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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1）综合运用所学的理论学问,把握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；2）培育肯定的独立分析问题、解决问题的才能；3）实践利用 PROTEL99SE软件绘制电子线路原理图；4）学会说明书的规范整理和书写；2设计内容和要求名称：电压掌握 LC 振荡器要求：1振荡器输出为正旋波,波形无鸣谢失真10%；2输出频率范畴：15MHZ35MHZ；3输出频率稳固度：优于0.01 4输出电压峰值：Vpp=1V+0.1V 5实时测量并显示振荡器输出电压峰值,精度优于6可实现输出频率步进,步进间隔1MHZ+100MHZ；3设
2、计工作任务及工作量的要求包括课程设计运算说明书 1）课程设计说明书一份；2）电子文档一份1 / 13 论文、图纸、实物样品等：名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 毕满清主编电子技术试验与课程设计 . 第 3 版. 北京：机械工业出版社,2005 2 陈晓文主编电子线路课程设计 . 第 1 版. 北京：电子工业出版社,2004 5设计成果形式及要求：1 用运算机仿真 PROTEL99SE软件制图；2 课程说明书用运算机打印,并装订；6工作方案及进度：2007 年 1 月 1
3、5 日 1 月 16 日分析设计任务书,查阅相关资料及设计手册；2007 年 1 月 17 日 1 月 20 日确定系统方案,组成模块框图,设计各模块电路；2007 年 1 月 21 日 1 月 23 日分析电路各参数及其特性并绘制电子线路原理图、2007 年 1 月 24 日 1 月 25 日按格式要求撰写课程设计说明书 2007 年 1 月 26 日 成果考核系主任审查看法：签字：年月日2 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录1 引言： .1 2 设计任务及要求：.1 3 LC 压控振荡器电路的原理
4、及挑选：4 系统简.1介： . 4 4.1 系统组成： .4 4.2 系统工作过程简介：.5 5 压控 LC 振荡器电路设计 vco 电路）： .6 6 峰值检测电路：.6 7 高频功率放大电路的设计：.7 8 测试方法与测试数据：.8 8.1 测试仪器： .8 8.2 测试指标： .8 8.3 数据的测量及运算：.8 9 心得体会： .9 10 参 考文 献：.10 1. 引言随着人们生活水平的不断提高和电子科技的飞速进展,特殊是近年来物质生 活水平的提高,人们相互之间交往所利用的通信手段也越来越多,人们不断追求 生活方式的多样化和个性化；电子科学的进展特殊是无线通信的快速进展给人们3 /
5、13 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 工作和生活注入了新的颜色；人们可以随心所欲地享受着无线通信工具所带来的 乐趣；试验和课程设计都是电子技术基础课程中重要的实践性环节,对培育同学 理论联系实际的才能起重要作用；本次课程设计的宗旨是：教案基本要求,结合目前学校课程设计的实际需求；廉价同学做答,有利于同学的才能培 养； LC 振器是高频中的中要部分,这个设计有利于让同学更好的巩固知 识,对 LC 振荡器有更好的明白；2. 设计及要求名称：电压掌握 LC 振荡器 要求：振荡器输出为正旋波,波形无鸣谢失真 输出频率范畴
6、：15MHZ35MHZ；输出频率稳固度：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；3. LC 振荡器电路的原理及挑选正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大 类；反馈式三端 LC 振荡器比较常用的电路形式又可以分为两大类：电感反 馈式三端振荡器与电容反馈式三端振荡器；电感反馈振荡电路简洁起振,但电感反馈支路为感性支路,对高次 谐波出现高阻抗,故对回路中的高次谐波反馈较强,波形失真较大；另 外,由于两个电感元件上的分布电容并联于电感元件的两端,工作频率越 高,分
7、布电容的影响也愈严峻,这就使得电感反馈式三端振荡电路的工作 频率不能太高；4 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 电容三端振荡器的优点是输出波形较好,该电路中的不稳固电容 分布电 容,器件的结电容等）都是与该电路并联的,因此适当加大回路电容量,就可以减弱不稳固的分布电容对振荡频率的影响,提高了频率稳固度；在这里,我们挑选了电容三端振荡器；电容三端振荡器沟通等效电路如图 1 所示；图 1 电容三端振荡器沟通等效电路此电路为 西勒振荡器 ,该电路具有频率稳固度好,振荡频率较高,波段范畴内幅度比较平稳等优点；其中
8、振荡频率由 运算公式为：实际上为了能用电压掌握频率,替；1）高频功率放大电路的挑选：C3、C4 和 L 打算,频率C4 用变容二极管来代高频功率放大器要求能实现对30MHz选频放大,由于功率要求是20mW且设计的 VCO输出波形幅度高, 我们只设置两级放大,一级为电压放大级,一级为功率输出级；电压放大级采纳一般的选频放大器,谐振于 30MHz；输出级有几种形式：1、直接放大,如图 2A）； 2、推挽式功率放大,如图 2B）； 3、开关功率放大,如图 2 C ）；5 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2
9、 A ）直接放大图 2 B ） 推挽式功率放大图 2C）开关功率放大图 2A）直接放大型工作于丙类高频功率放大器一般不工作在甲类或乙类）,静态工作点较高,在没有信号输入时仍要消耗肯定的功率,效率 极低；丙类放大器单管工作,其高次谐波丰富,尢其是在高次谐波中,二 次谐波幅度较高；对于选频功率放大器来说,高幅度的二次谐波吸取了一 部分的功率,不利于基波的放大和效率的提高,所以此方案不予采纳；图 2；但是实际上,推挽功率放大器在开关转换的瞬时 是存在着较大的导通电流,有肯定的功耗,而且功耗随着开关频率的上升6 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 13 页精选学习资料 -
10、 - - - - - - - - 而不断地增大,这就使功放的频率上限受到限制了；一般此种功率放大器用于较低频率的放大上, 比如调幅广播的发射, 而对于 30MHz 的频率 , 我们不采纳 . 图 2C 是开关式功率放大器,也叫E 类放大器 , 它和 D 类放大器一样管子是工作在开关状态；在晶体三极管导通和断开瞬时 , 由于电感 L2 的作用, 防止产生大的电压或电流 , 这就减小了器件的开关功耗 , 效率也得到了提高；这种放大器的主要问题是 , 由于晶体管工作在开关状态 , 对于连续变化的正弦波 , 通过开关转换后 , 出来的是失真的断续的波形；电感 L2 一般较大,它的存在会降低放大器的速度
11、,但是可以证明, 通过在后面搭接适当的 LC 滤波和匹配网络,可以仍原出原始的正弦波信号,也可以使它的瞬态响应达到最隹；放大30MHz的信号丝毫没有问题；经过考虑,我们采纳了这种开关型功率放大器 . （ 2） 频率掌握方式的挑选；设计要求振荡器的频率要用电压来掌握,可以采纳变容二极管代替振荡回路中的振荡电容,通过转变加在变容二极管两端的反向偏压来转变管 子的结电容,从而转变电路的振荡频率；只要我们能掌握 VCO的输入电 压,就可以掌握振荡器的振荡频率；我们有以下几种掌握方案；方案一：利用电位器分压电路；通过转变电位器的分压比来转变变 容管的反向偏压,从而转变振荡器的振荡频率；该电路的优点是电路
12、结构 简洁,简洁制作；但是电位器很难实现对频率的精确掌握,且电位器简洁 磨损,噪声大,受温度的影响也大；方案二：利用DAC芯片输出掌握电压；通过单片机输出数据经D/A器件转换成模拟电压掌握振荡器的频率；此电路掌握的振荡器频率值的步 进精度取决于 D/A 器件的转换精度；该电路的结构也比较简洁,频率调剂 是数码掌握,可以大大减小噪声；但是本设计的压控振荡器是用分立元件 做成,并不是抱负中的压控振荡器,由于存在温度漂移,晶体管直流电位 会随温度发生移动,输出频率也就随着发生变化,在固定的 VCO输入电压上,输出频率值是有肯定的波动的,使得从DAC输出的数据与实际输出的7 / 13 名师归纳总结 -
13、 - - - - - -第 7 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 频率不能一一对应；DAC的调剂作用要经过单片机的运算处理,这样就有一个延时的过程,导致频率的自动调整滞后,所以此方案不予采纳；4. 系统简介4.1 系统组成本系统主要由单片机掌握系统、数字锁相环路、功率放大电路、峰值检测电路等电路构成,系统框图如图3 所示图 3 系统框图4.2 系统工作过程简介：图中 PD部分集成了 R 分频器和 N 分频器, R 和 N 均受单片机掌握；基准频率是 4.096MHz ,为了达到步长 100KHz 的步进值,我们选取R=2048,得到步长 f=2KHz ,那么,只
14、要 N 每增加 50,就能得到 100KHz的步进值； 25MHz的频率对应的 N 值为 12500 ,35MHz的频率对应的 N 值为 17500 ,15MHz 的频率对应的N 值为 7500 ,我们设置的开机频率为 8 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 25MHz,以后只要按开关S1,N 值就增加50,也就会使输出频率增加100KHz,按 S2 可使频率变低；从 VCO出来的调频信号通过分频器加到单片机的计数器进行计数器,用于 测量 VCO的频率；在这里,单片机系统实际上作为其次级 PLL 环路；它把
15、 测量到的 VCO频率值和预定的频率值比较,得出的差值再加到 N的值上以进一步使频率转变,直到测量的频率和预定的频率值相等,这样更使输出 的频率精度更高更稳固；峰值检测电路包括峰值检波哭和A/D 转换器,峰值检波器把高频率信号转换成直流电平送入A/D 转换器转成数字量,再送到LED 显示；功率放大器负责放大30MHz信号以满意要求；5压控 LC 振荡器电路设计 vco 电路）如前所述,主振电路采纳西勒振荡电路,其沟通等效电路如图 1 所示；完整的振荡电路如图 4 所示图 4 压控 LC 振荡器 VCO电路变容二极管 D1 工作时需要肯定的直流反向偏压,在图 4 中加入 C4,防止了电感 L2
16、对 D1 的直流短路作用；为了加强振荡器驱动负载的才能,减弱后级电路对主振回路的干扰,在振荡回路的输出端加入一级射级跟随器；本电路的电压输入要求是1V 到 8V,变容管的参数是30PF430PF,9 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 按图中电路参数算,该振荡器输出频率可从 以满意题目的要求；6. 峰值检测电路14MHz变化到 39MHz,完全可VCO的输出信号经峰值检波电路之后转换成直流电平,通过 ADC0809进行模数转换,送入单片机图 5 峰值检测电路7、高频功率放大电路的设计由于要求输出的有效功率大
17、于等于20mW,为了兼顾功率放大器的输出功率 Po 和效率 ,采纳 E 类开关型功率放大器 见图 6）,电路分两级,前级主要进行电压放大兼起选频作用,后级开关管用高频管 C535 或 9018均可,后面接入 LC 网络起到选项频和阻抗匹配的作用；同时,为了适应不同的负载,功率输出部分采纳双端输出形式：一端为直接输出见图 10 的 A端,用于接纯电阻负载；另一种是感性输出见图 负载；10 / 13 10 的 B 端,用于接容性名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 6 30MHz功率放大器8测试方法与测试数据8.1
18、、 测试仪器TDS2002 型数字示波器 . 3515A 型数字频率计 . +5V、 +12V 稳压直流电源 . 高频数字毫伏表 . 8.2 、 测试指标1）VCO输出频率范畴的测量用电位器构成分压电路,调整变容二极管两端的反向偏压,测得在输出波形没有明显失真的情形下 示：, 振荡频率跟随输入反向电压变化的情形如下表所变容管反向8 7 6 5 4 3 2 1 0.5 偏压 V）振荡器输出39.79 38.49 35.74 29.78 24.4 20.74 17.59 16.79 14.9 频率 MHz）11 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资
19、料 - - - - - - - - - 可见压控主振级振荡输出信号频率范畴足够宽 2） . 输出电压峰峰值的测量 用 TDS2002 型数字示波器直接检测振荡器输出信号的峰峰值得 1.14V. 3） . 输出频率步进的测量 从按键到系统稳固,单步调剂间隔为 100kHz ；4）. 接锁相环时VCO输出频率范畴的测量通上电源复位,锁相环预置值为 25MHz 按 S2 减小频率,最小可以小到 17.12MHz 按 S1 增加频率 ,. 最大可以增到 40.23MHz 由结果知道频带上移了；在变容二极管上并上一小容量的电容器后再测 , 最小频率降为 14.21MHz, 最高频率降为 36.43MHz
20、. 功率测量：调整频率到30MHz,测得空载电压有效值为2.6V ；8.3 、 数据的测量及结果4m接 50 纯电阻负载时功率放大器输出功率与效率的测量；用沟通毫伏表测得电阻两端有效电压值为 1.6V, 运算得功率为 54w. 负载改为 50 电阻与 20pF 电容串联时输出有效功率与功率放大器效率的测量 , 用沟通毫伏表测得电阻两端有效电压值为 28.8mW；9. 心得体会1.2V, 运算得功率为课程设计是培育同学综合运用所学学问 , 发觉 , 提出 , 分析和解决实际问题 , 锻 炼实践才能的重要环节 , 是对同学实际工作才能的详细训练和考察过程 . 回忆起此次课程设计,我感叹颇多,的确,
21、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,但是可以学到许多许多的 的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的学问,而且学到了许多在书本上所 没有学到过的学问；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,只有理论学问是远远不够的,只有把所学的理论学问与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手才能和独12 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 立摸索的才能在这次设计中遇到了许多问题,最终在老师的辛勤指导下,最终顺当完成；在次我表示诚心的感谢！10 参考文献1 毕满清主编电子技术试验与课程设计 社, 2005 . 第 3 版. 北京：机械工业出版 2 陈晓文主编电子线路课程设计. 第 1 版. 北京：电子工业出版社,2004 13 / 13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页