压控晶体振荡器及其调频变容二极管
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压控振荡器一.基本原理信号的频率取决于输入信号电压的大小,因此称为“压控振荡器”。
其它影响压控振荡器输出信号的参数还VCO(Voltage ControlledOscillator)(压控振荡器)是指输出信号的频率随着输入信号幅度的变化而发生相应变化的设备,它的工作原理可以通过公式(5-1)来描述。
(5-1)其中,u(t)表示输入信号,y(t)表示输出信号。
由于输入信号的频率取决与输入信号的电压的变化,因此称为“压控振荡器”。
其他影响压控振荡器输出信号的参数还有信号的幅度Ac ,振荡频率fc,输入信号灵敏度kc,以及初始相位。
压控振荡器的特性用输出角频率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。
在MATLAB中压控振荡器有两种:离散时间压控振荡器和连续时间压控振荡器,这两种压控振荡器的差别在于,前者对输入信号采用离散方式进行积分,而后者则采用连续积分。
本书主要讨论连续时间压控振荡器。
为了理解压控振荡器输出信号的频率与输入信号幅度之间的关系,对公式(5-1)进行变换,取输出信号的相角Δ为对输出信号的相角Δ求微分,得到输出信号的角频率ω和频率f分别为:ω=2πf c+2πk c u(t) (5-3)(5-4)从式(5-4)中可以清楚地看到,压控振荡器输出信号的频率f与输入信号幅度u(t)成正比。
摘要调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点,获得了快速的发展。
调频电台的频带通常大约是200~250kHz,其频带宽度是调幅电台的数十倍,便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制,在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾,因此音频信号的频率局限于30~8000Hz的范围内。
在调频时,可以将音频信号的频率范围扩大至30~15000Hz,使音频信号的频谱分量更为丰富,声音质量大为提高。
目前,变容二极管直接调频电路是目前应用最广泛的直接调频电路,它是利用变容二极管反向所呈现的可变电容特性实现调频的,具有工作频率高固有损耗小等特点。
现有的对于调频电路的研究与仿真主要集中在锁相环电路,变容二极管直接调频电路研究较少,对于变容二极管静态调制特性的研究更是几乎无人涉及。
变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时,有大量电流产生,PN(正负极)接面的耗尽区变窄,电容变大,产生扩散电容效应;当外加反向偏压时,则会产生过渡电容效应。
但因加顺向偏压时会有漏电流的产生,所以在应用上均供给反向偏压。
在变容二极管直接调频电路中,变容二极管作为一压控电容接入到谐振回路中,有所学的正弦波振荡器章节中,我们知道振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。
因此,当变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时,由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率也就随之变化,若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系,就完成了调频的功能,这也是变容二极管调频的原理。
关键词:LC振荡电路、变容二极管、调频1.设计要求(1)主振频率=8MHZ(2)频率稳定度/≤0.0005/h(3)主振级的输出电压(4)最大频偏(5)电源电压= 5V2.电路原理分析变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时,有大量电流产生,PN(正负极)接面的耗尽区变窄,电容变大,产生扩散电容效应;当外加反向偏压时,则会产生过渡电容效应。
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 Co1Cq/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Q1Re C1C212Y1C3Rb2CbRb1LcVCC GNDCcQ1ReC1C212Y1C3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 / (C 0+C L )<<13.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。
1 绪论1.1 压控振荡器原理及发展现状调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电路的振荡频率,要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。
这种电路称为压控振荡器,又称为VCO 或u-f 转换电路。
怎样用集成运放构成压控振荡器呢?我们知道积分电路输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比,如果积分电容充电使输出电压达到一定程度后,设法使它迅速放电,然后输入电压再给它充电,如此周而复始,产生振荡,其振荡频率与输入电压成正比,即压控振荡器。
其特性用输出角频率0ω与输入控制电压C u 之间的关系曲线(图1.1)来表示。
图中C u 为零时的角频率,(0ω,0)称为自由振荡角频率;曲线在(0ω,0)处的斜率0K 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。
图1.1 压控振荡器的控制特性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。
压控振荡器(VCO)是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器,是频率产生源的关键部件。
频率产生源是大多数电子系统必不可少的组成部分,更是无线通信系统的核心。
在许多现代通信系统中,VCO是可调信号源,用以实现锁相环(PLL)和其他频率合成源电路的快速频率调谐。
VCO已广泛用于手机、卫星通信终端、基站、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机和其他电子系统。
电压控制LC振荡器设计摘要: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,它是锁相环、时钟恢复电路以及频率综合器的重要组成电路,所以设计高性能的压控振荡器对通信系统性能的提高具有十分重要的意义。
电压控制LC振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件,为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案。
本设计采用压控振荡芯片MC1648和变容二极管MV209,外接一个LC振荡回路构成变容二极管压控振荡电路,只要改变二极管两端的电压,即可改变MC1648的输出频率。
并且利用锁相环频率合成技术,采用大规模PLL芯片MC145152和其他芯片构成数字锁相环式频率合成器,另外利用MC145152的分频系数A、N值而改变输出频率,使输出频率稳定度进一步提高。
关键词: MV209;压控振荡器;锁相环;频率稳定Voltage-controlled LC oscillatorAbstract: In recent years, with wireless communication technology rapid development of the market for radio frequency integrated circuit produced a huge demand. In the RF circuit, the voltage-controlled oscillator (VCO) occupies a very important position, which is phase-locked loop, clock recovery circuit and the frequency of an important component of an integrated circuit device, so the design of high-performance voltage-controlled oscillator for communication system performance the improvement of great significance.The voltage-controlled LC oscillator is now using a very broad class of electronic devices for power conversion circuit for a light, mobile handheld devices provide a good solution. Design and use of VCO varactor chip MC1648 MV209, constitute an external LC oscillator circuit varactor VCO circuit, as long as the change in voltage across the diode, you can change the MC1648's output frequency. And the use of PLL frequency synthesizer technology, using large-scale MC145152 PLL chip and other chips form digital PLL frequency synthesizer, while the sub-frequencycoefficients using MC145152 A, N value and change the output frequency, the output frequency stability and further increased.Key words:MV209; voltage controlled oscillator; PLL; frequency stability AGC目录1引言 (3)1.1系统设计的目的 (3)1.2系统设计的意义 (4)1.3 研究范围及要达到的参数 (4)1.4本课题应解决的主要问题 (5)2系统设计要求和设计方案 (2)2.1系统设计的依据 (2)2.2系统设计的要求 (2)2.3系统的性能指标 (2)2.4系统的方案论证 (3)2.4.1电压控制LC振荡器的设计与比较 (3)2.4.2功率放大器的设计与比较 (4)2.4.3频率控制方式的设计与比较 (5)2.4.4 控制模块的设计方案与选择 (6)2.4.5稳幅电路的设计方案与选择 (6)3系统硬件设计 (7)4.1压控振荡器和稳幅电路的设计 (7)4.2锁相环式频率合成器的设计 (7)4.2.1鉴相器 (10)4.2.2压控振荡器 (11)4.2.3环路滤波器 (12)4.2.4锁相环(PLL)技术基本原理 (13)4.2.5PLL频率合成电路的设计 (15)4.3前置分频器 (18)4.4低通滤波器 (19)4.5单片机控制电路的设计 (20)4系统软件设计 (22)5.1程序设计 (22)5.1.1设定A、N值,以得到需要的输出频率 (23)5.2系统的仿真 (26)5系统调试 (27)6结束语 (28)参考文献 (29)附录 (30)附录1:元器件清单 (30)附录2:电路原理图 (31)附录3:程序 (35)谢辞 (36)1.引言振荡器用于产生一定频率和幅度的信号,它不需要外加输入信号的控制,就能自动的将直流电流转换为所需的交流能量输出。
摘要调频广播具有抗干扰性能强、声音清晰等优点,获得了快速的发展。
调频电台的频带通常大约是200~250kHz,其频带宽度是调幅电台的数十倍,便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制,在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾,因此音频信号的频率局限于30~8000Hz的范围内。
在调频时,可以将音频信号的频率范围扩大至30~15000Hz,使音频信号的频谱分量更为丰富,声音质量大为提高。
目前,变容二极管直接调频电路是目前应用最广泛的直接调频电路,它是利用变容二极管反向所呈现的可变电容特性实现调频的,具有工作频率高固有损耗小等特点。
现有的对于调频电路的研究与仿真主要集中在锁相环电路,变容二极管直接调频电路研究较少,对于变容二极管静态调制特性的研究更是几乎无人涉及。
变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时,有大量电流产生,PN(正负极)接面的耗尽区变窄,电容变大,产生扩散电容效应;当外加反向偏压时,则会产生过渡电容效应。
但因加顺向偏压时会有漏电流的产生,所以在应用上均供给反向偏压。
在变容二极管直接调频电路中,变容二极管作为一压控电容接入到谐振回路中,有所学的正弦波振荡器章节中,我们知道振荡器的振荡频率由谐振回路的谐振频率决定。
因此,当变容二极管的结电容随加到变容二极管上的电压变化时,由变容二极管的结电容和其他回路元件决定的谐振回路的谐振频率也就随之变化,若此时谐振回路的谐振频率与加到变容二极管上的调制信号呈线性关系,就完成了调频的功能,这也是变容二极管调频的原理。
关键词:LC振荡电路、变容二极管、调频1.设计要求(1)主振频率=8MHZ(2)频率稳定度/≤0.0005/h(3)主振级的输出电压(4)最大频偏(5)电源电压= 5V2.电路原理分析变容二极管为特殊二极管的一种。
当外加顺向偏压时,有大量电流产生,PN(正负极)接面的耗尽区变窄,电容变大,产生扩散电容效应;当外加反向偏压时,则会产生过渡电容效应。
目录摘要 01、方案选择 (1)2、变容二极管直接调频原理 (1)3、变容二极管直接调频 (3)3.1 变容二极管工作原理 (3)4、电路实现 (4)4.1课程设计指标 (4)4.2元件参数选择 (5)4.3电路设计仿真图 (5)4.4电路仿真结果 (6)4.5 PCB如图4.4所示 (7)总结与体会 (8)参考文献 (9)摘要调频电路具有抗干扰性能强、声音清晰等优点,获得了快速的发展。
主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥控。
调频电台的频带通常大约是200~250kHz,其频带宽度是调幅电台的数十倍,便于传送高保真立体声信号。
由于调幅波受到频带宽度的限制,在接收机中存在着通带宽度与干扰的矛盾,因此音频信号的频率局限于30~8000Hz 的范围内。
在调频时,可以将音频信号的频率范围扩大至30~15000Hz,使音频信号的频谱分量更为丰富,声音质量大为提高。
变容二极管调频电路是一种常用的直接调频电路,广泛应用于移动通信和自动频率微调系统。
其优点是工作频率高,固有损耗小且线路简单,能获得较大的频偏,其缺点是中心频率稳定度较低。
较之中频调制和倍频方法,这种方法的电路简单、性能良好、副波少、维修方便,是一种较先进的频率调制方案。
本课题载波由LC电容反馈三端振荡器组成主振回路,振荡频率有电路电感和电容决定,当受调制信号控制的变容二极管接入载波振荡器的振荡回路,则振荡频率受调制信号的控制,从而实现调频。
关键词:变容二极管 LC电容反馈三端振荡器调频1、方案选择变容二极管调频方式有两种:间接调频和直接调频。
(1)间接调频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。
摘要本电压控制LC振荡器系统包括压控振荡器、数字锁相环,单片机嵌入式系统。
本系统的压控振荡器部分采用了压控振荡器芯片MC1648和变容二极管MV209,外接一个LC振荡回路构成变容二极管压控振荡器,频率调节范围宽,在输入电压从0.5V变化到8V时,输出频率可以从15MHz变化到35MHz,且能保持良好的线性度,振荡环路加入了防振措施,高次谐波能得到很好的抑制,输出的正弦波波形良好,纯度高,失真低,幅度高且稳定。
由于采用单片机控制数字锁相技术及锁相环式频率合成器(MC145152),使VCO的频率稳定度和精度极高,步进值可以在1KHz到1MHz内任意设置(最小为1KHz),为了实际使用方便和考虑到题目要求,本设计的步进值置为100KHz。
本系统使用单片机控制,从操作的灵活性和可靠性方面考虑,仅置了四个按键,省去了繁杂的程序调试,也不用担心程序会跑死。
关键词:压控振荡器,数字锁相环,单片机,MC1648,MC14515ABSTRACTThis voltage control LC oscillator system package is drawn together and is pressed accuse voltage control oscillator and digital PLL , single chip microcomputer Embedded system . the accuse oscillator VCO of this system has partly used that the pressure controls the oscillator chip MC1648 and becomes the appearance diode to meet outside the MV209, vibration of LC return circuit to form to become the appearance diode pressure to control the oscillator , the frequency setting range width , when input voltage changes to 8V from 0.5V , the export frequency can change to 35MHz, from 15MHz and can keep good the degree of linearity , the vibration cycle has been joined antihunts the measure , and High More inferior harmonic can get the restraining of very good , the sine wave waveform of export good , purity high , it is low to lack fidelity , range Gao Qie stable . owing to uses single chip microcomputer control figure phase lock technique and PLL type frequency synthesizer ( MC145152 ) , making that the frequency degree of stability and precision of the VCO is extremely high ,bu Jinzhi can be in the wanton installation of 1KHz to the 1MHz ( minimal is 1KHz ) , and for real uses conveniently and think over the title requirement that bu Jinzhi's set of this design is for 100KHz . this system is used the single chip microcomputer and is controlled , and thinks over flexibility and the reliability from operates , and has only placed four keys , and has left out miscellaneous program debug , and also need not worry that the program can run extremely .Key Words:VCO, digital PLL, MUC, MC1648,MC145152目录摘要 (I)ABSTRACT....................................................................................... П绪论.. (1)第1章系统设计 (2)1.1 引言 (2)1.1.1 设计要求 (2)1.2 总体设计方案 (2)1.2.1 设计思路 (2)1.2.2 电压控制LC振荡器(VCO)设计方案论证与选择 (3)1.2.3 频率控制方式的设计方案论证与选择 (3)1.2.4 频率合成器的设计方案论证与选择 (4)1.2.5 控制模块的设计方案论证与选择 (5)1.2.6 稳幅电路的设计方案论证与选择 (6)1.2.7 电源方案论证与选择 (6)1.3 系统组成 (6)第2章单元电路设计 (8)2.1 压控振荡器和稳幅电路的设计..................................................... . (8)2.2 锁相环式频率合成器的设计........................................................ (11)2.2.1 锁相环(PLL)技术的基本原理 (11)2.2.2 锁相环路的数学模型 (13)2.2.3PLL频率合成电路的设计 (16)2.3 前置分频器...................................................... (19)2.4 低通滤波器 (22)2.5 频率的计算 (23)2.6 单片机控制电路 (24)2.7 电源电路设计 (25)第3章软件设计 (26)3.1 MC145152的控制和显示部分的程序设计 (26)第4章系统的性能指标 (28)4.1概论 (28)4.2 系统性能指标 (28)4.2.1 频率稳定 (28)4.2.2 振幅稳定 (29)4.3 频率合成器 (29)4.4 集成锁相环路 (31)结论/展望 (33)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (37)绪论在电子线路中,除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外,还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子电路。