高頻課程設(shè)計

1、高頻電子線路課程設(shè)計報告設(shè)計題目：壓控振蕩器的設(shè)計專業(yè)：電子科學與技術(shù)班級: 2011級電科1班學號: 2220105姓名: 張虎 目錄1.壓控振蕩器的定義、工作原理2.壓控振蕩器的類型3.LC壓控振蕩器4.電路原理圖的改進：5.vco的性能指6.調(diào)試效果圖7.設(shè)計心得體會8.參考文獻1壓控振蕩器的定義、工作原理壓控振蕩器的工作原理指輸出頻率與輸入控制電壓有對應(yīng)關(guān)系的振蕩電路,常以符號(VCO)(Voltage Controlled Oscillator)。其特性用輸出角頻率0與 輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線(圖1)來表示。圖1中,uc為零時的角頻率0,0稱為自由振蕩角頻率；曲線在0,0處的

2、斜率K0稱為控制靈敏度。使振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構(gòu)成一個壓控振蕩器。在通信或測量儀器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測量的信號（調(diào)制信號）。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。在自動頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個受控部件。壓控振蕩器的控制電壓可以有不同的輸入方式。如用直流電壓作為控制電壓，電路可制成頻率調(diào)節(jié)十分方便的信號源；用正弦電壓作為控制電壓，電路就成為調(diào)頻振蕩器；而用鋸齒電壓作為控制電壓，電路將成為掃頻振蕩器。    圖1 壓控振蕩器的控制特性 在壓控振蕩器中

3、，振蕩頻率應(yīng)只隨加在變?nèi)莨苌系目刂齐妷鹤兓?，但實際電路中，振蕩電壓也加在變?nèi)莨軆啥?，這使得振蕩頻率在一定程度上也隨振蕩幅度而變化，這是不希望的。為了減小振蕩頻率隨振蕩幅度的變化，應(yīng)盡量減少振蕩器的輸出電壓幅度，并使變?nèi)莨芄ぷ髟谳^大的固定直流偏壓（如大于1V）上。圖2示出了一壓控振蕩器線路。它的基本電路是一個柵極電路調(diào)諧的互感耦合振蕩器。決定頻率的回路元件為L1、C1、C2和壓控變?nèi)莨躒D2呈現(xiàn)的電容Cj。壓控振蕩器的主要性能指標為壓控靈敏度和線性度。壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量，用S表示，即S=f/u2、壓控振蕩器的類型壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶

4、體壓控振蕩器。對壓控振蕩器的技術(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。在下面主要分析LC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。壓控振蕩器線路3.LC壓控振蕩器在任何一種LC振蕩器中，將壓控可變電抗元件插入振蕩回路就可形成LC壓控振蕩器。早期的壓控可變電抗元件是電抗管，后來大都使用變?nèi)荻O管。圖 2是潑型LC壓控振蕩器的原理電路。圖中，T為晶體管，L為回路電感，C1、C2、Cv為回路電容,Cv為變?nèi)荻O管反向偏置時呈現(xiàn)出的容量;C1、C2通常比

5、Cv大得多。當輸入控制電壓uc改變時，Cv隨之變化，因而改變振蕩頻率。這種壓控振蕩器的輸出頻率與輸入控制電壓之間的關(guān)系為 VCO輸出頻率與控制電壓關(guān)系式中C0是零反向偏壓時變?nèi)荻O管的電容量； 是變?nèi)荻O管的結(jié)電壓； 是結(jié)電容變化指數(shù)。為了得到線性控制特性，可以采取各種補償措施。 RC壓控振蕩器 在單片集成電路中常用RC壓控多諧振蕩器（見調(diào)頻器）。   圖3 LC壓控振蕩器原理圖電路設(shè)計MC1648 是單片集成的射極耦合振蕩器，輸出 MECL 電平。電路工作時，外接電感L和電容C的并聯(lián)諧振回路即可形成固定頻率的振蕩器。若外接變?nèi)荻O管，控制變?nèi)莨艿闹绷髌眉纯蓸?gòu)成 LC 壓

6、控振蕩器。MC1648 的工作電源為 5v 或負 5.2V。最高工作頻率可達 225MHz.幾種常見的變?nèi)莨苓B接方式和相應(yīng)的壓控特性見下圖，其中（a）（b）為單管連接，控制電壓加到變?nèi)莨?，其作用是限流。（c）采用雙管背對背連接，其工作頻率高，壓控特性也好，本系統(tǒng)采用此種結(jié)構(gòu)。電路的 5 端為 AGC。改變 AGC 的電位，則振蕩幅度改變，經(jīng)放大輸出的波形也不一樣。通過 AGC 調(diào)節(jié)，電路可以輸出正弦波，也可以輸出方波。振蕩頻率由式 來決定， Cs 為變?nèi)莨茈娙?。由此式可知，要想改變整個系統(tǒng)的輸出頻率，可以有兩種方法，可以改變電容的大小，也可以改變電感的大小，改變電容的大小就如圖中所示，通過變?nèi)?/p>

7、二極管來實現(xiàn)，很適合電路自動完成，常作為壓控振蕩的受控元件；改變電感可以用波段開關(guān)來實現(xiàn)，從而達到擴充頻段的目的。由于條件所限，可供選擇的變?nèi)荻O管只有 2CC1，其最高工作頻率為 50MHz，并且變?nèi)荼缺容^小，雖然作者采用比較好的電路結(jié)構(gòu)來改善頻率輸出，最大頻率能達到 68MHz，但前提條件是要改變電感的大小。因此，為了得到較大的帶寬，可采用波段開關(guān)來選擇兩個不同的電感，電感由繼電器來選擇，繼電器由單片機來控制，因此，只要設(shè)置一個按鍵來選擇波段，就可達到擴寬頻帶的目的。振蕩器是系統(tǒng)產(chǎn)生頻率的關(guān)鍵，決定著輸出波形是否失真，以及輸出幅度的大小。因為是高頻電路，所以對電源的要求比較高，常需要對電源

8、進行處理才能，比如加電感電容來濾波，既可以防止工頻變壓器對振蕩器的干擾，也可以防止振蕩器通過電源對其他電路的干擾。在進行這些處理后，一般還要加金屬屏蔽外罩，才有更好的效果。根據(jù)選用的變?nèi)荻O管 2CC12B，其最大工作頻率為 50MHz，由于采用較合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計，本系統(tǒng)實際工作頻率為 868MHz，輸出頻率范圍達 60MHz，但是要通過改變電感來實現(xiàn)。4.電路原理圖的改進：5.vco的性能指標VCO的性能指標主要包括:1）頻率受控范圍；2）線性度；3）壓控靈敏度；4）調(diào)制帶寬；5）噪音；6）工作電壓。頻率調(diào)諧范圍，輸出功率，(長期及短期)頻率穩(wěn)定度，相位噪聲，頻譜純度，電調(diào)速度，推頻系數(shù)，頻率

9、牽引等。頻率調(diào)諧范圍是VCO的主要指標之一，與諧振器及電路的拓撲結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常，調(diào)諧范圍越大，諧振器的Q值越小，諧振器的Q值與振蕩器的相位噪聲有關(guān)，Q值越小，相位噪聲性能越差。振蕩器的頻率穩(wěn)定度包括長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度，它們各自又分別包括幅度穩(wěn)定度和相位穩(wěn)定度。長期相位穩(wěn)定度和短期幅度穩(wěn)定度在振蕩器中通常不考慮;長期幅度穩(wěn)定度主要受環(huán)境溫度影響，短期相位穩(wěn)定度主要指相位噪聲。在各種高性能、寬動態(tài)范圍的頻率變換中，相位噪聲是一個主要限制因素。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，載波信號的相位噪聲還要影響載波跟蹤精度。其它的指標中，振蕩器的頻譜純度表示了輸出中對諧波和雜波的抑制能力；推頻系數(shù)表示了由于電源電壓變化而引起的振蕩頻率的變化；頻率牽引則表示了負載的變化對振蕩頻率的影響；電調(diào)速度表示了振蕩頻率隨調(diào)諧電壓變化快慢的能力。在壓控振蕩器的各項指標中，頻率調(diào)諧范圍和輸出功率是衡量振蕩器的初級指標，其余各項指標依據(jù)具體應(yīng)用背景不向而有所側(cè)重。例如，在作為頻率合成器的一部分時，對VCO的要求，可概括為一下幾方面:應(yīng)滿足較高的相位噪聲要求；要有極快的調(diào)諧速度，頻溫特性和頻漂性能要好；功率平坦度好；電磁兼容性好。6.調(diào)試效果圖7.設(shè)計心得體會過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的