電壓控制LC振蕩器的設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)1電壓控制電壓控制 LC 振蕩器的設(shè)計(jì)振蕩器的設(shè)計(jì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題題 目目：電壓控制 LC 振蕩器的設(shè)計(jì)專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè)：信息工程學(xué)院自動(dòng)化年年 級(jí)級(jí)：2010 級(jí)學(xué)學(xué) 生生：指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師：實(shí)物制作成績(jī)（50 分）設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)（40 分）答辯（10 分） 總成績(jī)備注方案過(guò)程指標(biāo)焊接分工方案論證設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、原件選擇報(bào)告格式原理講述問(wèn)題回答電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)2前言前言本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)電壓控制 LC 振蕩器，振蕩器輸出波形為無(wú)失真的正弦波。計(jì)劃采用分立元件組成電壓控制 LC 振蕩器，采用滑動(dòng)變阻器改變輸入電壓，采用電壓反饋電路使輸出電壓幅值穩(wěn)定在 1V0.

2、1V。首先通過(guò)閱讀之前學(xué)習(xí)過(guò)的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，以及單片機(jī)原理等課程書(shū)籍了解電壓控制 LC 振蕩電路原理及設(shè)計(jì)電路。通過(guò)比較幾種經(jīng)典電壓控制 LC 振蕩電路基本三點(diǎn)式振蕩電路及西勒振蕩器等設(shè)計(jì)出更為簡(jiǎn)潔的電壓控制 LC 振蕩器。本組方案通過(guò)指導(dǎo)老師的審查之后，電路焊接等工作重點(diǎn)在大連大學(xué)素質(zhì)教育基地工作室完成。最后調(diào)試階段在老師的指導(dǎo)下完成，并通過(guò)了本次課程設(shè)計(jì)。本組成員孫飛翔、付賀。決定選題并通過(guò)指導(dǎo)老師謝新開(kāi)確定可行性之后。電路焊接部分主要由孫飛翔負(fù)責(zé)，付賀輔助工作。最后在老師的指導(dǎo)下調(diào)試結(jié)束并通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)后，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文部分主要由付賀負(fù)責(zé)，孫飛翔提供意見(jiàn)，做輔助

3、工作。電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)3目錄目錄一、一、摘要摘要 .4 4二、設(shè)計(jì)要求二、設(shè)計(jì)要求.5 5三、三、正文正文.5 5 第一章第一章、系統(tǒng)概述、系統(tǒng)概述.5 5 1.1、原理框圖.5 1.2、芯片介紹.5 1.3、功能實(shí)現(xiàn)原理.7 第二章、單元電路設(shè)計(jì)與分析第二章、單元電路設(shè)計(jì)與分析.7 7 2.1、方案論證.7 2.1、工作狀態(tài)分析.8 第三章第三章、電路的安裝與調(diào)試、電路的安裝與調(diào)試.1 10 0 第四章第四章、結(jié)束語(yǔ)、結(jié)束語(yǔ) .1 11 1四四、鳴謝鳴謝.1 12 2五、元器件明細(xì)表五、元器件明細(xì)表 .1 13 3六、附圖六、附圖 .1 14 4七七、參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1 15 5電子技術(shù)課

4、程設(shè)計(jì)41 1、摘要摘要 本設(shè)計(jì)是一個(gè)電壓控制的 LC 正弦波振蕩器，即用電壓控制 L 類(lèi)型的振蕩器并實(shí)現(xiàn)輸出電壓的峰峰值恒定在 1V0.1V 并能用示波器顯示輸出電壓的峰峰值。主振器由分立元件組成。電壓對(duì)頻率的控制是通過(guò)變?nèi)荻O管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即通過(guò)改變變?nèi)荻O管的反向壓降，從而改變變?nèi)荻O管的結(jié)電容，繼而改變振蕩頻率。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：電壓控制，變?nèi)荻O管，振蕩頻率二、設(shè)計(jì)要求二、設(shè)計(jì)要求名稱(chēng)名稱(chēng)：電壓控制 LC 振蕩器要求要求：振蕩器輸出為正旋波，波形無(wú)明顯失真 輸出頻率范圍：15MHZ35MHZ。 輸出頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于 0.01 輸出電壓峰值：Vpp=1V+0.1V 實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示振蕩器輸出電

5、壓峰值，精度優(yōu)于 10%。 可實(shí)現(xiàn)輸出頻率步進(jìn)，步進(jìn)間隔 1MHZ+100MHZ三、正文三、正文第一章、系統(tǒng)概述第一章、系統(tǒng)概述1.1、 原理框圖原理框圖電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)5 圖 1 方波、三角波、正弦波、信號(hào)發(fā)生器的原理框圖首先多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉(zhuǎn)化為正弦波，但這樣的輸出將造成負(fù)載的輸出正弦波波形變形，因?yàn)樨?fù)載的變動(dòng)將拉動(dòng)波形的崎變。1.21.2、 芯片簡(jiǎn)介芯片簡(jiǎn)介L(zhǎng)M324LM324 芯片簡(jiǎn)介芯片簡(jiǎn)介：LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝（DIP14） ，外形如圖 2 所示：圖 2 LM324 外型圖片它的內(nèi)

6、部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 3 所示的符號(hào)來(lái)表示：圖 3 LM324 內(nèi)部的運(yùn)放單元在電路中的符號(hào)它有 5 個(gè)引出腳，其中“+” 、 “-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端， “V+” 、 “V-”為正、負(fù)電源端， “Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324 的引腳排列見(jiàn)圖 4：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)6圖 4 LM324 引腳排列圖由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源

7、使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。LM2940LM2940 芯片簡(jiǎn)介：芯片簡(jiǎn)介：常用串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源 LM2940，輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器，具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)；輸出電壓 5v，輸出電流 1。輸出電流 1A 時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于 0.8V，最大輸入電壓 26V，工作溫度-40+125；內(nèi)含靜態(tài)電流降壓電路、電流限制、過(guò)熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。LM2940-5 可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾，以及電流不足的問(wèn)題，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作。1.31.3、 功能實(shí)現(xiàn)原理功能實(shí)現(xiàn)原理：根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)框圖如下圖所示：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)7

8、電 源滯回比較器積分器二階有源低通濾波器方 波三角波正弦波 波圖 4 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)采用12V 雙電源供電，主體部分由 LM324 集成運(yùn)放芯片構(gòu)成的滯回比較器、積分器和二階有源低通濾波器電路組成。它由滯回比較器產(chǎn)生方波信號(hào)，方波信號(hào)經(jīng)過(guò)積分器后產(chǎn)生三角波信號(hào)。三角波信號(hào)一路反饋回滯回比較器，作為滯回比較器的 VREF ；另一路經(jīng)二階有源低通濾波器濾波以后產(chǎn)生正弦波信號(hào)。使用時(shí)可以在電路系統(tǒng)的不同輸出點(diǎn)得到不同的波形信號(hào)。第二章、單元電路設(shè)計(jì)與分析第二章、單元電路設(shè)計(jì)與分析2.1、 方案論證方案論證振蕩器的比較在各種振蕩電路中，LC振蕩電路是比較常見(jiàn)的一種。常用的LC振蕩電路有以下幾種：方案一方

9、案一：采用互感耦合振蕩器形式。調(diào)基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時(shí)，振幅比較穩(wěn)定。調(diào)發(fā)電路只能解決起始振蕩條件和振蕩頻率的問(wèn)題，不能決定振幅的大小。調(diào)集電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩(wěn)定，幅度較大諧波成分較小?；ジ旭詈险袷幤髟谡{(diào)整反饋（改變耦合系數(shù)）時(shí)，基本上不影響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時(shí)，難于做出穩(wěn)定性高的變壓器，而且靈活性較差。一般應(yīng)用于中、短波波段。方案二方案二：采用電感三點(diǎn)式振蕩。由于兩個(gè)電感之間有互感存在，所以很容易起振。另外，改變諧振回路的電容，可方便地調(diào)節(jié)振蕩頻率，由于反饋信號(hào)取自電感兩端壓降，而電感對(duì)高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故不能抑制高次諧波的反饋，因此振蕩器輸

10、出信號(hào)中的高次諧波成分較大，信號(hào)波形較差。方案三方案三：采用電容三點(diǎn)式振蕩器。電容三點(diǎn)式振電路的基極和發(fā)射極之間接有電容，反饋信號(hào)取自電容兩端，它對(duì)諧波的阻抗很小，諧波電壓小，因而使集電路電流中的諧波分量和回路的諧波電壓都較小。反饋信號(hào)取自電容兩端，由于電容對(duì)高次諧波呈現(xiàn)較小的容抗，因而反饋信號(hào)中高次諧波分量小，故振蕩輸出波形好，而且電容三點(diǎn)式振蕩器的頻率穩(wěn)定，適于較高工作頻率?？紤]到本設(shè)計(jì)中要求頻帶較寬，輸出波形好。通過(guò)參考以上方案，設(shè)計(jì)出本組方案如下所示：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)8方案四方案四：此方案是準(zhǔn)備在2012年暑假參加電子設(shè)計(jì)大賽時(shí)所做，因?yàn)橐捎肨I公司元件，經(jīng)過(guò)多次比較采用OPA354

11、，經(jīng)由TinaTI軟件仿真后得到如下仿真圖，此方案暑假已經(jīng)做出，并且經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)?zāi)艿玫揭粋€(gè)良好的正弦波，在此用LM324代替OPA354，通過(guò)控制R6或C2來(lái)調(diào)節(jié)輸出波形的此外圖中VG1需要利用函數(shù)發(fā)生器檢驗(yàn)。2.22.2、 工作狀態(tài)分析：工作狀態(tài)分析： 設(shè)計(jì)要求振蕩器的頻率要用電壓來(lái)控制，可以采用變?nèi)荻O管代替振蕩回路中的振蕩電容，通過(guò)改變加在變?nèi)荻O管兩端的反向偏壓來(lái)改變管子的結(jié)電容，從而改變電路的振蕩頻率。只要我們能控制 VCO 的輸入電壓，就可以控制振蕩器的振蕩頻率。方波信號(hào)由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出，積分電路區(qū)段如下：方波信號(hào)由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出，積分電路區(qū)段如下：系統(tǒng)原理圖如下所示：系統(tǒng)原理

12、圖如下所示：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)9R5 2.2kOhmC2 10nFR6 20kOhmC3 100nFV3 5VVsin R4 1kOhmC4 1uF+VG1-+34152U1 OPA354T0.001.00u2.00u3.00u4.00u5.00uAxis label -5.00-2.500.002.505.00第第 3 3 章章、電路的安裝與調(diào)試、電路的安裝與調(diào)試 如圖所示，輸入端接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，輸出端接示波器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)10電路實(shí)物圖設(shè)計(jì)如圖所示：電路實(shí)物圖設(shè)計(jì)如圖所示：試驗(yàn)結(jié)果如圖所示：試驗(yàn)結(jié)果如圖所示：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)11第第 4 4 章章、結(jié)束語(yǔ)、結(jié)束語(yǔ)本此課程

13、設(shè)計(jì)實(shí)際結(jié)果與仿真所出結(jié)果有些差別，波形不是太標(biāo)準(zhǔn)，有待進(jìn)一步調(diào)節(jié)。此外，本組設(shè)計(jì)的預(yù)期電路中 OPA354 插件由于條件所限用 LM324代替。另外由于考慮不周，電路完成之后不可調(diào)，可改進(jìn)為可調(diào)節(jié)的滑動(dòng)變阻器，進(jìn)而可使試驗(yàn)結(jié)果所得到的波形更佳。四、鳴謝四、鳴謝課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)提出分析和解決實(shí)際問(wèn)題鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.回顧起此次課程設(shè)計(jì)，我感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知

14、識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于順利完成。在次我表示衷心的感謝電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)12五、元器件明細(xì)表五、元器件明細(xì)表電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)13六、附圖六、附圖序號(hào)元器件名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量1LM294022LM790523OPA354（直插）（直插） ，【若買(mǎi)不到，可用若買(mǎi)不到，可用LM324】24電解電容100uF100uF85電容104pF104pF86電容1uF1uF27電容100nF100nF28電容10nF10nF29電阻1K210電阻2.2K211電阻20K212,