1、2003 年 全 国 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛电 压 控 制 LC 振 荡 器A2山东轻工王伟 包洵 吴立元摘 要在 LC 振荡器的 LC 回路中，使用电压控制电容器（变容器） ，就可以在一定频率范围内构成电调谐振荡器。即电压控制 LC 振荡器。压控振荡器可广泛使用于频率调制器，锁相环路，以及无线电发射机和接收机中。在压控振荡器中实际电路中，振荡频率除了随变容管两端的控制电压的变化，还受其两端振荡电压的影响,这使得振荡频率在一定程度上也随振荡幅度而变化,因此在实际的应用中很难使用变容二极管得到较高较准的振荡电压。为了解决这个问题，我们采用了 MAX038 集成电路组成的压控振荡电路和
2、 MC 1496 集成电路组成的倍频电路来实现。这样，通过调节输入电压就可以得到较高频率的振荡电压，而且通过实验可知，其波形也很稳定。但是此时得到的电压幅度较小，故外接一个高频小信号放大电路，就能够得到题目所提到的 1v 电压的要求。一、方案对振荡器部分的方案 方案一：为提高输出波形的稳定性和精确度，采用 MAX038 集成电路做成压控振荡电路，对电阻电感电容的值作适当调整，可以输出 1M-37MHZ 不等的频率。方案二：将 MAX038 集成电路输出的频率为 3M-18MHZ 的电压通过 MC1496 集成电路组成的倍频电路，将会得到频率为 6M-36MHZ 的信号。方案比较：以上两种方案军
3、都能够满足题目所要求的输出频率范围，但是方案一中要得到 37MHZ 的频率需要大约 15PF 的电容，而一般这样容值较小的电容在高频范围内工作时的稳定性很差，不能够满足题目要求的 10-3数量级的稳定度。而方案二中要得到 18MHZ 的输出频率所需要的电容大约为 45pF 左右，这样大小的电容在高频范围内的工作要稳定的多，故选用方案二。对频率步进装置的方案方案一：由于该震荡器为压控装置，故可通过步进阻值的方法实现频率的步进，通过细调阻值的方式细调频率。方案二:通过细调阻止的方式细调频率，而对于频率的步进，则通过电感值的步进实现。方案比较：以上两种方法都能满足题目中提到的实现频率步进的要求，但是
4、方案二中需要通过电感的调整来实现频率的步进，这样就很难掌握电感值的大小，不容易做到精确控制。 二、设计MAX038 集成电路组成的压控振荡电路（图 1）MAX038 是集成的高频函数发生器，用很少的外部元件与之配合，便能产生失真度很小的正弦波，三角波形，据赤膊，方波（或脉冲） ，其频率可在 1HZ-20MHZ 之间通过电路确定，通过改变控制电流，电压或电阻，频率和占空比可以单独进行调节。MAX038 由正负 5V 电源供电，其输出幅度一般为 0。7V，因此在产品的输出时，要加一个放大器以适应要求，同时增加其带负载的能力。当用电压（V in） ，电阻（R in）的串联组合去控制 MAX038 的
5、频率时，其输出信号频率与输入电压 Vin成正比：F 0(MHZ)=Vin/Rin*Cf（PF），改变 Vin 可以改变振荡频率。在图一中，通过对可变电阻 R1的调节来改变输入电压的大小。MC1496 集成电路组成的倍频电路（图 2）MC1496 是一种双差分模拟乘法器的单块集成电路，它的输出电压随输入电压的变化而变化。由 MC1496 组成的倍频器的频率响应可高达 100MHZ 以上,由公式VoutExEycos( xt+ yt+)+cos( xt- yt-)E xEycos-cos(2t+) ( x 与 y 相等时) 可知道:若输入的信号为 V1cost，则通过倍频器后输出信号将变为 V2c
6、os2t+C，其中 C 为一常量，因此在输出端需要加一律波器将直流成分滤掉。考虑到电源对电路由很大的影响，所以在电源电路中采用了高质量稳压系统，并采用了有效的滤波措施。当输入电压通过 MAX038 压控振荡电路和 MC 1496 倍频电路后，得到的信号较以前有了很大的衰减。为了满足要求中所提出的实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，将倍频电路输出的信号通过滤波器（图 5）滤波之后，再输入一个高频小信号放大器中（图 3） ，适当调整电路中的参数，就可以得到题中要求的峰峰值为 1V 信号，在末端接一个电压表，就可以实时显示输出信号的峰峰值。三、论证：分部测试：首先我们将 MAX038 振荡电路的输
7、出端接到示波器上（图 1） ，f 0 的计算公式为：f0=2*2.5/(Rin*Cf)，根据要求中的 f0 范围计算，将 Cf 设为 62pF, 调节精密电位器，得到最大的输出频率为 13.3MHZ，将电容 Cf 降至 47pF，再次调节精密电位器，此时得到的最大输出频率为 17.7MHZ，基本达到了预期的效果。用信号发生器发出的正弦波通过滤波器接到 MC1496 倍频电路的输入端，从波形上可以看到频率成为原来的两倍，基本上能得到较为稳定的正弦波。但是由于信号发生器发出频率的最大值为 10MHZ,并未检测到当频率达到 10MHZ 以上时的情况。将信号经过高频信号放大器输出的信号通过滤波器接到一
8、个桥式整流电路（图 4）后再次滤波，能够电压表上显示出信号的峰峰值。综合测试：将以上提到的各个电路按下面的顺序依次连接起来，就得到了基本能满足题目要求的电路。在压控振荡电路的输入端加上输入电压，将高频小信号放大器的输出端接到示波器上，可以看到振荡器的输出波形为正弦波，并且波形良好稳定，无明显失真，调节精密电位器，可以得到从频率 1M37MHZ 不等的信号，并且通过测量发现，电位器基本上每调1K，其频率变化 1MHZ，因此可以实现输出频率步进，但是由于没有 20 档的开关，未能完成此项任务。同时经过一段时间的观察得到：通过此电路调节电位器得到的信号频率非常稳定，完全优于 10-3 的数量级。但是高频小信号放大器的放大倍数并没有达到预期计算的结果，因此输出电压的峰MAX038压控振荡电路MC 1496倍频电路滤波器 高频小信号放大器电压表峰值并没有达到题目所要求的 1V。王伟 包洵 吴立元
