模电课设方波三角波压控振荡器

第一章模电课设概述

1.1设计背景

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。

1.2 设计目的及意义

1）培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

2）锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。

3）通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。

4）巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。

5）为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。

1.3设计时间

课程设计时间：一周

1.4 开发环境proteus简介

PROTEUS软件是由英国LabCenter Electronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，

ARES是一款高级的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计。

通过PROTEUS ISIS软件的VSM（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有外围接口电子元器件一起仿真。

在原理图中，电路激励源、虚拟仪器、图表以及直接布置在线路上的探针一起出现在电路中。任何时候都能通过“运行”按钮或“空格”键对电路进行仿真。

PROTEUS有两种截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于图表的仿真。其中交互式仿真可实时观测电路的输出，因此可用于检验设计的电路是否能正常工作。

而基于图表的仿真能够在仿真过程中放大一些特别的部分，进行一些细节上的分析，因此基于图表的仿真可用于研究电路的工作状态和进行细节的测量。

PROTEUS软件的模拟仿真直接兼容厂商的SPICE模型，采用了扩充的SPICE3F5电路仿真模型，能够记录基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分析、傅里叶分析等，具有超过8000种的电路仿真模型。

PROTEUS软件的数字仿真支持JDEC文件的物理器件仿真，有全系列的TTL和CMOS数字电路仿真模型，同时一致性分析易于系统的自动测试。

PROTEUS软件支持许多通用的微控制器，如PIC、A VR、HC11以及8051；包含强大的调试工具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有对显示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。此外，PROTEUS可对IAR C-SPY、KEIL等开发工具的源程序进行调试。

此外，在PROTEUS中配置了各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测量和记录仿真的波形、数据。

第二章课程设计内容

2.1 课程设计题目

方波、三角波压控振荡电路的仿真与实现

初始条件：集成运算放大器、电阻、电位器、电容若干，直流电源，三极管等，或自备元器件

可用仪器：示波器，万用表，直流稳压源，函数发生器

2.2 课程设计统一技术要求

根据技术指标和已知条件，完成对多路对讲机的设计、装配与调试。

采用集成运放和集成功放及阻容元件等构成压控振荡电路，实现直流电压对方波、三角波频率的控制。

选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件的选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。(用proteus画电路原理图并实现仿真)

安装调试并按规定格式写出课程设计报告书。

2.3压控振荡器各单元电路介绍

2.3.1 积分电路

图（1）

积分电路如图（1）所示，其中UA741为运算放大器，C2为积分电容，利用积分器U1将从信号电压流入的电流积分至电容C2在输出端口6处输出积分结果。其中信号电压为方波提供。

设方波的峰值为Uo2，所以积分器输出的电压为vo1=Uo2*t/(R4*C2)。

这样该电路就完成了从方波到三角波的转换，在U1的6接口处输出了三角波。

2.3.2 迟滞比较器电路

图（2）

uA741通用型集成运放，它是一种具有高开环增益，高输入电压范围，有内部频率补偿，高共模抑制比，有短路保护，不会出现阻塞且便于失调电压调零等特点的高性能集成运放。

UA741的7号引脚和4号引脚为偏置端，接入正负5V的电源。1号和5号引脚为调零端。

UA741的输入端3，接由100K、120K的并联电阻R5、R7，从UA741的输入端2输入积分电路产生的三角波，三角波经过比较器后，从U2的输出端6输出方波，电阻R6、R7给U2很大的迟滞，从而就会一零点为中心，使比较器的阈值在正负向振荡，转换成对应的U2的输出电压的极性。设输出电压为±Vl，那么比较放大器的阈值为：±Vl×R6÷（R6+R7）。所以三角波的输出的峰值为放大器的阈值。

2.3.3 极性转换电路

图（3）

上图（3）极性转换电路，从R6留过来的电流很小经过三极管放大从集电极流入，该图中三极管起到了放大电路和电流反向的作用。

2.4 压控振荡器整体电路图

图所示为利用电压控制周期也即频率的三角波与方波发生器。U1是FET OP 放大器，此次选择的是uA741运算放大器，U2是可使电源电压充分震荡的比较放大器。也用的741.。

压控振荡器有两种缓冲输出：三角波和方波输出。频率是由比较器的输出电压摆幅决定的。通过将Q1替换成一个开光场效应晶体管可得到更优越的性能。快速场效应晶体管运算放大器可提高高频率时的表现。

首先利用积分器A1从信号源VS流入的电流积分至电容C,而在输出V o1处输出积分结果。利用比较器监视输出电压，达到一定电压时使积分器的极性反向，极性转换开关为晶体管2N2222A,高频放大三极管，在理想状态下与R4相比，若使用导通电阻很低的FET或线性IC门的话，就可以减少误差。图中的D2二极管是过滤掉方波的负向最大值。波形通过Q1后转换成Vi/2到0v的阶跃波形。再通过积分器电容充放电使得三角波产生。生成的三角波再通过比较器反作用产生方波，方波的幅值约等于工作电压，如给10负工作电压输出约为9.12