变容二极管压控振荡器课程设计

变容二极管压控振荡器摘要振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。根据所产生的波形的不同，可将振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。压控振荡器（VCO）是利用电抗元件的等效电抗值能随外加电压变化特点，将其接入正弦振荡器中，使振荡频率随外加控制电压而变化，VCO在频率调制，频率合成，锁相环电路，电视解调器，频谱分析仪等方面有广发应用。变容二极管振荡器是利用变容二极管制成的VCO。本课题主要是运用变容二极管PN结电容随外加电压变化而变化制成的VCO。关键词：压控，变容二极管，调频目录TOC\o"1-5"\h\z1课题描述 32设计原理 33设计过程 4\o"CurrentDocument"3.1压控振荡器介绍 43.2设计内容 5\o"CurrentDocument"3.3设计步骤 64设计结果及分析 8\o"CurrentDocument"总结 9\o"CurrentDocument"参考文献 10i课题描述在电子设备中，压控振荡器的应用极为广泛，如彩色电视接收机高频头中的本机振荡电路、各种自动频率控制（AFC）系统中的振荡电路、锁相环路（PLL）中所用的振荡电路等均为压控振荡器以及用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。振荡器输出的波形有正弦型的，也有方波型的。本课题主要是运用变容二极管PN结电容随外加电压变化而变化制成的VCO。2设计原理利用变容管结电容C.随反向偏置电压VT变化而变化的特点（VT=OV时C是丿丿最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，C呈线性变化，VT在8-10V则一般为J非线性变化，如图1所示，VT在10-20V时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO）。压控振荡器的调谐电压VT要针对所要求的产品类别及典型应用环境（例如用户提供调谐要求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等）来选择或设计，不同的压控振荡器，对调谐电压VT有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者，VT选在1-10V,对宽频带调谐时，VT则多选择1-20V或1-24V。图1为变容二极管的V—C特性曲线。TT(V)3设计过程3«1压控振荡器介绍3.1.1压控振荡器的基本参数1.工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或“GHz”。2输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。通常单位为“dB”。mw3输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△P表示，通常单位为“dB”。mw4调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V时，引起振荡频率的变化量，用MHz/△VT表示，在线性区，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。5谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log（P基波/P谐波）（dB）mw6推频系数：定义为供电电压每变化1V时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用MHz/V表示。7相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移TOC\o"1-5"\h\z主振f为f的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，0 m单位为dB/Hz；相位噪声特点是频谱能量集中在f附近，因此fm越小，相C 0噪测量值就越大，目前测量相噪选定的f有离f1KHz、10KHz和100KHz几m 0种，根据产品特性作相应规定。产生相噪的因素主要是寄生寄相，但影响寄生寄相的因素较多，较为复杂，不同VCO产品在提高相噪指标方面都会采取相应设计思路和工艺措施。83dB调制带宽：是指特定用途的VCO在作调频使用时，调制信号（视频）为1V时，产生的调频频带宽度，主要由双端压控作调频时用户的要求作出设计。P—P3.1.2压控振荡器特点输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，常以符号(VCO)(VoltageControlledOscillator)。其特性用输出角频率与输入控制电压U之间的关系曲线(图1)来表示。图1中，U为零时的角频率①，0称为自由c c 0振荡角频率；曲线在①，0处的斜率k称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或00振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号(调制信号)。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。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。图3.1压控震荡器的控制特性在电子设备中，压控振荡器的应用极为广泛，如彩色电视接收机高频头中的本机振荡电路、各种自动频率控制(AFC)系统中的振荡电路、锁相环路(PLL)中所用的振荡电路等均为压控振荡器。振荡器输出的波形有正弦型的，也有方波型的。3.2设计内容设计采用变容二极管实现U-C控制的压控振荡器(VCO)，其为调频电路,中心载波f=360MHZ，其相应的高频振荡器为电容三点式。并设置完善的变容二c极管直流偏置电路与基带信号对载波的控制电路。3.3设计步骤静态电容C=C(0)f(1+U一U)njj' QBUB结电容调制度为m=UmQ+U3.3设计步骤静态电容C=C(0)f(1+U一U)njj' QBUB结电容调制度为m=UmQ+U)<1Q回路频率f=1/（2兀；LC）Q 兀辺设计电路图如下：(3.1)(3.2)(3.3)1nnriT.-FLZ0-E9S1-1HVCG15V匚丄lpFatR4lkLilinCE0.5pF~luiJUpF1OUlkOlrtLLD.3470UliiLL-1-5^WL1VlkHsUDegJL£U%Key=A__J_k0Irtii图3.2变容二极管压控振荡器通过改变滑动变阻器R控制U大小，以改变变容二极管的电压从而改变其TOC\o"1-5"\h\z5 Q电阻，由f=1/（2叮！^）可知当C变化时，f将随其发生变化。其中C,C0 '辺 1 2与变容二极管组成电容三点式高频振荡回路。C，C，C起隔直流通交流，去3 4 5除高频分量的作用。高扼圈其隔高频，通直流，通音频的作用。3.4单元分块电路介绍由电路图得到等效电路变容二极管直流偏置电路图：P.Z 1I ——貝 盟 二心—"U图3.3晶体管偏置电路由于变容二极管的反向电阻很大，因而可以将和它串联的小电阻做近似短路处理。并将与变容二极管有关的电容开路，电感短路。低频控制回路等效电路图：lVlkHzlVlkHz图3.4低频控制回路4.设计结果及分析谐振回路总等效电容由三个电容串联而成，所以静态时总电容为TOC\o"1-5"\h\zC=1/(1/C+1/C+1/C)~0.3279pF (4.1)工Q 1 2 jQ又因为中心振荡频率为f=1/[2n(LC)-2]=360MHz (4.2)° SQ所以L=1/(2nf)2C~0.596口H (4.3)°SQ又C=C/[1+U/U+UCosQt]n (4.4)JIQ QmB Q所以C~32.74pFimaxC~13.1°pFjminTOC\o"1-5"\h\zC =1/(1/ C+1/C+1/C ) ~°.33°pF (4.5)Smax 1 2 imaxC =1/(1/ C+1/C+1/C ) ~°.325pF (4.6)Smin 1 2 jmin所以F=1/[2n(LC)-2]~358.87MHz°min SQF=1/[2n(LC)-2]~361.62MHz°max SQ另外角频偏部分有△w(t)二nxw/2二nuw/2(U+U) (4.7)c Qc b Q总结通过该课程设计，我掌握了变容二极管压控振荡器的设计原理以及设计步骤，电路中对各个元件的选取和各元件的在电路中所起的作用，对理论知识与实际当中的运用有了更深刻的认识。在本次课程设计，我有很大的收获，这不仅仅是理论知识上的完善，而且实践能力和动手能力有了质的飞跃!设计中，我自感知识的缺陷，不断的上网查阅资料，翻阅各类相关书籍，自己动手，自己设计，让我的思维逻辑更加清晰。在上机操作中，靠这次设计我熟练掌握了VCO设计，基本工作原理，将理论变为实际开了一个好头。通过对VCO的设计明白了其性能和在实际当中的关键作用，让我明白电路设计是极富乐趣的事情。同时在这次课程设计过程中，我发现了自己对知识综合应用能力的欠缺，以及对理论知识不够深刻了解，在以后的学习