電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)PAGE1電壓控制LC振蕩器的設(shè)計(jì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)論文題目：電壓控制LC振蕩器的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：信息工程學(xué)院自動(dòng)化年級(jí)：2010級(jí)學(xué)生：指導(dǎo)教師：實(shí)物制作成績(jī)（50分）設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)（40分）答辯（10分）總成績(jī)備注方案過(guò)程指標(biāo)焊接分工方案論證設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、原件選擇報(bào)告格式原理講述問(wèn)題回答前言本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)電壓控制LC振蕩器，振蕩器輸出波形為無(wú)失真的正弦波。計(jì)劃采用分立元件組成電壓控制LC振蕩器，采用滑動(dòng)變阻器改變輸入電壓，采用電壓反饋電路使輸出電壓幅值穩(wěn)定在1V±0.1V。首先通過(guò)閱讀之前學(xué)習(xí)過(guò)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》和《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，以及《單片機(jī)原理》等課程書(shū)籍了解電壓控制LC振蕩電路原理及設(shè)計(jì)電路。通過(guò)比較幾種經(jīng)典電壓控制LC振蕩電路基本三點(diǎn)式振蕩電路及西勒振蕩器等設(shè)計(jì)出更為簡(jiǎn)潔的電壓控制LC振蕩器。本組方案通過(guò)指導(dǎo)老師的審查之后，電路焊接等工作重點(diǎn)在大連大學(xué)素質(zhì)教育基地工作室完成。最后調(diào)試階段在老師的指導(dǎo)下完成，并通過(guò)了本次課程設(shè)計(jì)。本組成員孫飛翔、付賀。決定選題并通過(guò)指導(dǎo)老師謝新開(kāi)確定可行性之后。電路焊接部分主要由孫飛翔負(fù)責(zé)，付賀輔助工作。最后在老師的指導(dǎo)下調(diào)試結(jié)束并通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)后，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文部分主要由付賀負(fù)責(zé)，孫飛翔提供意見(jiàn)，做輔助工作。目錄一、摘要 4二、設(shè)計(jì)要求 5三、正文 5第一章、系統(tǒng)概述 51.1、原理框圖 51.2、芯片介紹 51.3、功能實(shí)現(xiàn)原理 7第二章、單元電路設(shè)計(jì)與分析 72.1、方案論證 72.1、工作狀態(tài)分析 8第三章、電路的安裝與調(diào)試 10第四章、結(jié)束語(yǔ) 11四、鳴謝 12五、元器件明細(xì)表 13六、附圖 14七、參考文獻(xiàn) 15摘要本設(shè)計(jì)是一個(gè)電壓控制的LC正弦波振蕩器，即用電壓控制L類(lèi)型的振蕩器并實(shí)現(xiàn)輸出電壓的峰峰值恒定在1V±0.1V并能用示波器顯示輸出電壓的峰峰值。主振器由分立元件組成。電壓對(duì)頻率的控制是通過(guò)變?nèi)荻O管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即通過(guò)改變變?nèi)荻O管的反向壓降，從而改變變?nèi)荻O管的結(jié)電容，繼而改變振蕩頻率。關(guān)鍵詞：電壓控制，變?nèi)荻O管，振蕩頻率二、設(shè)計(jì)要求名稱(chēng)：電壓控制LC振蕩器要求：振蕩器輸出為正旋波，波形無(wú)明顯失真輸出頻率范圍：15MHZ~35MHZ。輸出頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于0.01輸出電壓峰值：Vpp=1V+0.1V實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示振蕩器輸出電壓峰值，精度優(yōu)于10%?？蓪?shí)現(xiàn)輸出頻率步進(jìn)，步進(jìn)間隔1MHZ+100MHZ三、正文第一章、系統(tǒng)概述1.1、原理框圖圖1方波、三角波、正弦波、信號(hào)發(fā)生器的原理框圖首先多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波，最后用低通濾波器將方波轉(zhuǎn)化為正弦波，但這樣的輸出將造成負(fù)載的輸出正弦波波形變形，因?yàn)樨?fù)載的變動(dòng)將拉動(dòng)波形的崎變。1.2、芯片簡(jiǎn)介L(zhǎng)M324芯片簡(jiǎn)介：LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝（DIP14），外形如圖2所示：圖2LM324外型圖片它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3所示的符號(hào)來(lái)表示：圖3LM324內(nèi)部的運(yùn)放單元在電路中的符號(hào)它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖4：圖4LM324引腳排列圖由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。LM2940芯片簡(jiǎn)介：常用串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源LM2940，輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器，具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)；輸出電壓5v，輸出電流1。輸出電流1A時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于0.8V，最大輸入電壓26V，工作溫度-40——+125℃；內(nèi)含靜態(tài)電流降壓電路、電流限制、過(guò)熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。LM2940-5可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾，以及電流不足的問(wèn)題，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作。1.3、功能實(shí)現(xiàn)原理：根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)框圖如下圖所示：電源電源滯回比較器積分器二階有源低通濾波器方波三角波正弦波波圖4系統(tǒng)框圖系統(tǒng)采用±12V雙電源供電，主體部分由LM324集成運(yùn)放芯片構(gòu)成的滯回比較器、積分器和二階有源低通濾波器電路組成。它由滯回比較器產(chǎn)生方波信號(hào)，方波信號(hào)經(jīng)過(guò)積分器后產(chǎn)生三角波信號(hào)。三角波信號(hào)一路反饋回滯回比較器，作為滯回比較器的VREF；另一路經(jīng)二階有源低通濾波器濾波以后產(chǎn)生正弦波信號(hào)。使用時(shí)可以在電路系統(tǒng)的不同輸出點(diǎn)得到不同的波形信號(hào)。第二章、單元電路設(shè)計(jì)與分析2.1、方案論證振蕩器的比較在各種振蕩電路中，LC振蕩電路是比較常見(jiàn)的一種。常用的LC振蕩電路有以下幾種：方案一：采用互感耦合振蕩器形式。調(diào)基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時(shí)，振幅比較穩(wěn)定。調(diào)發(fā)電路只能解決起始振蕩條件和振蕩頻率的問(wèn)題，不能決定振幅的大小。調(diào)集電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩(wěn)定，幅度較大諧波成分較小?；ジ旭詈险袷幤髟谡{(diào)整反饋（改變耦合系數(shù)）時(shí)，基本上不影響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時(shí)，難于做出穩(wěn)定性高的變壓器，而且靈活性較差。一般應(yīng)用于中、短波波段。方案二：采用電感三點(diǎn)式振蕩。由于兩個(gè)電感之間有互感存在，所以很容易起振。另外，改變諧振回路的電容，可方便地調(diào)節(jié)振蕩頻率，由于反饋信號(hào)取自電感兩端壓降，而電感對(duì)高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故不能抑制高次諧波的反饋，因此振蕩器輸出信號(hào)中的高次諧波成分較大，信號(hào)波形較差。方案三：采用電容三點(diǎn)式振蕩器。電容三點(diǎn)式振電路的基極和發(fā)射極之間接有電容，反饋信號(hào)取自電容兩端，它對(duì)諧波的阻抗很小，諧波電壓小，因而使集電路電流中的諧波分量和回路的諧波電壓都較小。反饋信號(hào)取自電容兩端，由于電容對(duì)高次諧波呈現(xiàn)較小的容抗，因而反饋信號(hào)中高次諧波分量小，故振蕩輸出波形好，而且電容三點(diǎn)式振蕩器的頻率穩(wěn)定，適于較高工作頻率?？紤]到本設(shè)計(jì)中要求頻帶較寬，輸出波形好。通過(guò)參考以上方案，設(shè)計(jì)出本組方案如下所示：方案四：此方案是準(zhǔn)備在2012年暑假參加電子設(shè)計(jì)大賽時(shí)所做，因?yàn)橐捎肨I公司元件，經(jīng)過(guò)多次比較采用OPA354，經(jīng)由Tina—TI軟件仿真后得到如下仿真圖，此方案暑假已經(jīng)做出，并且經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)?zāi)艿玫揭粋€(gè)良好的正弦波，在此用LM324代替OPA354，通過(guò)控制R6或C2來(lái)調(diào)節(jié)輸出波形的此外圖中VG1需要利用函數(shù)發(fā)生器檢驗(yàn)。2.2、工作狀態(tài)分析：設(shè)計(jì)要求振蕩器的頻率要用電壓來(lái)控制，可以采用變?nèi)荻O管代替振蕩回路中的振蕩電容，通過(guò)改變加在變?nèi)荻O管兩端的反向偏壓來(lái)改變管子的結(jié)電容，從而改變電路的振蕩頻率。只要我們能控制VCO的輸入電壓，就可以控制振蕩器的振蕩頻率。方波信號(hào)由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出，積分電路區(qū)段如下：系統(tǒng)原理圖如下所示：、電路的安裝與調(diào)試如圖所示，輸入端接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，輸出端接示波器，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示電路實(shí)物圖設(shè)計(jì)如圖所示：試驗(yàn)結(jié)果如圖所示：、結(jié)束語(yǔ)本此課程設(shè)計(jì)實(shí)際結(jié)果與仿真所出結(jié)果有些差別，波形不是太標(biāo)準(zhǔn)，有待進(jìn)一步調(diào)節(jié)。此外，本組設(shè)計(jì)的預(yù)期電路中OPA354插件由于條件所限用LM324代替。另外由于考慮不周，電路完成之后不可調(diào)，可改進(jìn)為可調(diào)節(jié)的滑動(dòng)變阻器，進(jìn)而可使試驗(yàn)結(jié)果所得到的波形更佳。四、鳴謝課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)提出分析和解決實(shí)際問(wèn)題鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.回顧起此次課程設(shè)計(jì)，我感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于順利完成。在次我表示衷心的感謝五、元器件明細(xì)表序號(hào)元器件名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量1LM294022LM790523OPA354（直插），【若買(mǎi)不到，可用LM324】24電解電容100uF85電容104pF86電容1uF27電容100nF28電容10nF29電阻1K210電阻2.2K211電阻20K212,、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器