压控振荡器的电路设计 EDA

1、 EDA课程设计课程设计报告题 目 压控振荡电路的设计 姓 名 专业班级 .指导教师 日 期 10目 录一、设计任务与要求3二、元器件清单及简介15三、设计原理分析18四、设计中的问题及改进25五、总 结25六、参考文献26 压控振荡电路的设计一、设计任务与要求1.1课程设计的研究内容 本课题的主要研究内容是采用集成运算放大器设计压控振荡器的电路，并使用multisim仿真工具对其进行仿真。包括压控锯齿波发生器电路、压控矩形波发生器电路、压控三角波发生器电路、压控方波发生器电路。所设计的电路应具有相应的功能及较好的性能。设计中要掌握电子电路设计的基本方法包括设计步骤、设计公式、参数计算及电子元

2、器件的选择，掌握multisim在电子电路设计中的应用。1.2 压控振荡器设计要点压控振荡器一般分为晶体压控振荡器和LC压控振荡器对于各种用途的晶体压控振荡和LC压控振荡，设计时应考虑的指标大体上可以分为以下几个方面：(1)压控曲线的线性度，灵敏度及压控范围。(2)振荡频率的精度及其稳定度。(3)振荡输出的幅频及其频谱纯度。(4)振荡器功率及其负载能力。以上是对一般压控振荡器的总体要求，但对晶体压控振荡器和压控振荡器，甚至对不同用途的晶体压控振荡器及LC压控振荡器，其设计要求也不一样，而且指标之间有些是相互矛盾的。因此设计时只能根据需要，选定对系统影响最大的参数作为设计要点， 其它的则可相互折

3、衷考虑。1.2.1 选择电路的类型振荡电路型式主要是根据所给定的工作频率和频率稳定度的要求来选择的。由于不同型式的各种振荡器所适用的工作频率范围和频率稳定度都差不多，所以电路选择比较灵活，往往是不同形式的电路都可以满足某种技术指标的要求。LC压控振荡器常用于几百千赫到几十兆赫以至上百兆的频率范围，频率稳定度一般低于10-4，当频率稳定度要求很高时。例如，要优于10-5，则必须采用晶体压控振荡器。但对要求频偏大、线性好及灵敏度高的电路，则必须选用LC压控振荡器至于频谱纯度要求，则可通过对压控振荡器及线路环中各参数的精密调试来达到。1.2.2 振荡管的选择目前，虽然也有用场效应管作为振荡管的，但还

4、是以用晶体管作振荡管最多。在选择晶体管的型号时，主要是从振荡频率、频率稳定度、振荡功率以及能否满足起振条件来考虑。另外，在很多应用场合，还应考虑管子的基噪等问题。1.3 变容管的选择由于压控振荡器频率的改变是借助变容管电容的改变来完成的。因此，压控振荡器的许多重要指标，如频偏、线性度、灵敏度甚至基噪等，都与它有关。因此，无论对晶体压控振荡器，还是LC压控振荡器，变容二极管都是一个相当关链的另件。在选择变容二极管时，应综合考虑频偏。压控灵敏度、非线性失真、中心频率及最高反向工作电压诸因素。1.4 适当的反向偏压由曲线(图3.1)可知，一般的变容二极管在反向偏压较高时，电容变化很小，即斜率较小，有

5、可能达不到对灵敏度的要求。面在反向偏压较低时，电容变化虽然较大， 但其受温度影响也较大，而且在这两个区域，压控曲线线性度差，所以一般变容二极管的工作偏压选在C-V特性曲线线性较好，而斜率又不太小的区段。由于变容二极管参数有一定的离散性，因此，有条件的话，可测试选用的变容二极管的压控曲线，以便选定最佳位置。图3.1 曲线1.5集成电路选择由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以选择集成电路设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅是系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运行，在multisim元器件库中选择集成电路，可通过其性能表或功能真值表了解集成电路的参数和工作条件。集成电路

6、有模拟集成电路和数字集成电路。二、元器件清单及简介2.1电路元器件的选择表5-1 压控矩形波电路元器件选择原件名称原件标注参数型号集成运放A1741电阻R14.918K电阻R220K电阻R31K电阻R50K电阻Rw150K电容C0.01uF电源VEE-15V电源VCC15V稳压管D35V稳压管D55V示波器XSC1频率计数器XFC1二极管D1SB320二极管D2SB320万用表XMM12.2压控振荡器部分元器件介绍 图2.1 multisim中电阻元器件电阻，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“”表示。有这样的定义：导体上加上一伏特电压时，产

7、生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。它的作用有限流，分流，分压。 图2.2 multisim中电位器元器件电位器是一种可调的电子元件。电位器的作用是调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。 图2.3 multisim中稳压二极管元器件 稳压二极管的作用，稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳定电压作用。它是利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。图2.4 multisim中二极管元器件二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。

8、图2.5 multisim中NPN晶体管元器件 晶体管（是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。 图2.6 multisim中电容元器件所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电， 当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的

9、。图2.7 multisim中三端集成运算放大器元器件运算放大器（常简称为“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。 三、设计原理分析3.1 压控矩形波发生器3.1.1设计说明1.概述 矩形波发生电路在测量、自动控制、通讯、无限电广播和遥控等技术技术领域有着广泛的应用，甚至在收音机、电视台和电子表等日常生活用品也离不开它。总之矩形波发生电路广泛用于工业生产、科学实验和日常生活等各个领域中。2.设计方案选择论证 矩形波发生电路实际上是由一个滞回比较器和一个RC

10、充回电电路组成。其中，集成运放和电阻R1和R2组成滞回比较器，电阻R和电容C构成充放电回路，稳压器和电阻R3的租用是钳位，将滞回比较器的电压限制在稳压管的稳定电压UZ。在矩形波发生电路中，如图1所示电位器Rw和二极管D1、D2的作用是将电容充电和放电的回路分开，并调节充电和放电两个时间常数的比。 矩形波发生电路没有稳态，它有两个暂态，一个是低水平，另一个是高电平，要想达到这种效果可采用滞回比较器，同时利用RC充放电回路来改变集成运放反向输入端的输入电压u-=uc。当电容上的电压上升到u-=u+时，滞回比较器的输出端将发生跳变，由高电平跳变成低电压。当电容上的电压下降到u-=u+时，滞回比较器的

11、输出端再次发生跳变，由低电压跳变成高水平。以后又重复上述过程。如此电容反复地进行充电和放电，滞回比较器的输出端反复地在高水平和低水平之间跳变，于是产生了正负交替的矩形波。因此，在选择矩形波发生电路时，采用滞回比较器和RC充放电回路来构成矩形波发生电路。3.单元电路设计 滞回比较器滞回比较器可用于产生矩形波、三角波和锯齿波等各种非正弦波信号，也可用于波形交换电路。用于控制系统是，滞回比较器的优点是抗干扰能力强。当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回比较器两个门限电平UT+和UT-的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低电平之间反复跳变。滞回比较器的输入电压经

12、电阻R1加在集成运放的反响输入端，参考电压UREF经电阻R2接在同向输入端，此外从输出端通过电阻RF引回同向输入端。电阻R和背靠背稳压管VDZ的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在±UZ。当集成运放反向输入端和同向输入端的电位相等，即U+=U_时，输出端的状态将发生跳变。其中U_=UIU+则由参考电压UREF及输出电压UO两者共同决定，而UO有两种可能的状态：+UZ或-UZ。由此可见，使输出电压由+UZ跳变成-UZ所需的输入电压是值是不同的。也就是说，这两种比较器有两个不同的门限电平，传输特性呈滞回形状。利用叠加原理可求的门限电平 在矩形波发生电路中，如上图一所示的电位器Rw和二极管D

13、1,D2的作用是将电容充电和放电的回路分开，并调节充电和放电两个时间常数的比例。若将电位器的滑动端向下滑动，则充电时间常数减少，放点时间常数增大。因此输出端为高电平的时间缩短，输出端为低电平的时间变长，Uc和Uo的波形如图2所示，图中T1<T2。相反，如果将电位器滑动端向上移动，则充电时间常数增大，放电时间常数减小，可得T1>T2。3.1.2 压控矩形波发生器电路设计仿真 图3.4 压控矩形波发生器 在输出端利用示波器观察波形，电压表测量输出电压，频率计测量频率。仿真分析电路如图3.4所示。仿真分析结果如图3.5所示。频率计读数为994.868Hz电压表读数为5.485V波形没有明

14、显的失真，基本满足要求。存在误差的原因主要是元件参数误差，测量误差以及忽略了二极管的导通电阻等等。 图3.5 矩形波仿真波形结果分析四、设计中的问题及改进在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。比如在刚开始仿真时，矩形波发生电路画出来之后，仿真结果是输出波形是一条直线，频率计和电压表均没有示数。接下来，我就仔细地检查了一遍又一遍，最后终于在参考资料和同学的帮助下终于成功地仿真了结果。第二步，对上述频率进行计数显示时，我们总是没理解概念，选错了两次的器件，最后还是在老师的指导慢慢解决的。这次课程设计让我学到了很多有用的东西，我不仅是巩固了先前学的模电的理论知识，而且也培养了我的动手操作能力，让

15、我学到了很多电脑上的应用技巧，这是我以前很少接触的。更为重要的是这次课程设计开拓了我的视野，使我的创造性思维得到拓展。我感受到了知识的奥妙和学习的乐趣。此外，这也将对我以后踏上工作岗位也有一定得帮助。所以我希望今后类似这样的课程设计，类似这样的锻炼机会能更多些！五、总 结 本次课程设计所设计的方案基本上能满足要求。波形基本上没有失真，测得的频率和理论值很接近，输出电压也在规定的范围内。该电路由一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成。集成运放和电阻集成运放和电阻R1和R2组成滞回比较器，电阻R和电容C构成充放电回路，稳压管和电阻R3的作用是钳位，将滞回比较器的电压限制在稳压管的稳定电压±UZ。但该设计也有一定得问题，在计算时由于没有考虑二极管的导