[电子通讯] 压控高频LC振荡电路的设计

前言
1.1 振荡器概述
振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。 凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。如：无线电发明初期所用的火花发射机、电弧发生器等，都是振荡器。
现在，使用电子管、晶体管等器件与L、C、R等元件组成的振荡器则完全取代了以往所有产生振荡的方法，因为它具有以下的优点：
它将直流电能转变为交流电能，而本身静止不动，不需作机械转动或移动。如果用高频交流发电机，则其旋转速度必须很高，最高频率也只能达50Hz，但却需要很坚实的机械构造。
它产生的是“等幅振荡”，而火花发射机等产生的是“阻尼振荡”。使用方便，灵活性很大，它的功率可自毫瓦级到几百千瓦，工作频率则可自极低频率至微波波段。
振荡器根据自身输出的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，正弦波振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用；而非正弦振荡器能产生出矩形波(方波)、三角波、锯齿波等信号，这些信号可以用于测量设备、数字系统、自动控制及计算机设备中。本设计讨论的就是正弦波振荡器。
1.2 设计的可行性
正弦波振荡器有着非常广泛的应用，但是相关的设备售价较高，因此，研究制作简单的压控高频LC振荡器有着较高的实用意义。本设计主要通过以变容二极管为核心的LC振荡回路产生振荡频率，并通过单片机控制系统控制振荡回路以得到所需的频率，成本不高，在技术层面和经济角度上完全可行。
2. 系统的总体设计
2.1 系统的总体设计思想
该高频LC振荡器的核心元件是变容二极管,主控元件是单片机。
变容二极管实际上是一个电压控制的可变电容元件。当外加反向偏置电压变化时，变容二极管PN结的结电容会随之改变，其变化规律如图1所示。
......

目 录
1 前言
2 系统的总体设计
3 方案比较与确定
4 总结
致谢
参考文献
英文摘要
附录一 系统总设计图
附录二 系统程序

参 考 文 献
申功迈, 钮文良编著. 2001. 高频电子线路. 西安：西安电子科技大学出版社. 18-25
李华，孙晓民,李红青等. 1993. MCS-51系列单片机实用接口技术. 北京：北京航天航空大学出版社. 64-73
张肃文，陆兆熊. 1992. 高频电子线路（第三版）. 北京：高等教育出版社. 162-170
杨振江. 2001. 智能仪器与数据采集系统中的新器件应用. 西安：西安电子科技大学出版社. 297-300
胡汉才. 1996. 单片机原理极其接口技术. 北京：清华大学出版社. 121-135
高鹏，安涛，寇怀成. 2000. 电路设计与制版Protel 99 入门与提高. 北京：人民邮电出版社. 3-160
曾兴雯. 1994. 高频电路原理与分析. 西安：西安电子科技大学出版社. 64-89
赖麒文. 2002. 8051单片机C语言彻底应用. 北京：科学出版社. 46-48
陈有卿. 1999. 实用新颖电子器具制作精选. 北京：人民邮电出版社. 110-116
JIM WILLIAMS. 1991. High Speed Amplifier Techniques. LinearTechnology. 24-25
Mike Koen.2000. High Speed Data Conversion Burr-Brown Corporation. 8-12

摘 要
在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域里，正弦波自激振荡器有着广泛的应用。 通过电压控制变容二极管实现调频更是目前应用最广泛采用的一种电路，这是因为利用变容二极管的电路实现简单,性能良好。本设计就是采用了变容二极管的方案实现所需功能。
本设计题目的要求是：设计一个高频LC振荡电路，使其输出波形无明显失真的正弦波，输出频率范围为15MHz～35MHz，输出电压峰-峰值为Vp-p=1V±0.1V，实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，精度优于10％，并要求实现输出频率以1MHz100kHz为步进间隔步进。
根据设计要求，本方案设计了一个电压控制的LC振荡器,振荡频率范围为15MHz到35MHz,经过比较分析,我们设计了由差动式对管组成的差分振荡器，特点是波形好,频率漂移小,幅度稳定。振荡回路模块主要通过电感器和变容二极管MV2109共同作用实现,利用外加电压改变振荡频率,为了满足频率范围要求,我们采用了切换振荡电感器的方法。控制系统以单片机为控制中心,并具有键盘和液晶显示器,通过峰值检波电路可实现振荡波形的峰峰值实时测量与显示。3～30V调协电压采用硬件伺服电路产生，确保频率稳定,实测频率稳定度为1/1000,将振荡器高频输出经过高频缓冲器OPA633缓冲之后一路接至峰值测量检波器测量峰值。高速缓冲器将外部电路与内部振荡器进行隔离,进一步保证振荡频率与波形的稳定。实测在频率范围内的峰峰值为1V+/-0.1V。
关键词 高频LC振荡器 A/D模块 D/A模块 LCD