LC直接调频 - 图文

1 系统总体设计方案

1.1振荡器概述

振荡器广泛应用于各行各业中，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热；某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制；电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等电路中更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO压控振荡器几乎与电流源电路和运放电路具有同等重要的地位。

压控振荡器（VCO）的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。

电压控制LC振荡器在任何一种LC振荡器电路中都是将压控可变电抗元件插入振荡回路中，本设计中采用变容二极管作为压控可变点抗元件，这样就可形成LC压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用了变容二极管。在微波频段，用反射极电压控制频率的反射速调管振荡器和用阳极电压控制频率的磁控管振荡器等也都属于压控振荡器的性质。

在通信技术、测量技术、计算机技术等各种领域中，常常要用到精度比较高，频率稳定度高且方便可调的信号源，电压控制振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件，为电—光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案

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1.2 设计要求

已知条件：电源电压Vcc?12V。

主要技术指标：中心频率f0?10MHz，频率稳定度?f/f0?5?10?3/小时，输出电压UO?200mV，最大频偏?fm?50kHz，调制灵敏度SFM?10kHz/V。

1.3 LC调频荡器的设计方法

LC调频振荡器的设计，是根据LC调频振荡器的中心频率fo、频率稳定度

?f/fo、输出电压Uo、最大频偏?fm、调制灵敏度SFM等性能指标要求，正确地

确定出LC正弦波振荡器、变容二极管调频电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

LC正弦波振荡器的确定

方案一：采用高稳定度适用于产生固定频率场合的克拉泼（Clapp）经典振荡电路。

方案二：采用高稳定度的西勒（Seiler）经典振荡电路，如图1—1所示。

图1-1西勒振荡电路

以上两种方案中，方案一采用克拉泼电路，该电路振荡频率较为稳定，但该振荡的频率覆盖范围较窄，。而且该振荡在一个较宽的波段内输出幅度不均匀，频率升高后不易起振。因此该方案不予采纳。而方案二采用西勒振荡电路，克服了克拉波振荡器的缺点在电感上并接一个可调电容调节振荡频率，电路较易起 振，振荡频率也较为稳定，故采纳方案二的设计。

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1.4调频电路的实现方法

调频电路的实现方法分为两大类：直接调频法和间接调频法。 1.4.1 直接调频法

用调制信号直接控制振荡器的振荡频率的方法称为直接调频法。如果受控振荡器是产生正弦波的 LC 振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。将受到调制信号控制的可变电抗与谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。

可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极管。作为电压控制的可变电容元件，它有工作频率高、损耗小和使用方便等优点。具有铁氧体磁芯的电感线圈，可以作为电流控制的可变电感元件。此外，由场效应管或其它有源器件组成的电抗管电路，可以等效为可控电容或可控电感。

在直接调频法中振荡器和调制器合二为一。这种方法的优点是在实现线性调频的要求下，可以获得相对较大的频偏。它的主要缺点是会导致FM波的中心频率偏移，频率稳定度差，在许多场合对载频采取自动频率微调电路（AFC）来克服载频的偏移或者对晶体振荡器进行直接调频。 1.4.2 间接调频法

先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。

根据前述调频与调相波之间的关系可知，调频波可看成将调制信号积分后的调相波。 这样，调相输出的信号相对积分后的调制信号而言是调相波，但对原调制信号而言则为调频波。这种实现调相的电路独立于高频载波振荡器以外，所以这种调频波突出的优点是载波中心频率的稳定性可以做得较高，但可能得到的最大频偏较小。

间接调频实现的原理框图如图 1-2所示。

图 1-2借助于调相器得到调频波

无论是直接调频，还是间接调频，其主要技术要求是：频偏尽量大，并且与调制信号保持良好的线性关系；中心频率的稳定性尽量高；寄生调幅尽量小；调制灵敏度尽量高。其中频偏增大与调制线性度之间是矛盾的。

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根据题目要求，其频率稳定度?f/fo≤5?10?3/小时，最大频偏

?fm?50kHz，由上面分析知：直接调频可获得较大线性频偏，但载频稳定度

较差；间接调频方式载频稳定度较高，但获得的线性频偏较小。在这里我们采用直接调频法

1.5 电路原理

LC调频振荡器的工作流程如下：LC调频振荡器一般由LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路两大部分组成。其中，LC正弦波振荡器用于产生一定频率的幅度和信号，无须外加输入信号的控制，就能自动将电能转换为所需要的交流能量输出，即自激振荡；而变容二极管电容的改变是由调制信号决定的，再将变容二极管通过电容Cc耦合接入LC振荡回路中，用于实现对LC正弦波振荡器频率的调制，即调频。

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2 单元电路设计

2.1 振荡器的设计

2.1.1振荡电路原理

本设计选用西勒振荡器作为振荡电路，对于一个振荡器，首先要判断它是

否能产生振荡，其振荡频率可根据选频网络的参数进行计算。要满足振荡电路自激振荡,则必须满足电路产生振荡的基本条件，即使电路中的反馈信号与输入信号大小相等，相位相同。正弦振荡电路由A放大电路和F反馈网络组成。满足下列条件电路起振。

1、振幅平衡条件

2、振荡电路产生自激振荡满足振幅平衡条件

式（2—1）

即放大倍数与反馈系数乘积的模为1，反馈信号与原输入信号的幅度相等。

3相位平衡条件

振荡电路产生自激振荡时满足相位平衡条件

式（2—2）

即放大电路的相移与反馈网络的相移之和为2nπ，引入的反馈为正反馈，反馈端信号与输入端信号同相。

经分析西勒振荡电路的振荡原理得出高静态工作点Q的谐振回路是电路起振的关键。Q的值不高就无法从丰富的频率中选出可以构成自激振荡的频率分量构成正反馈，振荡电路据无法正常起振。谐振回路的Q值是放映回路在谐振时的能量损耗。损耗越小，Q值越高。解决这个问题的方法是尽可能选择高Q值的L和C。一般情况下，电 …… 此处隐藏：1368字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……