电压控制振荡电路设计与仿真学士学位.doc
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1、密级: NANCHANG UNIVERSITY GONGQIN COLLEGE学 士 学 位 论 文(设 计)THESIS OF BACHELOR(20092013年)中文题目:电压控制振荡电路设计与仿真英文题目:Design and Simulation of voltage controlled oscillator circuit学 院:共青学院系 别:信息工程系专业班级:09电信本学生姓名:聂志辉学 号:8110109023指导教师:刘定军二 一 三 年 五 月学士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内
2、容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名: 日期: 南昌大学共青学院毕业设计(论文) 摘要摘 要近年来,随着无线通信技术的飞速发展,使市场对射频集成电路产生了巨大的需求。在射频电路中,压控振荡器(VCO)占有非常重要的地位,它是锁相环、时钟恢复电路以及频率综合器的重要组成电路,所以设计高性能的压控振荡器对通信系统性能的提高具有十分重要的意义。自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色,具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期,它就在发
3、射机中用来产生高频载波电压,在超外差接收机中用作本机振荡器,成为发射和接收设备的基本部件。随着电子技术的迅速发展,振荡器的用途也越来越广泛,例如在无线电测量仪器中,它产生各种频段的正弦信号电压;在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中,它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。尤其在通信系统电路中,压控振荡器(VCO)是其关键部件,特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重,可以毫不夸张地说在电子通信技术领域,VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位电压控制振荡器是如今使
4、用非常广泛的一类电子器件,为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案。本设计采用运算放大器741芯片组成的反向积分电路和滞回电压比较器,利用三极管2N222相当于电子开关的功能,控制电容的充放电时间,构成的压控振荡电路,从而实现了输入电压对输出频率变化的控制。只要改变输入端的电压,即可改变输出端的输出频率。从而达到设计的目的和要求。关键词:压控振荡器(VCO);运算放大器741;2N222I 南昌大学共青学院毕业设计(论文) ABSTRACTABSTRACTIn recent years, with the rapid development of wireless communi
5、cation technology, the market has a huge demand on radio frequency integrated circuits. In rf circuit, voltage controlled oscillator (VCO) occupies very important position, it is a phase locked loop, clock recovery circuit and key circuit of frequency synthesizers, so the design of high performance
6、for voltage-controlled oscillator is of great significance to the improvement of the performance of the communication system.Since its birth has been in communications, electronics, navigation, aerospace, and medical and other fields play an important role, has a wide range of USES. At the beginning
7、 of the radio technology development, it is used to generate high frequency carrier wave voltage in the transmitter, used as local oscillator in the superheterodyne receiver, the basic components of equipment become the transmit and receive. With the rapid development of electronic technology, the p
8、urpose of the oscillator is becoming more and more widely, such as in radio measuring instruments, it produces a variety of frequencies of sine signal voltage; In hot working, heat treatment, ultrasonic processing, and some in the medical equipment, it produces high frequency electric energy of powe
9、r on heating load; Some electrical equipment made of contactless switch to control the oscillator; Electronic clock and electronic watches in using high frequency stability of the oscillating circuit as timing components, etc. Especially in the communication system circuit, voltage controlled oscill
10、ator (VCO) is the key components, especially in the phase-locked loop circuit, clock recovery circuit and circuit of frequency synthesizers is Paramount, it is no exaggeration to say in the field of electronic communications technology, VCO with almost have the same important position and current so
11、urceVoltage controlled oscillator is now very widely used class of electronic devices for electric light conversion circuit, mobile handheld devices, etc. Provide solution. This design adopts the operational amplifier, 741 chip of backward integration circuit and the hysteresis voltage comparator, u
12、se 2 n222 triode is equivalent to the function of electronic switches, control the capacitor charge and discharge time, constitute the voltage-controlled oscillation circuit, so as to realize the input voltage to control the output frequency change. As long as you change the voltage at the input and
13、 output can change the output frequency. So as to achieve of the design requirements.Key words: voltage controlled oscillator;Operational amplifier741;2N222III南昌大学共青学院毕业设计(论文) 目录 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 振荡器概述11.2 本课题设计意义11.3 研究范围及参数21.4 应解决的主要问题2第2章 系统方案设计32.1 设计依据和要求32.2 系统的方案论证32.3 输出信号的实现比较42
14、.4 系统方案的选择和设计原理42.5 系统的总原理图5第3章 芯片的选择63.1 运算放大器63.1.1 运算放大器的简介63.1.2 运算放大器的工作原理63.1.3 运算放大器的选择83.2 比较器93.2.1 比较器的简介93.2.2 比较器与运算放大器的区别103.2.3 比较器的分类103.2.4比较器的选择10第4章 单元电路的设计114.1反相积分电路的设计114.2 滞回电压比较电路的设计12第5章 系统电路的仿真与调试155.1 仿真软件的介绍与选择155.2 系统调试主要测试仪器185.3 系统调试185.4 误差分析18总结19参考文献20致 谢21附录A电路原理图22
15、附录B 电压和频率的关系表23附录C电路仿真图24南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第1章 绪论第1章 绪论1.1 振荡器概述振荡器广泛应用于各行各业中,例如在无线电测量仪器中,它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中,它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。在通信系统电路中,压控振荡器(VCO)是其关键部件,特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等电路中更是重中之重,可以毫不夸张地说在电子通信技术领域,VCO压控振荡器几乎与电流源电路和运放电路具有
16、同等重要的地位。压控振荡器(VCO)的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有:频率稳定度好,控制灵敏度高,调频范围宽,频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高,但调频范围窄;RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽,LC压控振荡器居二者之间。电压控制LC振荡器在任何一种LC振荡器电路中都是将压控可变电抗元件插入振荡回路中,早期的压控可变电抗元件是电抗管,后来大都使用了变容二极管。在微波频段,用反射极电压控制频率的反射速调管振荡器和用阳极电压控制频率的磁控管振荡器等也都属于压控振荡器的性质。在通信技术、测量技术、计算机技术等各
17、种领域中,常常要用到精度比较高,频率稳定度高且方便可调的信号源,电压控制很好的解决方案。振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件,为电光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案。1.2 本课题设计意义随着电子技术的迅速发展,振荡器的用途也越来越广泛,振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色,具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期,振荡器就在发射机中用来产生高频载波电压,在超外差接收机中用作本机振荡器,成为发射和接收设备的基本部件。本设计电压控制振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件,为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很多的解决方案。本文设计的是电压
18、控制振荡器,设计中采用了运算放大器741构成的反向积分电路和滞回电压比较器电路做为主要组成部分,通过调控制端两端的电压来改变振荡器的输出频率,使设计系统达到30Hz2.8KHz输出频率可变的要求。在振荡器的回路中,使用反馈电阻控制三极管(相当于电子开关)的导通、截止,在反相积分电路的输入端形成矩形波从而控制电容的充放电时间,再由转换电路输入控制电压经电阻分压后决定反相积分电路同相端的电位、电路的积分时间,就可以控制输出频率的变化,即电压控制振荡器。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。压控振荡器的应用范围很广,集成化是重要的发展方向。石英晶体压控振荡器中频率稳
19、定度和调频范围之间的矛盾也有待于解决。随着深空通信的发展,将需要内部噪声电平极低的压控振荡器。1.3 研究范围及参数压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。根据所产生的波形不同,可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波,后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成,这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用元件的不同,正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。本电压控制振荡器系统包括压控振荡器(VCO),运算放大器。在输入电压从0.1V变化到17V时,输出频率可以从3
20、0Hz变化到2.8KHz,且能保持良好的线性度,振荡环路加入了防振措施,高次谐波能得到很好的抑制,输出的波形良好,纯度高,失真低,幅度高且稳定。从操作的灵活性和可靠性方面考虑,此设计简便,可操作性高。1.4 应解决的主要问题通过反馈电阻控制三极管的导通、截止,在反相积分电路的输入端形成矩形波,从而控制电容的充电放电时间。转换电路输入电压需经过电阻分压后决定反相积分电路同相端的电位、电路的积分时间,用以控制输出频率的变化,测量各个借点的电压频率变化,设置合适的参数值和元器件型号,环环相扣达到功能齐全,可靠性高,稳定度高,抗干扰性强的特点。29 南昌大学共青学院毕业设计(论文) 第2章 系统方案设
21、计第2章 系统方案设计2.1 设计依据和要求依据:与电子电路设计有关的国家和行业的法规、技术标准与规范;本电压控制振荡器设计任务书要求的技术范围。要求:(1)振荡器输出为三角波形,波形无明显失真。(2)输出频率范围:30HZ2.8KHz。(3)输出频率稳定度:优于。(4)输出电压峰峰值 =1V0.1V。2.2 系统的方案论证人们通常把压控振荡器称为调频器,用以生产调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中,输入控制电压是误差信号电压,压控振荡器是环路中的一个受控部件。低频振荡器的比较 :在各种低频振荡电路中,常见的振荡器有以下几种:方案一:采用互感耦合振荡器形式。调基电路振荡频率在较宽的范围改
22、变时,振幅比较稳定。调发电路只能解决起始振荡条件和振荡频率的问题,不能决定振幅的大小。调集电路在高频输出方面比其他两种电路稳定,幅度较大谐波成分比较小。互感耦合振荡器在调整反馈(改变耦合系数)时,基本上不影响振荡频率。但由于分布电容存在,在频率较高时,难于做出稳定性高的变压器,而且灵活性较差。一般应用于中、短波波段。方案二:集成电路振荡器。采用压控振荡器芯片MC1648和变容二极管MV209,外接一个LC振荡回路构成变容二极管压控振荡器。只需要调节变容二极管两端的电压,即可改变MC1648的输出频率。由于采用了集成芯片,电路设计简单,系统可靠性高,并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度
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