电压控制 LC 振荡器

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1、电压控制LC振荡器(A题)作者：龚亚敏、孙玉飞、王军（空军雷达学院）赛前辅导教员：邓训韩铎陈有、振、振云、刘士平文稿整理辅导教员：郭云林摘要该电压控制LC振荡器以89C52和MB1504芯片为核心，采用锁相频率合成技术产生高稳定度的正弦信号，设计了一种高性能的数模混合自动稳幅电路，包括峰值检波、A/D转换、单片机控制等，以满足基本要求部分对输出信号幅度稳定度的要求，同时显示输出正弦信号的峰－峰值和频率。另外，根据发挥部分要求，制作了具有较高效率的丙类功率放大器。关键词：LC压控振荡器，稳幅电路，DPLL，CPLD一．方案论证与比较1．振荡器方案的选择与

2、论证解决本单元电路有多种方法，其中比较典型的有以下几种：方案一：采用电压合成方式，其组成框图如图一所示。其原理是用单片机将数字信号通过D/A转换器，变成对应的电压去控制振荡器中的变容二极管，实现电调谐。这种方案电路实现容易、成本低，但振荡器的输出信号频率稳定度较低，另外，由于变容二极管压控特性的非线性，使得变容管各点压控灵敏度不一致，随着外加电压的增加，压控特性曲线的斜率逐渐变小，变容管的压控灵敏度将降低，因而要求较高的D/A分辨率。输出单片机D/A转换VCO图一方案二：采用直接数字频率合成器（DDS），其原理框图如图二所示。DDS是利用计算机查阅表格

3、上所存储的正弦波取样值，再通过数模变换产生模拟正弦信号。通过改变查表速度-1-就可以输出不同频率。用RAM存储所需波形的量化数据，按照频率控制字要求，以K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存放在存储器内的波形数据，经D/A转换和幅度控制，再经滤波即可得所需波形。DDS具有相对带宽很宽、频率转换时间短、频率分辨率很高等优点。参考频率源输出频率控制字K相位波形数模滤波累加器存储器转换器图二方案三：锁相环（PLL）频率合成方式，其组成框图如图三所示。锁相环路由鉴相器、LF和VCO组成，它能实现高精度的自动频率跟踪。在PLL中，一旦鉴相器两输

4、入信号的频率相同，则VCO输出频率稳定的信号。通过单片机控制分频器的分频比，当分频比变化时，就能使输出信号的频率变化。输出前置分频程序分频鉴相低通VCO单片机数据参考分频参考晶体图三比较三种方案：第一种方案电路实现容易、成本低，但难于达到题目指标要求；第二种方案频率稳定度很高，但性价比较低；第三种方案能够实现题目基本要求，也比较容易实现发挥部分技术要求，性价比也较高，因此我们选择了方案三。2．稳幅电路的选择与论证稳幅电路的实现有多种方案，我们比较了以下两种：方案一：利用结型场效应管实现稳幅，其原理图如图四所示。当VDS很小时，结型场效应管可看成阻值受V

5、GS控制的线性电阻器，通过改变场效应管VGS大小，可以改变场效应管阻值大小。利用场效应管的这种性质，可以控制同相放大器增益的变化，达到稳幅的目的。该方案电路实现容易、电路简单、成本低，但实验表明其稳幅范围不能满足题目要求。-2-图四方案二：利用数字电位器实现稳幅，其原理框图如图五所示。在该稳幅电路中，用数字电位器作为可变电阻接入反馈回路，通过单片机改变数字电位器的阻值大小，来改变同相放大器增益，达到稳幅目的。该方案实现容易，但市面上购买的数字电位器高频特性比较差，因而较难实现有效稳幅。图五方案三：数模混合自动稳幅电路。鉴于以上两种方案均不能很好地达到题

6、目要求，我们设计了一种数模混合自动稳幅控制电路，其工作原理如下：数模混合自动稳幅电路由可控增益放大器、峰值检波器、A/D转换器、单片机控制和D/A转换器等五部分组成。当可控增益放大器的输入信号发生变化时，引起输出信号峰－峰值发生变化，此时峰值检波器检出峰值电压，经A/D转换送到单片机，单片机经过内部比较，输-3-出误差数字量，经过D/A转换，产生误差电压去调节可控增益放大器的偏置电压，改变放大器的增益，使输出信号幅度发生相应变化，从而使输出信号峰－峰值得到稳定。其原理框图如图六所示。ViV0可控增益放大器D/A转换峰值检波单片机A/D转换图六3．整体方

7、案设计根据上述关键电路方案选择论证，设计了总体电路框图如图七所示。其中，参考晶振为振荡源提供基准信号，振荡源采用PLL频率合成方式，压控振荡器由变容二极管和场效应管组成电容三点式振荡器，由于振荡器输出信号的幅度随频率变化，经过数模混合自动稳幅电路输出频率稳定、幅度稳定的正弦信号。该正弦信号一路经过峰值检波、A/D转换后送单片机用于控制和幅度显示；另一路经过数字测频电路实现实时频率测量与显示；还有一路提供给丙类功放。-4-前置分频程序分频鉴相低通VCO参考分频参考晶体波段转换自动D/A转换稳幅电路幅度显示单片机A/D转换峰值检波输出丙类功放数码显示数字测

8、频图七二．硬件电路设计及参数计算1.振荡源振荡电路采用MB1504频率合成器，其内部包含前置分