壓控振蕩器的電路設(shè)計(jì)

1、 EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 壓控振蕩電路的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：徐昌、吳天宇、汪小玲 指導(dǎo)教師： 許長(zhǎng)安 所 在 系： 電子工程系 所學(xué)專(zhuān)業(yè)： 電子信息工程 年 級(jí)： 2012 2014 年 6 月目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2二、元器件清單及簡(jiǎn)介3三、設(shè)計(jì)原理分析5四、設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及改進(jìn)8五、總 結(jié)9六、參考文獻(xiàn)9壓控振蕩電路的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1課程設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容 本課題的主要研究?jī)?nèi)容是采用集成運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)壓控振蕩器的電路，并使用multisim仿真工具對(duì)其進(jìn)行仿真。包括壓控鋸齒波發(fā)生器電路、壓控矩形波發(fā)生器電路、壓控三角波發(fā)生器電路、壓控方波發(fā)生器電路。設(shè)計(jì)中要掌握電子電路設(shè)計(jì)的基本方法包括

2、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)公式、參數(shù)計(jì)算及電子元器件的選擇，掌握multisim在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。1.2 壓控振蕩器設(shè)計(jì)要點(diǎn)壓控振蕩器一般分為晶體壓控振蕩器和LC壓控振蕩器對(duì)于各種用途的晶體壓控振蕩和LC壓控振蕩，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的指標(biāo)大體上可以分為以下幾個(gè)方面：1、用運(yùn)算放大器構(gòu)成以壓控振蕩電路（VCO）將模擬電壓轉(zhuǎn)換成頻率。2、對(duì)上述頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示（用兩位數(shù)碼管即可）。3、模擬電壓可以是直流源，也可以是鋸齒波。4、運(yùn)算放大器構(gòu)成的積分器和滯回比較器。5、利用74ls160D芯片級(jí)聯(lián)來(lái)連接兩個(gè)數(shù)碼管。二、元器件清單及簡(jiǎn)介2.1電路元器件的選擇表5-1 壓控矩形波電路元器件選擇原件名稱(chēng)原件標(biāo)注參數(shù)型

3、號(hào)集成運(yùn)放UA1LM324AJ集成運(yùn)放U2COMPARATOR_VIRTUAL電阻R150K電阻R250K電阻R31K電阻R40.5K電阻R510K電阻R610 K電容C110nF電源VEE-15V電源VCC15V電源V1-9V穩(wěn)壓管D21N6025B穩(wěn)壓管D31N6025B示波器XSC1二極管D1DIODE_VIRTUAL十進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3、U674LS160D2個(gè)數(shù)碼管U4DCD_HEX_BLUE2個(gè)2.2壓控振蕩器部分元器件介紹 圖2.1 multisim中電阻元器件電阻，它是導(dǎo)體的一種基本性質(zhì)，與導(dǎo)體的尺寸、材料、溫度有關(guān)。電阻的基本單位是歐姆，用希臘字母“”表示。有這樣的定義：導(dǎo)體上加

4、上一伏特電壓時(shí)，產(chǎn)生一安培電流所對(duì)應(yīng)的阻值。電阻的主要職能就是阻礙電流流過(guò)。它的作用有限流，分流，分壓。 圖2.2 multisim中穩(wěn)壓二極管元器件穩(wěn)壓二極管的作用，穩(wěn)壓二極管也稱(chēng)齊納二極管或反向擊穿二極管，在電路中起穩(wěn)定電壓作用。它是利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化這一特點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)壓的。圖2.3 multisim中二極管元器件二極管的主要特性是單向?qū)щ娦裕簿褪窃谡螂妷旱淖饔孟?，?dǎo)通電阻很??；而在反向電壓作用下導(dǎo)通電阻極大或無(wú)窮大。 圖2.4 multisim中電容元器件所謂電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電， 當(dāng)然還有

5、整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，主要由兩塊正負(fù)電極和夾在中間的絕緣介質(zhì)組成，所以電容類(lèi)型主要是由電極和絕緣介質(zhì)決定的。 圖2.5multisim中三端集成運(yùn)算放大器元器件運(yùn)算放大器（常簡(jiǎn)稱(chēng)為“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。 三、設(shè)計(jì)原理分析3.1 壓控脈沖波發(fā)生器 脈沖波發(fā)生電路在測(cè)量、自動(dòng)控制、通訊、無(wú)限電廣播和遙控等技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，甚至在收音機(jī)、電視臺(tái)和電子表等日常生活用品也離不開(kāi)它?？傊}沖波發(fā)生電路廣泛用于工業(yè)

6、生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域中。3.2 壓控鋸齒波發(fā)生器電路設(shè)計(jì)仿真圖3.1 此電路直流源輸入的壓控振蕩電路，直流源經(jīng)過(guò)積分器得到一個(gè)uo1的波形為鋸齒波，然后鋸齒波經(jīng)過(guò)一個(gè)滯回比較器把鋸齒波轉(zhuǎn)變成脈沖波。積分器由電阻和電容以及運(yùn)算放大器組成。滯回比較器由電阻和穩(wěn)壓二極管組成。滯回比較器可用于產(chǎn)生矩形波、三角波和鋸齒波等各種非正弦波信號(hào)，也可用于波形交換電路。用于控制系統(tǒng)是，滯回比較器的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。當(dāng)輸入信號(hào)受干擾或噪聲的影響而上下波動(dòng)時(shí)，只要根據(jù)干擾或噪聲電平適當(dāng)調(diào)整滯回比較器兩個(gè)門(mén)限電平UT+和UT-的值，就可以避免比較器的輸出電壓在高、低電平之間反復(fù)跳變。當(dāng)集成運(yùn)放反向輸入

7、端和同向輸入端的電位相等，即U+=U_時(shí)，輸出端的狀態(tài)將發(fā)生跳變。其中U_=UI最后把得到的脈沖波經(jīng)過(guò)74ls160D兩個(gè)芯片級(jí)聯(lián)兩個(gè)顯示頻率的數(shù)碼管。 在輸出端利用示波器觀察波形，電壓表測(cè)量輸出電壓，頻率計(jì)測(cè)量頻率。仿真分析電路如圖3.1所示。 圖3.2 脈沖波仿真波形結(jié)果分析此圖為uo的波形圖，是個(gè)小的矩形脈沖圖此電路仿真圖參照模擬電子技術(shù)P460也電路圖，輸出的uo1為鋸齒波uo為矩形脈沖波，由于存在電阻阻值個(gè)其他因素的影響，脈沖不是太大，但是符合題目和老師的要求。四、設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及改進(jìn)本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的方案基本上能滿(mǎn)足要求。波形基本上沒(méi)有失真，測(cè)得的頻率和理論值很接近，輸出電壓也在規(guī)

8、定的范圍內(nèi)。該電路由一個(gè)滯回比較器和積分器組成。集成運(yùn)放和電阻集成運(yùn)放和電阻R4和R5組成滯回比較器，但該設(shè)計(jì)也有一定得問(wèn)題，在計(jì)算時(shí)由于沒(méi)有考慮二極管的導(dǎo)通電阻，因此計(jì)算的理論值和實(shí)際測(cè)得的數(shù)值會(huì)有一定的差距，而且還會(huì)因此產(chǎn)生一定的波形失真。由于二極管的導(dǎo)通電陰不可能為0，因此，選用不同的二極管會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生非常大的的偏差，波形嚴(yán)重失真。所以，在試驗(yàn)過(guò)程中要選擇合適的二極管。使得因?yàn)槎O管而產(chǎn)生的偏差盡量減小。試驗(yàn)之初用的是-3V的直流源，脈沖波形非常小，頻率跳變太快，后來(lái)?yè)Q成-9V的直流源后鋸齒波和脈沖波即為uo1和uo的波形，逐漸與理論值接近，波形越來(lái)越清晰。五、總 結(jié)

9、 在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也遇到了很多問(wèn)題。比如在剛開(kāi)始仿真時(shí)，矩形波發(fā)生電路畫(huà)出來(lái)之后，仿真結(jié)果是輸出波形是一條直線，頻率計(jì)和電壓表均沒(méi)有示數(shù)。接下來(lái)，我就仔細(xì)地檢查了一遍又一遍，最后終于在參考資料和同學(xué)的幫助下終于成功地仿真了結(jié)果。第二步，對(duì)上述頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示時(shí)，我們總是沒(méi)理解概念，選錯(cuò)了兩次的器件，最后還是在老師的指導(dǎo)慢慢解決的。這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多有用的東西，我不僅是鞏固了先前學(xué)的模電的理論知識(shí)，而且也培養(yǎng)了我的動(dòng)手操作能力，讓我學(xué)到了很多電腦上的應(yīng)用技巧，這是我以前很少接觸的。更為重要的是這次課程設(shè)計(jì)開(kāi)拓了我的視野，使我的創(chuàng)造性思維得到拓展。我感受到了知識(shí)的奧妙和學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。此外，這也將對(duì)我以后踏上工作崗位也有一定得幫助。所以我希望今后類(lèi)似這樣的課程設(shè)計(jì)，類(lèi)似這樣的鍛煉機(jī)會(huì)能更多些！六、參考文獻(xiàn) 1童詩(shī)白主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）高等教育出版社， 20062閻 石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）高等教育出版社，