宝鸡文理学院
《高频电子线路》课程设计题目：压控振荡器的研究
院（系）：电子电气工程系
专业班级： 08电子（1）班
学号： 20089XXXXXXX
学生姓名： XXX
指导教师：李明
“高频电子线路”课程设计任务书
1．设计题目：压控振荡器的研究
2．设计内容：
1）分析压控振荡器的定义，工作原理以及特点
2）由于压控振荡器一般分为两种：LC压控振荡器和晶体压控振荡器，分析两种不同振荡器的工作原理及电路分析。
3）最后切合实际谈谈两种压控振荡器的主要应用范围及作用。
3．设计要求：
1）画出LC及晶体振荡器相关图
2）画出有关应用的图型说明
3）设计说明书
4．进度安排：
1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案
2）说明书撰写
指导教师：李明
一．概述压控振荡器
指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)。其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。图中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或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。
压控振荡器的类型有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。
二．分类
1.LC压控振荡器
在任何一种LC振荡器中，将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC
压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用变容二极管。下图是克拉泼型LC压控振荡器的原理电路。图中，T为晶体管，L为回路电感，C1、C2、Cv为回路电容,Cv为变容二极管反向偏置时呈现出的容量;C1、C2通常比Cv大得多。当输入控制电压uc改变时，Cv随之变化，因而改变振荡频率。这种压控振荡器的输出频率与输入控制电压之间的关系为
VCO输出频率与控制电压关系
式中C0是零反向偏压时变容二极管的电容量；φ是变容二极管的结电压；γ是结电容变化指数。为了得到线性控制特性，可以采取各种补偿措施。
2.晶体压控振荡器
在用石英晶体稳频的振荡器中，把变容二极管和石英晶体相串接，就可形成晶体压控振荡器。为了扩大调频范围，石英晶体可用AT切割和取用其基频率的石英晶体，在电路上还可采用展宽调频范围的变换网络。
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。压控振荡器的应用范围很广。集成化是重要的发展方向。石英晶体压控振荡器中频率稳定度和调频范围之间的矛盾也有待于解决。随着深空通信的发展，将需要内部噪声电平极低的压控振荡器。
三．压控振荡器的应用
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等。
1.作为调幅或脉冲调制的载频频率源时，对振荡频率稳定度和精度要求较高，多采用锁相合成源，由于频率调整方便，精度高，在1-3GHz或更高微波频段上广泛采用；锁相合成源原理方框如下图。
锁相合成源原理方框图
2.在射频及微波波段直接作调频使用，这是VCO独特优点，可以获得较宽的调频带宽和较好的特性，电路框图如下图。图中为单端压控情况，在通讯中专门设计双端压控产品，其中一控制端为锁定相位控制中心频率端VT1，另一端接音视频信号或脉冲信号的调制端VT2。
VCO (双端)
VT1
VT2
RF(OUT)
射频及微波领域直接调频框图
3.频率跟踪系统：VCO 结合数字鉴相和分频技术，制成对微弱载频讯号频率的再生讯号，实现频率自动跟踪，下图。
4. 多倍频程控扫源：采用VCO 扫描振荡结合混频技术，可以方便地获得多倍频程程控扫描电路，例如：产生1MHz ～1GHz 程控扫源，实现原理如下图所示。
5. 点频或捷变频合成源作接收机本振，制作方便，调整工艺也较简单，在L 和
S 波段电视传播和通讯系统应用极广泛。
6. 作I/Q 调制和解调用VCO ，目前广泛采用扩频、跳频、抗干扰通讯，由于I/Q 调制和解调的特殊性，在系统载波前端混频，或上变频，解调中频等不同频段都使用VCO ，对相噪指标和工作带内杂散频谱的抑制有较严格的要求。对VCO 射频输出端负载迁移现象有严格限制，因此这一类应作专门的设计，而一般都作窄带低相噪设计和制作，宽带电路设计难度大，成本高。下图为I/Q 解调应用示例：
四．小结
通过本次高频电路课程设计实验，我对我对压控振荡器的原理和功能有了一定的了解。本次课程设计历时一周，查找资料，总的来说，这次课程设计收获颇多。通过这次课程设计实践，加深、巩固了对课本内容的掌握，对高频电子线路内容有了更深的了解与认识。在这次课设中我懂得了有些问题是可以自己慢慢看书、查资料，摸索，在反复尝试的过程中解决，虽仍会有些问题和某些缺陷，但它使我感到了一丝成就感。我相信这种方法还可以运用到以后的实际工作当中去，是解决问题的一个方法，并在老师的指导会变得更加完善！