电压控制LC振荡器1 - 2003 年 全国大学生电子设计竞赛

2003 年 全 国 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛 电电 压压 控控 制制 LCLC 振振 荡荡 器器 A2 山东轻工山东轻工 王伟 包洵 吴立元 摘摘 要要 在 LC 振荡器的 LC 回路中 使用电压控制电容器 变容器 就 可以在一定频率范围内构成电调谐振荡器 即电压控制 LC 振荡器 压控振荡器可广泛使用于频率调制器 锁相环路 以及无线电发射 机和接收机中 在压控振荡器中实际电路中 振荡频率除了随变容管两端的控 制电压的变化 还受其两端振荡电压的影响 这使得振荡频率在一定 程度上也随振荡幅度而变化 因此在实际的应用中很难使用变容二极 管得到较高较准的振荡电压 为了解决这个问题 我们采用了 MAX038 集成电路组成的压控振 荡电路和 MC 1496 集成电路组成的倍频电路来实现 这样 通过调 节输入电压就可以得到较高频率的振荡电压 而且通过实验可知 其波形也很稳定 但是此时得到的电压幅度较小 故外接一个高频 小信号放大电路 就能够得到题目所提到的 1v 电压的要求 一 方案一 方案 对振荡器部分的方案对振荡器部分的方案 方案一 为提高输出波形的稳定性和精确度 采用 MAX038 集成电路做成压控振荡电路 对电阻电感电容的值作适当调整 可以输出 1M 37MHZ 不等的频率 方案二 将 MAX038 集成电路输出的频率为 3M 18MHZ 的电压通过 MC1496 集成电路组 成的倍频电路 将会得到频率为 6M 36MHZ 的信号 方案比较 以上两种方案军都能够满足题目所要求的输出频率范围 但是方案一中要 得到 37MHZ 的频率需要大约 15PF 的电容 而一般这样容值较小的电容在高频范围内工作时 的稳定性很差 不能够满足题目要求的 10 3数量级的稳定度 而方案二中要得到 18MHZ 的 输出频率所需要的电容大约为 45pF 左右 这样大小的电容在高频范围内的工作要稳定的多 故选用方案二 对频率步进装置的方案对频率步进装置的方案 方案一 由于该震荡器为压控装置 故可通过步进阻值的方法实现频率的步进 通过 细调阻值的方式细调频率 方案二 通过细调阻止的方式细调频率 而对于频率的步进 则通过电感值的步进实现 方案比较 以上两种方法都能满足题目中提到的实现频率步进的要求 但是方案二中 需要通过电感的调整来实现频率的步进 这样就很难掌握电感值的大小 不容易做到 精确控制 二 设计二 设计 MAX038MAX038 集成电路组成的压控振荡电路 图集成电路组成的压控振荡电路 图 1 1 MAX038 是集成的高频函数发生器 用很少的外部元件与之配合 便能产生失真度很小 的正弦波 三角波形 据赤膊 方波 或脉冲 其频率可在 1HZ 20MHZ 之间通过电路确 定 通过改变控制电流 电压或电阻 频率和占空比可以单独进行调节 MAX038 由正负 5V 电源供电 其输出幅度一般为 0 7V 因此在产品的输出时 要加一 个放大器以适应要求 同时增加其带负载的能力 当用电压 Vin 电阻 Rin 的串联 组合去控制 MAX038 的频率时 其输出信号频率与输入电压 Vin成正比 F0 MHZ Vin Rin Cf PF 改变Vin可以改变振荡频率 在图一中 通过对可变电阻 R1 的调节来改变输入电压的大小 MC1496MC1496 集成电路组成的倍频电路 图集成电路组成的倍频电路 图 2 2 MC1496 是一种双差分模拟乘法器的单块集成电路 它的输出电压随输入电压的变化而 变化 由 MC1496 组成的倍频器的频率响应可高达 100MHZ 以上 由公式 Vout ExEy cos xt yt cos xt yt ExEy cos cos 2 t x与 y相等时 可知道 若输入的信号 为 V1cos t 则通过倍频器后输出信号将变为 V2cos2 t C 其中 C 为一常量 因此在输 出端需要加一律波器将直流成分滤掉 考虑到电源对电路由很大的影响 所以在电源电路 中采用了高质量稳压系统 并采用了有效的滤波措施 当输入电压通过 MAX038 压控振荡电路和 MC 1496 倍频电路后 得到的信号较以前有了 很大的衰减 为了满足要求中所提出的实时测量并显示振荡器输出电压峰 峰值 将倍频电 路输出的信号通过滤波器 图 5 滤波之后 再输入一个高频小信号放大器中 图 3 适 当调整电路中的参数 就可以得到题中要求的峰 峰值为 1V 信号 在末端接一个电压表 就可以实时显示输出信号的峰 峰值 三 论证三 论证 分部测试分部测试 首先我们将 MAX038 振荡电路的输出端接到示波器上 图 1 f0的计算公式为 f0 2 2 5 Rin Cf 根据要求中的 f0范围计算 将 Cf设为 62pF 调节精密电位器 得到最大 的输出频率为 13 3MHZ 将电容 Cf降至 47pF 再次调节精密电位器 此时得到的最大输 出频率为 17 7MHZ 基本达到了预期的效果 用信号发生器发出的正弦波通过滤波器接到 MC1496 倍频电路的输入端 从波形上可以 看到频率成为原来的两倍 基本上能得到较为稳定的正弦波 但是由于信号发生器发出频 率的最大值为 10MHZ 并未检测到当频率达到 10MHZ 以上时的情况 将信号经过高频信号放大器输出的信号通过滤波器接到一个桥式整流电路 图 4 后 再次滤波 能够电压表上显示出信号的峰 峰值 综合测试 综合测试 将以上提到的各个电路按下面的顺序依次连接起来 就得到了基本能满足题目要求的 电路 在压控振荡电路的输入端加上输入电压 将高频小信号放大器的输出端接到示波器上 可以看到振荡器的输出波形为正弦波 并且波形良好稳定 无明显失真 调节精密电位器 可以得到从频率 1M 37MHZ 不等的信号 并且通过测量发现 电位器基本上每调 1K 其频率变化 1MHZ 因此可以实现输出频率步进 但是由于没有 20 档的开关 未 能完成此项任务 同时经过一段时间的观察得到 通过此电路调节电位器得到的信号