Voltage control design of high frequency LC oscillators
Student : Pxxx, physics and information engineering colleges
Instructor : xxx, Jianghan University
In recent years,with the rapid development of wireless communication technology, make the market for rf integrated circuit has had a huge demand. In the rf circuit, the voltage control oscillation (VCO) occupied a very important position.With a wide range of applications.In the early stages of the radio technology development,it is used to produce high-frequency in transmitter carrier voltage,As a specialized superheterodyne receivers in the machine oscillator, be sending and receiving equipment basic components.Now the use of oscillator is more and more widely.For example: in radio communication, radio, and television equipment used to produce the need of the carrier and the machine oscillation signal;In the electronic measuring instruments used to produce all sorts of frequency sine signals, etc.
Definition
Oscillator is simply stated a frequency source, usually in a phase lock loop.Detailed said is that a device don't need the signal to their own motivation, Dc power can be transformed into Ac power .Generally fall into the positive feedback and negative resistance.The so-called "oscillating",Its meaning is to allude to exchange,.Oscillator includes a never oscillation to process and function of oscillation.Can completion from dc to ac power transformation,This device can be called "oscillator".
Oscillator working principle
LC circuit consisting of capacitors and inductors, electric field and the conversion of magnetic energy production process free oscillation. To maintain the oscillation also has a positive feedback amplifier circuit, the LC oscillator is divided into a transformer coupled and three-point oscillator, many applications of quartz crystal quartz crystal oscillator, LC oscillator with an integrated operational amplifier. Exactly the same device can not be parameters in the state of the power the moment the two transistor occurs a change, this change due to increasingly strong role in the positive feedback, leading to reach a temporary steady state. During the temporary steady state to another transistor by capacitance gradually
charge conduction or closed state of the flip to another temporary steady state. This cycle of formation of oscillation.
The classification of oscillator
Oscillator are divided into RC, LC oscillators and crystal oscillator,1. The RC oscillator Use the RC network as frequency selective phase shifting network is called RC sinusoidal oscillator Belong to audio oscillator. 2. LC oscillators Use the LC oscillation loop as move and frequency selective network of Positive feedback oscillator is called LC oscillators. LC oscillators classification: (1) transformer coupling Single pipe LC sinusoidal oscillator difference to the LC sinusoidal oscillator (2) Three point pattern Condenser three point pattern oscillator, three point type oscillator (3)The improvement of three type Clapp oscillator, Seiler oscillator (4)The difference of tube oscillator 3.Crystal oscillator The oscillation frequency of the oscillator by quartz crystal controlled oscillator.
The temperature coefficient oscillator
Temperature coefficient oscillator refers to an oscillator, its oscillation frequency and temperature have a specific relationship between the different temperatures corresponding to different oscillation frequencies. Conversely, measuring the output frequency of the oscillator, we can measure the temperature. High temperature coefficient oscillator: its oscillation frequency is affected by temperature, a slight change in temperature, the frequency will change a lot, that is temperature sensitive, and more for the temperature sensor. low temperature coefficient oscillator: the oscillation frequency temperature has little effect, even if the temperature varies greatly, its frequency is essentially the same.
Quartz crystal oscillator
Quartz crystal oscillator and non-temperature compensated crystal oscillators, temperature compensated crystal oscillator (TCXO), voltage controlled crystal oscillator (VCXO), thermostatically controlled crystal oscillator (OCXO) and digital / μp compensated crystal oscillator (DCXO / MCXO) and other types. Among them, temperature compensated crystal oscillator is the simplest one, in the Japanese Industrial Standard (JIS), called the standard package crystal oscillator (SPXO). Now SPXO example, a brief overview of the structure and working principle of the quartz crystal oscillator.
Quartz crystals, natural and artificial, is an important piezoelectric crystal materials. The quartz crystal itself is not an oscillator, it is only by means of the active encouragement and passive reactance network before oscillation. SPXO is mainly composed of high crystal resonators (crystal oscillator) and feedback oscillation circuit of quality factor (Q). The quartz crystal oscillator is an important component in the oscillator, the frequency of the crystal (fundamental frequency or the n-th harmonic frequency) and its temperature characteristics depend largely on the cutting orientation.
Pole on the crystal oscillator board to impose an alternating voltage, it will cause the chip to produce mechanical deformation vibration, this phenomenon is the so-called inverse piezoelectric effect. When the applied voltage frequency is equal to the natural frequency of the crystal resonator, piezoelectric resonator, resulting in mechanical deformation amplitude increases suddenly. With the metal plate between the electrostatic capacitance; L, and C is the piezoelectric resonator equivalent parameters; R is the equivalent resistance of the vibration friction loss. Quartz crystal resonators, there is a series resonant frequency fos (1/2π), there is also a para llel resonant frequency fop (1/2π). Due to a very small difference between the Co.
high (up to several millions), so that of the quartz crystal resonator the oscillator frequency stability is very high, up to 10-12 / day. Quartz crystal oscillation frequency can approximate in fos Department, can also work around the in fop, a quartz crystal oscillator can be divided into two kinds of the series and shunt. Quartz crystal resonator and its equivalent circuit, replace the components of the LC oscillator constitutes a resonant circuit inductance (L) and capacitance (C), it is easy to understand the working principle of the crystal oscillator.
SPXO the total accuracy (including initial accuracy and temperature, voltage, and load changes) can be up to ± 25ppm. SPXO neither temperature compensated temperature control measures, and its frequency-temperature characteristics almost entirely determined by the frequency-temperature characteristics of quartz crystal oscillator. Within the range of 0 ~ 70 ℃SPXO frequency stability is typically 20 ~ 1000ppm, SPXO can be used as a clock frequency oscillator.
Temperature compensated crystal oscillator (TCXO)
TCXO is generated by the ambient temperature change of a quartz crystal oscillator oscillation frequency change reduction through additional temperature compensation circuitry.
1.TCXO temperature compensation
In TCXO quartz crystal oscillator frequency temperature drift compensation method of direct compensation and indirect compensation are two types:
directly compensated
Direct compensation TCXO by the thermistor and the temperature compensation circuit composed of resistive and capacitive components in the oscillator in series with the quartz crystal oscillator. Changes in temperature, the thermistor resistance and crystal equivalent series corresponding changes in the value of the capacitor, in order to offset or reduce the temperature drift of the oscillation frequency. The compensation circuit is simple, lower cost, saving the printed circuit board (PCB) size and space for small and low-voltage current occasion. However, when the crystal oscillator accuracy of less than ±1pmm, direct compensation is not appropriate.
Indirect Compensation
Indirect compensation type is divided into analog and digital two types. Analog Indirect temperature compensation thermistor temperature sensing element composed of the temperature - voltage conversion circuit and the voltage applied to the crystal oscillator series on a crystal oscillator connected in series varactor capacitance changes nonlinear crystal oscillator frequency drift compensation. The method of compensation to achieve high accuracy of ± 0.5ppm, but restricted in the case of low voltage below 3V. Indirect temperature compensation of the digital plus a temperature in the analog compensation circuit - voltage conversion circuit analog / digital (A / D) converter, analog convert digital. The Act enables the automatic temperature compensation crystal oscillator frequency stability is very high, but the specific compensation circuit is more complex and higher cost applies only to the precision of base stations and radio stations requirements.
2.TCXO development status
TCXO by leaps and bounds in the last decade, which in the research and development and production of precision TCXO, Japan's leading and dominant position. Mainstream
TCXO devices of ultra-smal
by more than 50 times or even 100 times. Beijing ceramics company in Japan using the reflow soldering method of production of surface mount TCXO thickness from 4mm to 2mm,
rated 90% of the oscillation amplitude in 4ms after the start of the oscillation can be achieved. Stone (KSS) Group TCXO frequency range of 2 ~ 80MHz stability when the temperature changes from -10 ° C to 60 ° C ± 1ppm or ± 2ppm; digital TCXO frequency coverage of 0.2 ~ 90MHz frequency stability ± 0.1ppm (-30 ° C ~ +85 ° C). Japan Donze communication equipment production the type TCO-935/937 chip directly Warming TCXO,
frequency-temperature characteristics (point frequency 15.36MHz) ± 1ppm/-20 to +70 ° C 5V ± 5% supply voltage frequency voltage characteristic ± 0.3ppm, sine wave output waveform (amplitude 1VPP), current consumption of less than 2mA, weighs just 1g. PiezoTechnology production X3080 type TCXO using surface mount and perforation in two packages, sine wave or logic output can reach -55 ° C ~ 85 ° C within ± 0.25 to ± 1ppm accuracy. The level of domestic products is quite high, such as TCXO, Beijing Ruihua Xin Technology Development Co., Ltd. launched (32-40MHz) at room temperature accuracy of better than ±1ppm freque ncy aging rate of ± 1ppm frequency (mechanical) tuning ≥ ± 3ppm ≤ 120mw power consumption. High stability TCXO devices, accuracy up to ± 0.05ppm.
High-precision, low power consumption and miniaturization, TCXO research topics. Facing many difficulties in the miniaturization of the chip type, which has two points: First, miniaturization makes quartz crystal oscillator frequency variable magnitude smaller, temperature compensation is more difficult; chip package in the reflux welding operations, welding temperature is much higher than the maximum allowable temperature of TCXO, make crystal oscillator frequency change, if adopted to limit local thermal cooling measures, it is difficult to control TCXO frequency variation ± 0.5 × 10 - 6 below. However, the the TCXO raise the level of no access to the limit, innovative content and the potential is still large.
3.TCXO the application
TCXO as a reference oscillator frequency reference for the transmit channel at the same time as the first level of local oscillator receiving channel; other TCXO as the two local oscillator, the oscillation signal input to the two inverter. The frequency stability of mobile telephone calls for 0.1 ~ 2.5ppm (-30 to +75 ° C), but for cost reasons, usually optional specifications of 1.5 ~ 2.5ppm. The mobile phone 12 ~ 20MHz TCXO representative one of the products is the VC-TCXO-201C1, using the direct method of compensation, the appearance shown in Figure 2 (b) below, produced by the Japanese stone (KSS).
Development history
Since Edwin Armstrong put forward the heterodyne principle, the oscillator has become the most basic element. He later found that generate oscillation can be configured through Audion (an early vacuum tube ) .He invented the first electronic oscillator. From nineteen tens of Armstrong 's invention to today, The progress of VCO technology through the vacuum tube, transistor oscillator, oscillator module, solution until today based on the RFIC oscillator stages.
Vacuum tube oscillator in commercial and military radio receiver has been widely used for many years,For example, AM and FM radio, television ( FM ) as well as military voice communication. However, the invention of semiconductor amplifier device, such as a transistor and a variable capacitance diode, trigger VCO technology for another round of revolution.
The first bipolar transistor was invented by Bell Labs (Bell Laboratories; Holmdel, NJ) in the late 1940s, followed by transistors in the 1950s began to replace the vacuum tube. The new transistor is smaller than the tube volume lower power consumption, as the required operating voltage lower final cost becomes lower. The transistor replaced the vacuum tube as the active element in oscillators, which greatly changed the technology of the oscillator and the oscillator topology has been established.
The form of a module with the volume reduction of the varactor diodes, capacitors and inductors, the VCO possible. VCO module is essentially a build installed in a metal enclosure in a substrate and a miniature version of discrete components oscillator. The modules are independent, only the external, the power, the tuning voltage and output load. This module first appeared in the 1960s primarily for military applications. They were fairly large (up to several square inches) and more expensive commercial products still use discrete transistors, varactor VCO. Until the emergence of mobile telephony, the market of commercial VCO module developed.
Today, these technological advances reached its culmination .In the late 1990s, a smaller and lower cost VCO technology, monolithic VCO IC technology. Monolithic IC VCO technology is LC (inductor - capacitor) VCO circuit components, including transistors, capacitors, resistors, inductors, and varactor diodes are integrated into a VCO on a single chip
implementation technology. VCO module, the devices are configured to form a complete VCO, requiring only connection to the power supply, the output of the tuner input, and digital control line.
Status quo
Japanese stone, NibonDempaKogyo company was founded in 1948, and the United States Motorola bit, Korea, Sunny-Emi, are the production of the larger manufacturers of quartz crystal devices. The production of quartz crystal oscillators and other components of the unit the 10th Research Institute of the former Ministry of Electronics Industry, Beijing 707 Factory, the state-owned No. 875 Factory, and a number of joint ventures and so on. An early start in research and development of synthetic quartz crystal and its components have the production capacity. Quartz crystal oscillator, compared with foreign advanced level, mainly in the chip, miniaturization, high-frequency and frequency temperature characteristics there is a gap. To close these gaps as soon as possible to further expand production scale, improve product cost, is the only way to improve competitiveness in the international market. At the same time, but also to track new trends in the device, such as research and application of the video generator oscillator.
压控高频L C振荡器的设计
学生：x x x，物理与信息工程学院
指导老师：x x x，x x大学
近年来，随着无线通信技术的飞速发展，使市场对射频集成电路产生了巨大的需求。在射频电路中，压控振荡器(VCO)占有非常重要的地位。振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。而今振荡器的用途也越来越广泛。例如：在无线电通信，广播，电视设备中用来产生所需要的载波和本机振荡信号；在电子测量仪器中用来产生各种频段的正弦信号等。
定义
振荡器简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的转化，这样的装置就可以称为“振荡器”。
振荡器工作原理
主要有由电容器和电感器组成的LC回路，通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。要维持振荡还要有具有正反馈的放大电路，LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器，很多应用石英晶体的石英晶体振荡器，还有用集成运放组成的LC振荡器。由于器件不可能参数完全一致，因此在上电的瞬间两个三极管的状态就发生了变化，这个变化由于正反馈的作用越来越强烈，导致到达一个暂稳态。暂稳态期间另一个三极管经电容逐步充电后导通或者截止，状态发生翻转，到达另一个暂稳态。这样周而复始形成振荡。
振荡器的分类
振荡器主要分为RC，LC振荡器和晶体振荡器1．RC振荡器采用RC网络作为选频移相网络的振荡器统称为RC正弦振荡器，属音频振荡器。2．LC振荡器采用LC 振荡回路作为移相和选频网络的正反馈振荡器称为LC振荡器。LC振荡器的分类：①变压器耦合·单管LC正弦振荡器·差分对管LC正弦振荡器②三点式·电容三点式(考毕兹)振荡器·电感三点式(哈特莱)振荡器③改进三点式·克拉泼振荡器·西勒振荡器④差分对管振荡器3．晶体振荡器振荡器的振荡频率受石英晶体控制的振荡器。
温度系数振荡器
1.温度系数振荡器是指一种振荡器，它的振荡频率与温度之间有一个特定的关系，即不同的温度对应不同的振荡频率。反之，测量出振荡器的输出频率，就可测量出温度值。
2.高温度系数振荡器：它的振荡频率受温度的影响很大，温度稍有变化，频率就会变化很多，即对温度敏感，多用于温度传感器。
3.低温度系数振荡器：它的振荡频率受温度的影响很小，即使温度变化很大，它的频率也基本不变。
石英晶体振荡器
石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器（TCXO）、电压控制晶体振荡器（VCXO）、恒温控制式晶体振荡器（OCXO）和数字化/μp补偿式晶体振
荡器（DCXO/MCXO）等几种类型。其中，无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种，在日本工业标准(JIS)中，称其为标准封装晶体振荡器（SPXO）。现以SPXO为例，简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。
石英晶体，有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。石英晶体本身并非振荡器，它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。SPXO主要是由品质因数（Q）很高的晶体谐振器（即晶体振子）与反馈式振荡电路组成的。石英晶体振子是振荡器中的重要元件，晶体的频率（基频或n次谐波频率）及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。
只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。与金属板之间的静电电容；L、C为压电谐振的等效参量；R为振动磨擦损耗的等效电阻。石英晶体谐振器存在一个串联谐振频率fos（1/2π），同时也存在一个并联谐振频率fop（1/2π)。由于Co C，fop与fos之间之差值很小，并且RωOL，R1/ωOC，所以谐振电路的品质因数Q非常高（可达数百万），从而使石英晶体谐振器组成的振荡器频率稳定度十分高，可达10－12/日。石英晶体振荡器的振荡频率既可近似工作于fos处，也可工作在fop附近，因此石英晶体振荡器可分串联型和并联型两种。用石英晶体谐振器及其等效电路，取代LC振荡器中构成谐振回路的电感（L）和电容（C）元件，则很容易理解晶体振荡器的工作原理。
SPXO的总精度（包括起始精度和随温度、电压及负载产生的变化）可以达到±25ppm。SPXO既无温度补偿也无温度控制措施，其频率温度特性几乎完全由石英晶体振子的频率温度特性所决定。在0～70℃范围内，SPXO的频率稳定度通常为20～1000ppm，SPXO可以用作钟频振荡器。
温度补偿晶体振荡器（TCXO）
TCXO是通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种石英晶体振荡器。
1TCXO的温度补偿方式
在TCXO中，对石英晶体振子频率温度漂移的补偿方法主要有直接补偿和间接补偿两种类型：
（1）直接补偿型
直接补偿型TCXO是由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路，在振荡器中与石英晶体振子串联而成的。在温度变化时，热敏电阻的阻值和晶体等效串联电容容值相应
变化，从而抵消或削减振荡频率的温度漂移。该补偿方式电路简单，成本较低，节省印制电路板（PCB）尺寸和空间，适用于小型和低压小电流场合。但当要求晶体振荡器精度小于±1pmm时，直接补偿方式并不适宜。
（2）间接补偿型
间接补偿型又分模拟式和数字式两种类型。模拟式间接温度补偿是利用热敏电阻等温度传感元件组成温度－电压变换电路，并将该电压施加到一支与晶体振子相串接的变容二极管上，通过晶体振子串联电容量的变化，对晶体振子的非线性频率漂移进行补偿。该补偿方式能实现±0.5ppm的高精度，但在3V以下的低电压情况下受到限制。数字化间接温度补偿是在模拟式补偿电路中的温度—电压变换电路之后再加一级模/数（A/D）变换器，将模拟量转换成数字量。该法可实现自动温度补偿，使晶体振荡器频率稳定度非常高，但具体的补偿电路比较复杂，成本也较高，只适用于基地站和广播电台等要求高精度化的情况。
2.TCXO发展现状
TCXO在近十几年中得到长足发展，其中在精密TCXO的研究开发与生产方面，日本居领先和主宰地位。在70年代末汽车电话用TCXO的体积达20
至0.4TCXO器件体积仅为0.2730年中，TCXO的体积缩小了50余倍乃至100倍。日本京陶瓷公司采用回流焊接方法生产的表面贴装TCXO厚度由4mm 降至2mm，在振荡启动4ms后即可达到额定振荡幅度的90％。金石（KSS）集团生产的TCXO频率范围为2～80MHz，温度从－10℃到60℃变化时的稳定度为±1ppm或±2ppm；数字式TCXO的频率覆盖范围为0.2～90MHz，频率稳定度为±0.1ppm（－30℃～＋85℃）。日本东泽通信机生产的TCO－935/937型片式直接温补型TCXO，频率温度特性（点频15.36MHz）为±1ppm/－20～＋70℃，在5V±5％的电源电压下的频率电压特性为±0.3ppm，输出正弦波波形（幅值为1VPP），电流损耗不足2mA，重量仅为1g。PiezoTechnology生产的X3080型TCXO采用表面贴装和穿孔两种封装，正弦波或逻辑输出，在－55℃～85℃范围内能达到±0.25～±1ppm的精度。国内的产品水平也较高，如北京瑞华欣科技开发有限公司推出的TCXO（32～40MHz）在室温下精度优于±1ppm，第一年的频率老化率为±1ppm，频率（机械）微调≥±3ppm，电源功耗≤120mw。高稳定度的TCXO器件，精度可达±0.05ppm。
高精度、低功耗和小型化，仍然是TCXO的研究课题。在小型化与片式化方面，面临不少困难，其中主要的有两点：一是小型化会使石英晶体振子的频率可变幅度变小，温度补偿更加困难；二是片式封装后在其回流焊接作业中，由于焊接温度远高于TCXO
的最大允许温度，会使晶体振子的频率发生变化，若不采限局部散热降温措施，难以将TCXO的频率变化量控制在±0.5×10－6以下。但是，TCXO的技术水平的提高并没进入到极限，创新的内容和潜力仍较大。
3.TCXO的应用
TCXO作为基准振荡器为发送信道提供频率基准，同时作为接收通道的第一级本机振荡器；另一只TCXO作为第2级本机振荡器，将其振荡信号输入到第2变频器。移动电话要求的频率稳定度为0.1～2.5ppm（－30～＋75℃），但出于成本上的考虑，通常选用的规格为1.5～2.5ppm。移动电话用12～20MHz的TCXO代表性产品之一是VC－TCXO－201C1，采用直接补偿方式，外观如图2（b）所示，由日本金石（KSS）公司生产。
发展历史
自从Edwin Armstrong提出外差原理以来，振荡器就成为了最基本的元件。后来他发现可以通过配置Audion (一种早期的真空管)来产生振荡，于是他发明了第一个电子振荡器。从20世纪10年代Armstrong的发明到今天，VCO技术的进步经历了真空管振荡器、晶体管振荡器、振荡器模块儿解决方案直到今天基于RFIC的振荡器几个阶段。
真空管振荡器在商用和军用无线电接收机中得到广泛的应用持续了许多年的时间，例如AM和调频(FM)无线电、电视以及军用语音通信。然而，半导体放大器器件的发明，如晶体管和变容二极管，引发了VCO技术的又一轮剧烈变革。
第一只双极型晶体管是在40年代晚期由贝尔试验室(Bell Laboratories；Holmdel, NJ)发明的，随后晶体管在50年代开始代替真空电子管。新的晶体管比电子管体积更小消耗功率更低，随着所需工作电压的降低最终使成本变得更低。晶体管开始取代真空电子管作为有源元件应用在振荡器中，这极大地改变了振荡器的实现技术和已经建立的振荡器拓扑结构。
随着变容二极管、电容和电感体积的缩小，以模块的形式实现VCO成为可能。VCO 模块本质上就是一个建立在一块衬底上并安装在金属外壳内的分立元件振荡器的微缩版本。模块是独立的，只需要外接地、电源、调谐电压和输出负载。这种模块最早出现在60年代，主要用于军事。那时它们很大(可达数平方英寸)并且较贵，而商用产品中依然使用分立晶体管和变容二极管实现的VCO。直到出现了移动电话，商用VCO模块的市场才发展起来。
今天，这些技术进步达到了它的顶点，90年代末出现了一种体积更小成本更低的VCO技术，单片VCO IC技术。单片IC VCO技术是将所有的LC (电感-电容) VCO电路元件，包括晶体管、电容、电阻、电感和变容二极管，都集成到一块芯片上的一种VCO实
现技术。与VCO模块相同，这些器件经过配置组成一个完整的VCO，外部只需要连接电源、地、输出、调谐输入和数字控制线。
现状
日本金石、始建于1948年的NibonDempaKogyo公司和美国摩托罗位、韩国的Sunny －Emi等公司，都是生产石英晶体器件较大的厂商。中国生产石英晶体振荡器等元器件的单位有原电子工业部第十研究所、北京707厂、国营第875厂和一些合资企业等。中国对人造石英晶体及其元器件的研究开发起步较早，拥有的生产能力也较大。就石英晶体振荡器而言，与国外先进水平比较，主要是在片式化、小型化、高频化和频率温度特性等方面还存在差距。尽快缩小这些差距，进一步扩大生产规模，提高产品性价比，是提高在国际市场上竞争力的必由之路。与此同时，还要跟踪该器件发展的新动向，如视频发生器等振荡器的研究与应用。
前言 (1) 1高频压控振荡器设计原理压控振荡器 (2) 1.1工作原理 (2) 1.2变容二极管压控振荡器的基本工作原理 (2) 2高频压控振荡器电路设计 (4) 2.1设计的资料及设备 (4) 2.2变容二极管压控振荡器电路的设计思路 (4) 2.3变容二极管压控振荡器的电路设计 (4) 2.4实验电路的基本参数 (5) 2.5实验电路原理图 (6) 3高频压控振荡器电路的仿真 (7) 3.1M ULTISIM软件简介 (7) 3.2M ULTISIM界面介绍 (8) 3.2.1电路仿真图 (9) 3.2.2压控振荡器的主要技术指标 (9) 3.3典型点的频谱图 (9) 4高频压控振荡器电路实现与分析 (16) 4.1实验电路连接 (16) 4.2实验步骤 (16) 4.3实验注意事项 (18) 4.4硬件测试 (19) 5心得体会 (21) 参考文献 (22)
压控振荡器广泛应用于通信系统和其他电子系统中，在LC振荡器决定振荡器的LC 回路中，使用电压控制电容器（变容管），可以在一定的频率范围内构成电调谐振荡器。这种包含有压控元件作为频率控制器件的振荡器就称为压控振荡器。它广泛应用与频率调制器、锁相环路以及无线电发射机和接收机中。 压控振荡器是锁相环频率合成器的重要组成单元，在很大程度上决定了锁相环的性能。在多种射频工艺中，COMS工艺以高集成度、低成本得到广泛的应用。 压控振荡器（VCO）在无线系统和其他必须在一个范围的频率内进行调谐的通信系统中是十分常见的组成部分。许多厂商都提供VCO产品，他们的封装形式和性能水平也是多种多样。现代表面的贴装的射频集成电路（RFIC）VCO继承了近百来工程研究成果。在这段历史当中。VCO技术一直在不断地改进中，产品外形越来越小而相位噪声和调谐线性度越来越好。 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。 压控振荡器可分为环路振荡器和LC振荡器。环路振荡器易于集成，但其相位噪声性能比LC振荡器差。为了使相位噪声满足通信标准的要求，这里对负阻RC压控振荡器进行了分析。
多谐振荡器双闪灯电路设计与制作 南昌理工学院张呈张海峰 我们主张，电子初学者要采用万能板焊接电子制作作品，因为这种电子制作方法，不仅能培养电子爱好者的焊接技术，还能提高他们识别电路图和分析原理图的能力，为日后维修、设计电子产品打下坚实的基础。 上一篇文章《电路模型设计与制作》我们重点介绍了电路模型的概念以及电流、电压、电阻、发光二极管、轻触开关等基本知识，并完成了电路模型的设计与制作，通过成功调试与测试产品参数，进一步掌握了电子基础知识。 本文将通过设计与制作多谐振荡器双闪灯，掌握识别与检测电阻、电容、二极管、三极管。掌握识别简单的电路原理图，能够将原理图上的符号与实际元件一一对应，能准确判断上述元件的属性、极性。
一、多谐振荡器双闪灯电路功能介绍 图1 多谐振荡器双闪灯成品图
多谐振荡器双闪灯电路，来源于汽车的双闪灯电路，是经典的互推互挽电路，通电后LED1和LED2交替闪烁，也就是两个发光二极管轮流导通。 完成本作品的目的是为了掌握识别与检测电阻、电容、二极管、三极管。掌握识别简单的电路原理图，能够将原理图上的符号与实际元件一一对应，能准确判断上述元件的属性、极性。。 该电路是一个典型的自激多谐振荡电路，电路设计简单、易懂、趣味性强、理论知识丰富，特别适合初学者制作。 二、原理图 图2 多谐振荡器双闪灯原理图 三、工作原理 本电路由电阻、电容、发光二极管、三极管构成典型的自激多谐振荡电路。在上篇文章中介绍了电阻、和发光二极管，本文只介绍电容和三极管。 1、电容器的识别
电容器,简称电容，用字母C表示，国际单位是法拉，简称法，用F表示，在实际应用中，电容器的电容量往往比1法拉小得多，常用较小的单位，如微法(μF)、皮法(pF)等，它们的关系是： 1法拉(F)=1000000微法(μF)，1微法(μF)=1000000皮法(pF)。 本的套件中使用了2个10μF的电解电容，引脚长的为正，短的为负；旁边有一条白色的为负，另一引脚为正。电容上标有耐压值上25V，容量是10μF。 2、三极管的识别 三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管，晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅值较大的电信号, 也用作无触点开关，俗称开关管。套件中使用的是NPN型的三极管9013，当把有字的面向自己，引脚朝下，总左往右排列是发射极E，基极B，集电极C。如图3所示。 图3 三极管的引脚图 晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。 晶体三极管的三种工作状态： （1）截止状态 当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。
1石英晶体及其特性 (1) 1.1 石英晶体简介............................................... . ... 1.2石英晶体的阻抗频率特性...................................... 1 ... 2晶体管的部工作原理 (3) 3.晶体振荡器电路的类型及其工作原理 (4) 3.1串联型谐振晶体振荡器........................................ 4…??… 3.2并联谐振型晶体振荡器........................................ 6…??… 3.3泛音晶体振荡器................................................ 8 .. 4 确定工作点和回路参数（以皮尔斯电路为例） (10) 4.1主要技术指标 (10) 4.2确定工作点 (10) 4.3交流参数的确定 (11) 5提高振荡器的频率稳定度........................................... 1 2 6.总结 (13) 参考文献：........................................................ 1.4
Word 文档
1石英晶体及其特性 1.1石英晶体简介 石英是矿物质硅石的一种，化学成分是Sio2,形状是呈角锥形的六棱结晶体，具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴，电轴X,机械轴丫光轴Z。石英谐振器中的各种晶片，就是按与各轴不同角度，切割成正方形、长方形、圆形、或棒型的薄片，如图1的AT、BT、CT、DT 等切型。不同切型的晶片振动型式不，性能不同 1.2石英晶体的阻抗频率特性 石英谐振器的电路符号和等效电路如图121。C0称为静态电容，即晶体不振动时两极板间的等效电容，与晶片尺寸有关，一般约为几到几十pF。晶体作机械振动时的惯性以Lq、弹性用Cq振动时因磨擦造成的损耗用Rq来等效，它们的数值与晶片切割方位、形状和大小有关, 一般Lq为10 3102H，Cq为10 410 1pF，Rq 在几一几百欧之间。它
压控振荡器（VCO 一应用范围 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。 二基本工作原理 利用变容管结电容Cj 随反向偏置电压VT 变化而变化的特点（VT=OV 时Cj 是最大值，一 般变容管VT 落在2V-8V 压间，Cj 呈线性变化，VT 在8-10V 则一般为非线性变化，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。 图1变容二极管的V — C 特性曲线 三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“ dBmW 。 3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“ dBmW 。 4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，灵敏度最咼，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）（dBmw ）。 6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，在偏移主振 f0为fm 的带内，各杂散能量的总和按fin 平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz 相位噪 声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm 越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定 WV) 0 8 10
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 电容三端式振荡器 初始条件： 电容三端式振荡器原理，Multisim软件 要求完成的主要任务: （1）设计任务 根据电容三端式振荡器的原理，设计电路图，并在multisim软件仿真出波形结果。 （2）设计要求 ①正常工作状况时的波形图； ②起振条件的仿真，要求改变偏置电阻、相位电容和电源电压值，再观察起振波形和振荡电压的变化情况。 时间安排： 1、2014 年11月17 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2014 年11月17 日，查阅相关资料，学习基本原理。 3、2014 年11月18 日至2014 年11月20日，方案选择和电路设计。 4、2014 年11月20 日至2014 年11月21日，电路仿真和设计说明书撰写。 5、2014 年11月23 日上交课程设计报告，同时进行答辩。 课设答疑地点：鉴主13楼电子科学与技术实验室。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (1) Abstract (2) 1 克拉泼振荡器原理 (3) 1.1 克拉泼振荡器产生的原因 (3) 1.2 克拉泼振荡器电路分析 (3) 1.3 克拉泼振荡器起振条件 (4) 1.3.1 相位条件 (4) 1.3.2振幅条件 (4) 1.4 克拉泼振荡器的振荡频率 (5) 2 克拉泼振荡器仿真分析 (6) 2.1 正常起振的电路图 (6) 2.2改变偏置电阻的仿真 (7) 2.3改变相位电容的仿真 (8) 2.4改变电源大小的仿真 (8) 3 心得体会 (9) 参考文献 (10)
lc压控振荡器实验报告 篇一：实验2 振荡器实验 实验二振荡器 （A）三点式正弦波振荡器 一、实验目的 1. 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。 2. 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。 3. 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。 二、实验内容 1. 熟悉振荡器模块各元件及其作用。 2. 进行LC振荡器波段工作研究。 3. 研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。 4. 测试LC振荡器的频率稳定度。 三、基本原理 图6-1 正弦波振荡器（4.5MHz） 【电路连接】将开关S2的1拨上2拨下， S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振 荡频率。振荡频率可调范围为：
?3.9799?M??f0??? ? ?4.7079?M? CCI?25p CCI? 5p 调节电容CCI，使振荡器的频率约为4.5MHz 。振荡电路反馈系数: F= C1356 ??0.12 C20470 振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。 四、实验步骤 根据图6-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。 1. 调整静态工作点，观察振荡情况。 1）将开关S2全拨下，S1全拨下，使振荡电路停振 调节上偏置电位器RA1，用数字万用表测量R10两端的静态直流电压UEQ(即测量振荡管的发射极对地电压UEQ)，使其为5.0V(或稍小，以振荡信号不失真为准)，这时表明振荡管的静态工作点电流IEQ=5.0mA（即调节W1使
目录 1 引言 (2) 2 振荡器的原理 (5) 2.1 振荡器的功能、分类与参数 (5) 2.2 起振条件 (9) 2.3 压控振荡器的数学模型 (10) 3 利用ADS仿真与分析 (11) 3.1 偏置电路的的设计 (12) 3.2 可变电容VC特性曲线测试 (13) 3.3 压控振荡器的设计 (15) 3.4 压控振荡器相位噪声分析 (18) 3.5 VCO振荡频率线性度分析 (23) 4 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (25)
压控振荡器的设计与仿真 Advanced Design System客户端软件设计 电子信息工程（非师范类）专业 指导教师 摘要：ADS可以进行时域电路仿真，频域电路仿真以及数字信号处理仿真设计，并可对设计结果进行成品率分析与优化，大大提高了复杂电路的设计效率。本论文运用ADS仿真软件对压控振荡器进行仿真设计，设计出满足设计目标的系统，具有良好的输出功率，相位噪声性能及震荡频谱线性度。本论文从器件选型开始，通过ADS软件仿真完成了有源器件选型，带通滤波器选型，振荡器拓扑结构确定，可变电容VC特性曲线，瞬态仿真及谐波平衡仿真。实现了准确可行的射频压控振荡器的计算机辅助设计。关键字：压控振荡器，谐波平衡仿真，ADS 1 引言 振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，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。尤其在通信系统电路中，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更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。 人们对振荡器的研究未曾停止过。从早期的真空管时代当后期的晶体管时代，无论是理论上还是电路结构和性能上，无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的
双三极管多谐振荡器电路工作原理 双三极管多谐振荡器 电路工作原理 多谐振荡器电路是一种矩形波产生电路.这种电路不需要外加触发信号,便能连续地, 周期性地自行产生矩形脉冲.该脉冲是由基波和多次谐波构成,因此称为多谐振 荡器电路. 电路结构 1.路图 2.把双稳态触发器电路的两支电阻耦合支路改为电容耦合支路.那么电路就没有稳 定状态,而成为无稳电路 3.开机:由于电路参数的微小差异,和正反馈使一支管子饱和另一支截止.出现一个暂 稳态.设Q1饱和,Q2截止. 工作原理 正反馈: Q1饱和瞬间,VC1由+VCC 突变到接近于零,迫使Q2的基极电位VB2瞬间下 降到接近 —VCC,于是Q2可靠截止. 注：为什么Q2的基极产生负压，因为Q1导通使Q1 集电极的电压瞬间接近于零，电容C1的
正极也接近于零，由于电容两边电压不能突变使得电容的负端为—VCC。 2.第一个暂稳态: C1放电: C2充电: 3.翻转:当VB2随着C1放电而升高到+0.5V时,Q2开始导通,通过正反馈使Q1截止,Q2饱和. 正反馈: 4.第二个暂稳态: C2放电: C1充电: 5.不断循环往复,便形成了自激振荡 6.振荡周期: T=T1+T2=0.7(R2*C1+R1*C2)=1.4R2*C 7.振荡频率: F=1/T=0.7/R2*C 8..波形的改善: 可以同单稳态电路,采用校正二极管电路 下面我们来做一个实验：如图 振荡周期: T=1.4R2*C=1.4*10000Ω*0.00001F=0.14s=140ms 此图利用Multisim仿真软件去求出时间与实际的偏差 数据测量图：此图测量了Q2的基极和集电极极，集电极的波形相当于图的矩形波，基极波形相当于图的锯齿波。
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电子1001班指导教师：韩屏工作单位：信息工程学院题目: 高频晶体正弦波振荡器 初始条件： 计算机、Proteus软件、Cadence软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习Proteus软件和Cadence软件。 （2）设计一个高频晶体正弦波振荡器电路。 （3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus 软件对该电路进行仿真。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。 2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.17-11.21对高频晶体正弦波振荡器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2013.11.22 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 目录 (1) 摘要 (2) 一、工作原理说明 (3) 1.1、振荡器概念 (3) 1.2、静态工作点的确定 (3) 1.3、振荡器的起振检查 (4) 二、电路设计 (5) 2.1、正弦波振荡器的设计 (5) 2.2、电路功能的仿真 (7) 2.3、Cadence部分原理图设计 (9) 三、PCB版图设计 (15) 四、心得体会 (18) 五、参考文献 (19)
实验二压控LC 电容三点式振荡器设计及仿真 一、实验目的 1、了解和掌握LC 电容三点式振荡器电路组成和工作原理。 2、了解和掌握压控振荡器电路原理。 3、理解电路元件参数对性能指标的影响。 4、熟悉电路分析软件的使用。 二、实验准备 1、学习LC 电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理。 2、学习压控振荡器的工作原理。 3、认真学习附录相关内容，熟悉电路分析软件的基本使用方法。 三、设计要求及主要指标 1、采用电容三点式西勒振荡回路，实现振荡器正常起振，平稳振荡。 2、实现电压控制振荡器频率变化。 3、分析静态工作点，振荡回路各参数影响，变容二极管参数。 4、振荡频率范围：50MHz~70MHz，控制电压范围3~10V。 5、三极管选用MPSH10（特征频率最小为650MHz，最大IC 电流50mA，可 满足频率范围要求），直流电压源12V，变容二极管选用MV209。 四、设计步骤 1、整体电路的设计框图
整个设计分三个部分，主体为LC 振荡电路，在此电路基础上添加压控部分，设计中采用变容二极管MV209 来控制振荡器频率，由于负载会对振荡电路的 频 率产生影响，所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响。 2、LC 振荡器设计 首先应选取满足设计要求的放大管，本设计中采用MPSH10 三极管，其特征频率f T=1000MHz。LC 振荡器的连接方式有很多，但其原理基本一致，本实验中采用电容三点式西勒振荡电路的连接方式，该振荡电路在克拉泼振荡电路的基础上进行了细微的改良，增加了一个与电感L 并联的电容，主要利用其改变频率而不对振荡回路的分压比产生影响的特点。电路图如下所示：
三点式正弦波振荡器 一、实验目的 1、 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计 算。 2、 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影 响。 3、 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。 二、实验内容 1、 熟悉振荡器模块各元件及其作用。 2、 进行LC 振荡器波段工作研究。 3、 研究LC 振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。 4、 测试LC 振荡器的频率稳定度。 三、实验仪器 1、模块 3 1块 2、频率计模块 1块 3、双踪示波器 1台 4、万用表 1块 四、基本原理 实验原理图见下页图1。 将开关S 1的1拨下2拨上， S2全部断开，由晶体管N1和C 3、C 10、C 11、C4、CC1、L1构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI 可用来改变振荡频率。 ) 14(121 0CC C L f += π 振荡器的频率约为4.5MHz （计算振荡频率可调范围） 振荡电路反馈系数 F= 32.0470 220220 3311≈+=+C C C 振荡器输出通过耦合电容C 5（10P ）加到由N2组成的射极跟随器的输入端，因C 5容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号经
N3调谐放大，再经变压器耦合从P1输出。 图1 正弦波振荡器（4.5MHz ） 五、实验步骤 1、根据图1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。 2、研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。 （1）将开关S1拨为“01”，S2拨为“00”，构成LC 振荡器。 （2）改变上偏置电位器W1，记下N1发射极电流I eo (=11 R V e ，R11=1K)（将万用表红 表笔接TP2，黑表笔接地测量V e ），并用示波测量对应点TP4的振荡幅度V P-P ，填于表1中，分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系，测量值记于表2中。 3、测量振荡器输出频率范围 将频率计接于P1处，改变CC1，用示波器从TP8观察波形及输出频率的变化情况，记录最高频率和最低频率填于表3中。 六、实验结果 1、步骤2振荡幅度V P-P 见表1.
晶体振荡器与压控振荡器 一、实验目的： 1．掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并联变换的晶体正弦波振荡器。 2．比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。 二、实验内容： 1．熟悉振荡器模块各元件及其作用。 2．分析与比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。 3．改变变容二极管的偏置电压，观察振荡器输出频率的变化。 三、基本原理： 1.下图是石英晶体谐振器的等效电路： 图中C0是晶体作为电介质的静电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。L q、C q、r q是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。r q是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。由图3-1可以看出，晶体振荡器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率f q和并联谐振频率f0分别为 f q=1/2πLqCq，f0= f q Co 1 Cq/ 图1 晶体振荡器的等效电路 当W＜W q或W> W o时，晶体谐振器显容性；当W在W q和W o之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。由于Lq很大，即使在W q处其电抗变化率也很大。其电抗特性曲线如图所示。实际应用中晶体工作于W q~W o之间的频率，因而呈现感性。
图2 晶体的电抗特性曲线 设计内容及要求 2 并联型晶体振荡器 图3 c-b型并联晶体振荡器电路 图 4 皮尔斯原理电路图 5 交流等效电路
C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上，C1、C2、C3串联组成石英晶体谐振器的负载电容C L上，其值为 C L=C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3) C q/ (C0+C L)<<1 3.电路的选择： 晶体振荡电路中，与一般LC振荡器的振荡原理相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。根据实际常用的两种类型，电感三点式和电容三点式。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。所以它具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。 图 6 工作电路 4.选择晶体管和石英晶体 根据设计要求，
第八章 脉冲波形的产生与整形 在数字电路或系统中，常常需要各种脉冲波形，例如时钟脉冲、控制过程的定时信号等。这些脉冲波形的获取，通常采用两种方法：一种是利用脉冲信号产生器直接产生；另一种则是通过对已有信号进行变换，使之满足系统的要求。 本章以中规模集成电路555定时器为典型电路，主要讨论555定时器构成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器以及555定时器的典型应用。 8.1 集成555定时器 555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。 目前生产的定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。 一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V ，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压变化范围为3～18V ，最大负载电流在4mA 以下。 一． 555定时器的电路结构与工作原理 1．555定时器内部结构： （1）由三个阻值为5k Ω的电阻组成的分压器； （2）两个电压比较器C 1和C 2： v +＞v －，v o =1； v +＜v －，v o =0。 （3）基本RS 触发器； （4）放电三极管T 及缓冲器G 。 2．工作原理。 当5脚悬空时，比较器C 1和C 2的比较电压分别为cc V 32和cc V 3 1 。 （1）当v I1>cc V 32，v I2>cc V 31 时，比较器 C 1输出低电平，C 2输出高电平，基本RS 触发 器被置0，放电三极管T 导通，输出端v O 为低电平。 （2）当v I1
高频电子线路课程设计报告设计题目：LC正弦波振荡器的设计 2014年1月10日
目录 一、设计任务与要求 (1) 二、设计方案 (1) 2.1电感反馈式三端振荡器 (1) 2.2电容反馈式三端振荡器 (2) 2.3克拉波电路振荡器 (3) 2.4西勒电路振荡器 (4) 三、设计内容 (5) 3.1LC振荡器的基本工作原理................................................ . (5) 3.2西勒电路原理图及分析 (6) 3.2.1振荡原理 (7) 3.2.2静态工作点的设置 (7) 3.3西勒振荡器原理图 (8) 3.4 仿真结果与分析 (8) 3.4.1软件简介 (8) 3.4.2进行仿真 (9) 3.4.3仿真结果分析 (11) 四、总结 (11) 五、主要参考文献 (13)
一、设计任务与要求 在本课程设计中，为了熟悉《高频电子线路》课程，着眼于LC正弦波振荡器的分析和研究。通过对电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）、电容反馈式三端振荡器（考毕兹振荡器）以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）的分析、对比和讨论，以达到课程设计的目的和要求。在课程设计中，为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim11.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。 本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号，输出频率可调范围为10~20MHz。本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。 二、设计方案 通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。由所学知识可知，西勒电路具有该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，频率调节方便，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用并联改进型的西勒电路振荡器。 下面对几种振荡器进行分析论证： 2.1电感反馈式三端振荡器 电感三点式振荡器又称哈特莱振荡器，其原理电路如图所示:
555时基电路构成的压控振荡器 摘要：555电路是集模拟电路和数字电路于一体的集成电路，是在上世纪70年代，为制作定时器而被设计制造的。该电路具有灵活的引出端脚，使用者尽用其能，将其广泛运用于电子行业的各个领域内，并且该电路在科研、仪表、测量、控制等诸多领域内也得到了广泛的应用。本文主要从原理和应用两个方面讲述由555无稳态多谐振荡器电路构成的压控振荡器。 关键词： 1、引言 如今，555时基电路得到如此广泛的应用，这得益于该电路本身独特的优越性。按照555电路的应用特点，以数字电路的分类方法作为基本方式，可将其分为：多谐振荡器的应用方式、单稳态电路的应用方式、双稳态（R-S触发器）电路的应用方式以及施密特电路的应用方式。本文要讨论的压控振荡器是一种结构特殊的多谐振荡器，全称为电压控制的多谐振荡器，简称VCO。由555电路构成的压控振荡器具有电路简单、成本低、产生脉冲波形的线性度好等特点，因此压控振荡器电路在锁相技术、A/D转换、脉冲调制及遥测技术中有广泛的用途，是一种十分重要的电路。. 2、555电路原理图]1[ 图1、原理电路图
整个原理电路图有5个部分组成，这5个部分可以分为三大部分进行解释：（1）分压器与比较器 三个等值电阻（每个5KΩ）串联进行分压，将电源电压分别分压为U CC/3和2U CC/3。其中2U CC/3加至电压比较器A1的同相输入端，作为它的参考电压；U CC/加之电压比较器A2的反相输入端，作为它的参考电压。A1、A2是由两个差分电路组成的电压比较器，相当于两个运算放大器的输入电路。这两个参考电压决定了555电路的输入特性。 上述原理电路图有两个输入端，分别称为触发端（TR、2脚）和阀值端（TH、6脚），它们分别是A2的同相输入端和A1的反相输入端。根据电压比较器的工作原理：当对输入端2脚上加上低于U CC/3的输入电压时，比较器A2输出低电平；当加上高于U CC/3的输入电压时，A2输出高电平。对于输入端6脚，当对其加上低于2U CC/3的输入电压时，A1输出高电平；当对其加上高于2U CC/3的输入电压时，A1输出低电平。 （2）基本R-S触发器]1[ 在数字电路中，触发器分为同步R-S触发器和基本R-S触发器，555电路中使用 是基本R-S触发器。这种触发器由两个非门交叉连接组成，它的特点是需要低电平触发，即只有在输入端加以低电平或负脉冲，触发器才能翻转。 它的逻辑功能是：当R=0，S=1时，不管触发器原来是什么状态，都会被置成低电平0的状态；当R=1,S=0时，触发器被置成高电平1的状态；当R=1,S=1时，触发器保持原状态不变；当R=0,S=0时，触发器的状态不定，不过这种状态是不允许出现的，也是不可能出现的。 （3）输出级]2[ 为了提高555电路带负载的能力，使其能够直接驱动一定功率的负载，并且隔离负载对定时器的影响，在它的R-S触发器之后加入了一级输出级G3。该输出级G3将R-S 触发器的输出电平进行反相，并同时给予一定的功率放大后输出，这就使得555电路可以直接驱动小型继电器、扬声器等。 （4）放电电子开关]3[ 在由555电路组成的定时定路及各类触发器和振荡器中，它们的工作状态都和电容器的充、放电有关。例如在定时电路中，通常把上比较器的输入端TH（6脚）接到只电容C的正极。这个电容又通过一只串联电阻R接到电源的正极。工作时，电源通过电阻R向电容C充电，当电容充电使其电压达到阀值电平后，比较器A1输出低电平，触发器R-S翻转，它的输出端变为高电平，经过一级反相器反相为低电平后作为一种控制信号输出，实现对电路的一种工作状态的控制。 ( 5 ) 555定时器的基本功能]4[ ①R=0，无论其他输入为何值（用×表示），必有Q=1，U O为低电平0，T D饱和导通，故R端称为置0端或复位端。 ②R=1，U TH>2U CC/3、U TR>U CC/3时，U O1为低电平，U O2为高电平，使Q=1、
实验二：LC与晶体振荡器 一．实验目的 1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。 2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能。 3．熟悉静态工作点IEQ对振荡器振荡幅度和频率的影响。 4．熟悉LC谐振回路的电容变化对振荡器振荡频率的影响。 二．实验预习要求 1．做本实验时应具备的知识点： * 三点式LC振荡器 * 克拉泼电路 * 静态工作点值对振荡器工作的影响 2．做本实验时所用到的仪器： * LC与晶体振荡模块实验板 * 双踪示波器 * 频率计 * 万用表 三．实验电路原理 1．概述 ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。 在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。 2．LC振荡器的起振条件 一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振、平衡条件和相位平衡条件。 3．C振荡器的频率稳定度 频率稳定度表示：在一定时间、或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；Δf０为振荡频率的频率误差，Δf０＝f０２－f０１；f０２和f０１为不同时刻的f０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。 4、LC振荡器的调整和参数选择 以实验采用的改进型电容三点振荡电路（西勃电路）为例 （1）静态工作点的调整 合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路，如实验电路图１２－１所示。
压控振荡器（VCO） 一应用范围 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。 二基本工作原理 利用变容管结电容Cj随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时Cj是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，Cj呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，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。 (V) T 图1变容二极管的V－C特性曲线 三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“dBmw”。 3 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“dBmw”。 4 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)(dBmw)。 6 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，在偏移主振f0为fm 的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz；相位噪 声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定
分类号 密级 基于Multisim11的压控振荡电路仿真设计 所在学院机械与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 姓名 学号 指导老师 年月日 诚信承诺
我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《基于Multisim11的压控振荡电路仿真设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年月日
摘要 Multisim是美国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟及数字电路板的设计工作，Multisim不仅具有丰富的仿真分析能力，而且还包含了电路原理图的图形输入及电路硬件描述语言的输入方式。有了Multisim软件就相当于有了一个电子实验室，可以非常方便的从事各种电路设计及仿真分析工作。 随着无线通信技术的快速发展，使得市场对压控振荡电路产生了巨大的需求。压控振荡器是通过调节可变电阻或电容可以改变波形的振荡频率，一般是通过人工来调节的。而在自动控制场合往往要求能自动地调节振荡频率。常见的情况是给出一个控制电压，要求输出波形的振荡频率与控制电压成正比。这种电路称为压控振荡器。 本次设计的内容是基于Multisim11的压控振荡电路仿真设计，阐述了压控振荡器的电路原理以及组成结构。本次设计是采用集成运算放大器741芯片组成的滞回电压比较器和反向积分电路，利用二极管1N4148相当于电子开关的功能，控制电容的充放电时间，构成的压控振荡电路，从而实现输入电压对输出频率变化的控制。只要改变输入端的电压，就可以改变输出端的输出频率。并在电路设计与仿真平台Multisim11仿真环境中创建集成压控振荡器电路模块，进而使用Multisim仿真工具对其进行仿真从而达到设计的目的和要求。 关键词：Multisim，压控振荡器，1N4148
课程设计说明书（论文） 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
课程设计说明书（论文） 目录 1 课题描述 (3) 2 设计原理 (3) 3 设计过程 (4) 3.1压控振荡器介绍 (4) 3.2设计内容 (5) 3.3设计步骤 (6) 4 设计结果及分析 (8) 总结 (9) 参考文献 (10)
课程设计说明书（论文） 1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j C随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时j C是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，j C呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，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。 (V) T 图2.1变容二极管的V－C特性曲线