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1、电压控制LC振荡器的设计电子技术课程设计论文题 目：电压控制LC振荡器的设计专 业：信息工程学院自动化年 级：2010级学 生：指导教师：实物制作成绩（50分）设计报告成绩（40分）答辩（10分）总成绩备注方案过程指标焊接分工方案论证设计计算、绘图、原件选择报告格式原理讲述问题回答前言本课题要求设计一个电压控制LC振荡器，振荡器输出波形为无失真的正弦波。计划采用分立元件组成电压控制LC振荡器，采用滑动变阻器改变输入电压，采用电压反馈电路使输出电压幅值稳定在1V0.1V。首先通过阅读之前学习过的数字电子技术基础和模拟电子技术基础，以及单片机原理等课程书籍了解电压控制LC振荡电路原理及设计电路。通
2、过比较几种经典电压控制LC振荡电路基本三点式振荡电路及西勒振荡器等设计出更为简洁的电压控制LC振荡器。本组方案通过指导老师的审查之后，电路焊接等工作重点在大连大学素质教育基地工作室完成。最后调试阶段在老师的指导下完成，并通过了本次课程设计。本组成员孙飞翔、付贺。决定选题并通过指导老师谢新开确定可行性之后。电路焊接部分主要由孙飞翔负责，付贺辅助工作。最后在老师的指导下调试结束并通过本次课程设计后，撰写课程设计论文部分主要由付贺负责，孙飞翔提供意见，做辅助工作。目录一、摘要4二、设计要求5三、正文5 第一章、系统概述5 1.1、原理框图5 1.2、芯片介绍5 1.3、功能实现原理7 第二章、单元电
3、路设计与分析7 2.1、方案论证7 2.1、工作状态分析8 第三章、电路的安装与调试10 第四章、结束语11四、鸣谢12五、元器件明细表13六、附图14七、参考文献15一、 摘要 本设计是一个电压控制的LC正弦波振荡器，即用电压控制L类型的振荡器并实现输出电压的峰峰值恒定在1V0.1V并能用示波器显示输出电压的峰峰值。主振器由分立元件组成。电压对频率的控制是通过变容二极管来实现的。即通过改变变容二极管的反向压降，从而改变变容二极管的结电容，继而改变振荡频率。关键词：电压控制，变容二极管，振荡频率二、设计要求名称：电压控制LC振荡器要求：振荡器输出为正旋波，波形无明显失真 输出频率范围：15MH
4、Z35MHZ。 输出频率稳定度：优于0.01 输出电压峰值：Vpp=1V+0.1V 实时测量并显示振荡器输出电压峰值，精度优于10%。 可实现输出频率步进，步进间隔1MHZ+100MHZ三、正文第一章、系统概述1.1、 原理框图 图1 方波、三角波、正弦波、信号发生器的原理框图首先多谐振荡器产生方波，然后由积分电路将方波转化为三角波，最后用低通滤波器将方波转化为正弦波，但这样的输出将造成负载的输出正弦波波形变形，因为负载的变动将拉动波形的崎变。1.2、 芯片简介LM324芯片简介：LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装（DIP14），外形如图2所示：图2 LM324外型图片它
5、的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3所示的符号来表示：图3 LM324内部的运放单元在电路中的符号它有5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图4：图4 LM324引脚排列图由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。L
6、M2940芯片简介：常用串联型线性稳压电源LM2940，输出电压固定的低压差三端稳压器，具有纹波小、电路结构简单的优点；输出电压5v，输出电流1。输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8V，最大输入电压26V，工作温度-40+125；内含静态电流降压电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。LM2940-5可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能够稳定地工作。1.3、 功能实现原理：根据要实现的功能，设计的电路系统框图如下图所示：电 源滞回比较器积分器二阶有源低通滤波器方 波三角波正弦波 波图4 系统框图系统采用12V双电源供电，主体部分由LM324集成运
7、放芯片构成的滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路组成。它由滞回比较器产生方波信号，方波信号经过积分器后产生三角波信号。三角波信号一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的VREF ；另一路经二阶有源低通滤波器滤波以后产生正弦波信号。使用时可以在电路系统的不同输出点得到不同的波形信号。第二章、单元电路设计与分析2.1、 方案论证振荡器的比较在各种振荡电路中，LC振荡电路是比较常见的一种。常用的LC振荡电路有以下几种：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它两种
8、电路稳定，幅度较大谐波成分较小。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。但由于分布电容的存在，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：采用电感三点式振荡。由于两个电感之间有互感存在，所以很容易起振。另外，改变谐振回路的电容，可方便地调节振荡频率，由于反馈信号取自电感两端压降，而电感对高次谐波呈现高阻抗，故不能抑制高次谐波的反馈，因此振荡器输出信号中的高次谐波成分较大，信号波形较差。方案三：采用电容三点式振荡器。电容三点式振电路的基极和发射极之间接有电容，反馈信号取自电容两端，它对谐波的阻抗很小，谐波电压小，因而使集电路电
9、流中的谐波分量和回路的谐波电压都较小。反馈信号取自电容两端，由于电容对高次谐波呈现较小的容抗，因而反馈信号中高次谐波分量小，故振荡输出波形好，而且电容三点式振荡器的频率稳定，适于较高工作频率。考虑到本设计中要求频带较宽，输出波形好。通过参考以上方案，设计出本组方案如下所示：方案四：此方案是准备在2012年暑假参加电子设计大赛时所做，因为要采用TI公司元件，经过多次比较采用OPA354，经由TinaTI软件仿真后得到如下仿真图，此方案暑假已经做出，并且经过检验能得到一个良好的正弦波，在此用LM324代替OPA354，通过控制R6或C2来调节输出波形的此外图中VG1需要利用函数发生器检验。2.2、
10、 工作状态分析： 设计要求振荡器的频率要用电压来控制，可以采用变容二极管代替振荡回路中的振荡电容，通过改变加在变容二极管两端的反向偏压来改变管子的结电容，从而改变电路的振荡频率。只要我们能控制VCO的输入电压，就可以控制振荡器的振荡频率。方波信号由函数信号发生器输出，积分电路区段如下：系统原理图如下所示：第三章 、电路的安装与调试 如图所示，输入端接函数信号发生器，输出端接示波器，实验结果如图所示电路实物图设计如图所示：试验结果如图所示：第四章 、结束语本此课程设计实际结果与仿真所出结果有些差别，波形不是太标准，有待进一步调节。此外，本组设计的预期电路中OPA354插件由于条件所限用LM324
11、代替。另外由于考虑不周，电路完成之后不可调，可改进为可调节的滑动变阻器，进而可使试验结果所得到的波形更佳。四、鸣谢课程设计是培养学生综合运用所学知识发现提出分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，我感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正
12、为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力在这次设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于顺利完成。在次我表示衷心的感谢五、元器件明细表序号元器件名称规格型号数量1LM294022LM790523OPA354（直插），【若买不到，可用LM324】24电解电容100uF85电容104pF86电容1uF27电容100nF28电容10nF29电阻1K210电阻2.2K211电阻20K212,、 函数信号发生器一台，用于产生方波信号，可由实验室提供六、附图电路实物图试验结果图：七、参考文献1 数字电子技术基础第五版 阎石 主编 高等教育出版社2 电子技术基础模拟部分第五版. 康华光 主编 高等教育出版社3 电子技术实验与课程设计 赵淑范，王宪伟 主编 清华大学出版社4 电子线路课程设计 陈晓文 主编 电子工业出版社
