中的压控振荡器，由于存在温度漂移，晶体管直流电位会随温度发生移动，输出频率也就随着发生变化，在固定的VCO输入电压上，输出频率值是有一定的波动的，使得从DAC输出的数据与实际输出的频率不能一一对应。DAC的调节作用要经过单片机的运算处理，这样就有一个延时的过程，导致频率的自动调整滞后，所以此方案不予采用。