分析全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编2003

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1、第1页题电压控制振荡器一、任务设计并制作一个电压控制振荡器。二、要求基本要求振荡器输出为正弦波，波形无明显失真。输出频率范围：）输出频率稳定度：优于）输出电压峰峰值：实时测量并显示振荡器输出电压峰峰值，精度优于可实现输出频率步进，步进间隔为发挥部分进一步扩大输出频率范围。采用锁相环进一步提高输出频率稳定度，输出频率步进间隔为实时测量并显示振荡器的输出频率。制作一个功率放大器，放大振荡器输出的正弦信号，限定使用的单直流电源为功率放大器供电，要求在纯电阻负载上的输出功率，尽可能提高功率放大器的效率。）功率放大器负载改为电阻与电容串联，在此条件下电阻上的

2、输出功率，尽可能提高放大器效率。）其他。三、评分标准第2页四、说明需留出末级功率放大器电源电流（或）的测量端，用于测试功率放大器的效率。作品作者：潘晨聪韩耕刘倩如（北京理工大学）赛前辅导及文稿整理教师：李晋炬摘要本文介绍以分立元件压控振荡器为核心、单片机控制锁相环集成电路和数控电位计组成的反馈控制系统，实现稳幅、频率锁定、有步进功能的信号源。经过一次电感切换，实现的频段覆盖。同时对信号进行实时频率、幅度的测量与显示，并在末级给出了点频的高效功率放大方案。一、核心模块的方案论证与比较正弦压控振荡电路（）的选择与论证本设计选用西勒振荡电路作为。这种电路

3、的特点是：振荡频率由决定，但反馈系数由决定，解决了基本三点式振荡设计中存在的改变振荡频率会引起反馈系数改变的矛盾。综合考虑稳幅输出和调整方便，本设计选用变容二极管取代实现本系统的核心模块（图。稳幅控制的选择与论证方案一：采用带有自动增益控制的运放，对输出信号进行放大的同时又稳定输出幅度。这种设计方案要求运放有较高的带宽增益积，价格比较贵，性价比不高，故不采用。方案二：采用自动增益控制的办法，对的输出进行检波，检波输出信号经滤波后反馈第3页回振荡器，控制振荡器的静态工作点，使输出幅度基本保持不变。这种闭环控制的方法理论上会有较好的效果，但具体实现电路

4、复杂。重要的是这种方案在振荡器起振前，无法给出正确的静态工作点，故不采用此方案。方案三：对方案进行改进，用软硬件结合的办法，通过幅度测定反馈，实时动态调整振荡器静态工作点，实现稳幅输出。具体实现办法：利用数控电位计控制基极的电压。为使顺利起振，预先测试好每个频率基本稳幅输出所需的基极电压，图量化后，存在中，在控制锁相环设定频率的同时给出该频率起振所需的基极电压。在振荡器起振后，通过检波和采样，实时检测输出电压，根据检测结果由单片机随时调整数控电位器的工作状态，构成稳定的反馈回路。控制电压产生模块方案方案一：控制此方案需预先测试和计算好产生固定频率所

5、需的控制电压。为方便控制将它量化存于之中，在需要时利用单片机控制转换即可完成。此方案设计的是一个开环的系统，它的稳定性不好，且频率步进无法做得很小，故不为本系统采用。方案二：锁相环（）技术从图中即可看出这是一个闭环控制的系统。它能够根据鉴相器的输出自动调整的控制电压，产生振荡频率的稳定度与晶振相同。的输出频率由以下公式得出。图由公式可得只需改变的值，即可对实现有效压控，产生所需要的频率。考虑到市面上有大量集成度高、工作性能稳定的器件，本设计采用这种方案实现。具体采用电路，见系统设计与计算。功率放大电路的选择与论证功率放大电路按晶体管的导通时间逐次递

6、减分为甲（、乙（、丙（、丁等几种。分析题目要求是要完成在点频的高效率功率放大，故设计采用导通角小于的丙类放大，这就需要有较大的功率激励，所以在设计时，在丙类放大前加一个甲类放大以产生第4页足够的激励电压。二、主要单元电路分析系统简介系统框图如图所示。图单片机承担本系统的控制模块。集成芯片，芯片需要单片机参与工作。系统的人机交换接口键盘和显示也由单片机控制。系统各模块的理论分析和实际设计（模块）本设计的模块选用西勒振荡电路，具体实现电路如图所示。电路简单且均由分立元件组成，每个元件的选取都会影响整个系统的工作情况。下面对具体元件的选取作简要地分析。选

7、频网络的设计：分析西勒振荡电路的振荡原理，高值的谐振回路是电路起振的关键。值不高就无法从丰富的频率分量中选出可以构成自激振荡的频率分量构成正反馈，振荡电路就无法正常起振。谐振回路的值是反映回路在谐振时的能量损耗。损耗越小，值越高。解决这一问题的方法是尽可能选择高值的和。一般情况下，电容的值较高，不会对回路的值构成主要影响。电感成为影响谐振回路的主要因素。理论上讲空心的电感线圈损耗较小，值较高，但电感值较小无法满足回路的需要。经过反复实践，选频网络选用高频材料镍芯作为绕制电感的材料。变容二极管是整个选频网络的关键元件，也是决定整个工作性能的关键元件。

8、由频率的计算公式很容易看出，变化范围的大小决定了的覆盖系数。在查阅了大量变容二极管后，本系第5页统选用作为。它的变化范围是