时间：2023-05-29 17:49:43
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇振荡电路，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：555集成电路；典型振荡电路；分析；改进
1.555集成电路的特点
555集成电路的一个显著特点就是能够将模拟功能和逻辑功能有效地结合在一起，从而形成一个集成化的电路。555集成电路是数字电路与模拟电路的有机结合，具有延缓时间、发出脉冲信号等功能。555电路具有线路简洁明了、功能完善、灵活性强、使用方便等多项优点，因此，555集成电路常被用于典型的多谐振荡电路中，以代替传统的连接式控制组件构成脉冲振荡电路。
除此之外，555集成电路还具有工作效率高、稳定性强、精度高等优点。由于555集成电路采用的电压范围为2～28伏，因此能够与其他数字电路进行有效的连接。555集成电路还有一定的输出功率，能够用于对微电机、指示灯、扬声器等多种电路的调节。
2.555集成电路的类型与选择
555集成电路主要有两种类型，分别是双核型、互补金属氧化物半导体型。其中，双核型电路的性能更强，因此使用频率较高。
555集成电路构成的基本电路通常有单稳态触发电路、双稳态触发电路、无稳态工作电路。无稳态电路的输出状态是在高低之间持续转换的，从而形成了一个矩形的脉冲图像。因此，从本质上来看，这是一种脉冲振荡器，因为它能输出矩形脉冲。从电路原理上来看，这个脉冲可以看作正弦波和一系列频率相同但幅度不相同的正弦波叠加而成的，它是不需要外部的脉冲来引发振荡而自动启动的，因此，它又称为自激振荡器。
3.用于实现理想方波振荡的改进电路
笔者在研究555集成电路构成的典型脉冲振荡电路时发现，当电路形成特定的方波时，对电路的其他要素要求较高，要想实现理想方波是有的难度的。可通过对电路的简单改进，使得电路的方波变得更加理想。
（1）间接反馈型无稳态电路。根据555集成电路的特点可以得出，其开放开关的电压与输出端的电压具有相同的大小和功能，因此，当内部的放电开关断开时，电路处于开路的状态，电路中产生一个高电平。当输出端的电压等于零，内部开关闭合时，接地端接地，电路中产生低电平。从上述原理中可以看出，用放电端的电压代替输出端的电压是完全可行的。但存在的一个问题是，电路中的能源可能会出现不足，这时就需要在电路中增加一个充点电阻，使原先的电路成为拥有两个反馈电阻的电路。通过上述改进，负载电流和充电电路就能完全独立，也就是说，电路的充放电电路不会再受到负载电流的影响。
此外，从电路性能的角度来看，双极性的555集成电路放电管比一般的电路要大，采用改进后的电路能够有效地提高电容的充放电性能，电路的运行也会更加稳定安全。因此，间接反馈式电路用于改进典型的555集成振荡电路是切实可行的。
（2）压控振荡器的构成。构成压控振荡器也是555集成电路的一种常见优化方法。压控振荡器的构成是通过在电路中接入电位器来改变电路中的振荡频率。当电位器的中心电压改变时，电容器的充电时间会发生较大改变，通常变化幅度在20倍左右，而电容器的放电时间变化幅度却很小，几乎可以说是没有变化。将两者的变化绘制成图像，可以看到两个时间点之间有一个交点，这一交点就是D50%。
为了进一步提高电路振荡频率的稳定性，可以使用晶体材料。此外，可变电容的使用也可以对电路的振荡频率进行精确的调整。用晶体对振荡频率进行控制，振荡频率就与晶体的频率一致，也就是谐波的频率。通过这一优化处理，电路的振荡频率稳定性得到了极大提高，实验的数据表明，振荡频率的稳定性大致可以提高30～40个百分比。
4.结语
555集成电路构成的典型振荡电路在通过完善和优化后，其性能得到了进一步的提高。随着集成电路技术的进一步发展以及相关制造工艺的完善，由555集成电路构成的典型振荡电路必将会得到更加广泛的应用，其功能也将得到进一步的完善。
参考文献：
关键词：RC正弦波振荡电路 仿真
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013） 06（b）-0000-00
1 学情分析
我们知道，高职学生的学习起点比较低，他们更喜欢学习实在的能看得到的东西，而不是抽象的理论，他们喜欢自己搭建一个电路，而不是进行潮流计算。但是基本的理论我们还是必须要学的，比如《模拟电子技术》这门课是电子电气类专业的必修课，它的很多知识点都侧重于对波形的分析，对高职学生来说，理解起来尤为困难，他们不明白波形是如何一步步转换过来的，因此就要求我们教师对教学方法进行改革。
经过实践，在讲解《模拟电子技术》的知识点时，设计加入仿真实例分析（也可加入故障诊断），可以达到较好的效果。下面以RC桥式正弦波振荡电路为例进行仿真分析。
2 RC桥式正弦波振荡电路的组成及振荡条件
正弦波产生电路广泛用于广播、通信、测量仪器和自动控制系统中。RC桥式正弦波振荡电路的电路结构如下图所示，其中，RC串并联网络既是选频网络，又是正反馈网络，反馈电压加到集成运放的同相输入端做为输入电压；、和集成运放构成负反馈放大器；
此外还有稳幅环节（非线性环节），R 或用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。
电路能产生正弦波振荡的条件是：
起振条件是：
因为在产生振荡时，F=1/3，所以要求A=（1+/）略大于3。
图1 RC桥式正弦波振荡电路结构
3 RC桥式正弦波振荡电路的仿真分析
仿真软件采用Multisim10.0，RC桥式正弦波
振荡电路的仿真模型搭建如下，非线性环节采
用两个反向的二极管（两个反向二极管可以允许
正反两个方向的电流流过）和一个电阻并联的方式。
3.1 二极管稳幅原理
在图中可以看出，负反馈放大倍数A=1+[+（//）]/ （为二极管正向动态电阻）
电路刚刚起振时，输出电压幅值较小，二极管处于正向阻断状态，此时反馈电阻=+，只要+的值大于2，输出电压幅值就会不断加大，然后二极管会导通，此时=+（//），二极管动态电阻会随着输出电压的增大而减小，所以会减小，当=2时，输出幅值开始稳定，从而达到稳幅的目的。
3.2 仿真分析
仿真模型的参数设置如上结构图，要特别注意的是+>2，但又不能太大。
起振波形如下图3；稳幅以后的波形如图4。
（1）输出信号的频率由RC串并联网络决定：
当=且时，，所以可通过修改RC串并联里的参数改变输出电压的频率。
（2）参数若选择不当，则会引起波形失真。比如修改=2，则输出电压会产生失真，如图5。
4 结语
在课堂正常讲授过程中，加入仿真分析，通过清清楚楚的波形产生过程帮助学生理解正弦波振荡的条件及起振条件。通过改变参数，设置故障对学生进行知识点强化。经过实践，加入仿真分析的RC桥式正弦波振荡电路的教学方法，有助于学生对知识点的理解，受到学生的欢迎。
参考文献
关键词：高压电源模块 直流变换器稳压 自激推挽振荡 串联调整
1 概述
在PMT用电源模块领域中，电源模块的输出电压较高，但输出电流很小，总的输出功率不大。但PMT对输出高压的稳定性及纹波噪声的要求很高，尤其是测量微弱光信号时，再加上串联调整控制方式设计简单，而且在低功率场合比开关电源的成本要低，所以在PMT应用领域，串联调整的控制方式相对开关电源来说有很大的优势。但串联调整方式下，调整管的功耗较大，电源模块效率仅有35%，且输出功率较大时调整管需要散热，这导致电源模块体积不能做小。
针对以上问题，我们在串联调整的基础上进行了改进，通过改变调整管与自激推挽变换器的连接方式，来达到降低功耗，提高效率的目的。改进后的电路，调整管的功耗有了很大的降低，效率可达70%左右。
2 原理介绍
图1是串联调整稳压方式下，实现高压模块的原理框图。
原理为：输入端输入直流低压，经调整管输入到振荡电路，逆变升压，然后通过整流电路形成直流高压。在高压输出端，通过采样电阻将输出信号的变化量，反馈到运算放大器，运算放大器将反馈信号与基准电压比较、放大后去控制调整管，以达到稳压的目的。此图中没有给出调整管与振荡电路的具体连接方法，根据调整管与振荡电路的连接方式不同，可分为电源电压调整和振荡调整两种。
2.1 电源电压调整型
电源电压调整型原理见图2，由图中可见，调整管与振荡电路串联，且调整管充当振荡电路的供电电源，所以输出的功率全部由调整管提供，这里调整管起主要的功率放大作用，而振荡电路中两三极管工作在开关状态，起能量的转换作用，所以此种连接方式下，调整管功耗很大，电源模块整体效率不高。
2.2 振荡调整型
振荡调整型原理见图3，由图中可见，调整管发射极通过电阻连接到振荡三极管的基极，调整管与振荡电路的供电，直接由低压电源来提供，调整管只供给振荡三极管基极所需的电流，对振荡电路起控制作用，而两个振荡三极管工作在放大状态，起放大作用。因此调整管功耗大大降低，整体效率得到了提高。
3 两种连接方式下振荡波形比较
3.1 电源电压调整型振荡波形
电源电压调整型振荡波形见图4，因为两振荡三极管工作在开关状态，所以两管轮流交替导通，振荡幅度取决于输入电压，输出功率与调整管基极电流和放大能力有关。
3.2 振荡调整型振荡波形
振荡调整型振荡波形见图5，从波形上来看，两振荡三极管工作在放大状态，两管交替工作，输出电压幅度和功率与两振荡三极管的放大能力有关。
4 实测数据对比
采用两种控制方式分别做成电源模块，其参数对比如下，见表1。
由表1可见，当输出功率一定时，采用振荡调整型电路的效率比采用电源电压调整型电路的效率，至少高出一倍。
5 结论
从上面的分析可以看出两种电路的实质为，电源电压调整型实际上是调整管进行功率放大，属单管功率放大，所以其效率较低；而改进的振荡调整型电路为两振荡三极管进行功率放大，属双管推挽功率放大，所以其效率比单管高了一倍。
参考文献：
[1]清华大学工程物理系，射线仪器电子学，原子能出版社.
关键词:无线电遥控;西勒电路;超外差;解调
中图分类号:TN99 文献标志码:A文章编号:1009-3044(2010)10-2502-02
Analysis and Research of a Simple Radio Remote Control System
HUANG Xiao-liang, LI Shi-zhong, XU Cong-cong
(Mechanical and Electronic Engineering Institute, North University of China, Taiyuan 030051, China)
Abstract: According to the disadvantages of the bad anti-interference ability and the poor stability of the radio remote control system, this paper proposed the working principle and design method of the simple radio remote control system with high reliability. Among them, the emission part adopted the Schiller circuit of the improved three-point capacitance oscillator to generate modulation signals. The receiver part was form in accordance with super heterodyne and completed the design of the demodulation signal recovery circuit. Theory and practice shows that the design idea is novelty, the scheme is feasible. And it can achieve short remote.
Key words: radio remote control; schiller circuit; super heterodyne; demodulation
无线电遥控技术的诞生起源于无线电通讯技术,最初构想是建立无线电电报技术,真空电子管的发明使无线电技术的应用和普及很快应用于民用和军用各个领域。随着晶体管的发明和集成电路的诞生,无线电遥控技术达到了更加完善的程度,现如今无线遥控技术已渗入国民经济的各个领域,成为近年来快速发展的一大热点,它的迅速发展必然带来巨大的经济效益和社会效益。
针对无线电遥控系统抗干扰能力差、稳定性不高等缺点,本文提出了可靠性较高的简易无线电遥控系统的工作原理和设计方法,分析了发射和接收部分,从而为无线电遥控技术提供新的参考方案,具有重要的价值意义。
1 系统的工作原理
无线电遥控电路由无线电发射器与接收器两大部分组成。系统发射和接收框图如图1所示。
发射机部分,控制键通过拨键选择被控对象。采用CD40147的10-4线优先编码器,对按键进行编码。为了便于码元的传输,对码元进行再编码,据了解,MC145026和MC145027是专用于遥控电路的编解码器,因此选用该对芯片进行编解码。MC145026产生占空比随传0、传1改变的单极性码,一组编码中包含五位地址码和四位数据码,只有与MC145026地址码相同的MC145027才会有解码输出。在调制方式的选择上,因对频带宽度没有限制,为了提高抗干扰能力,载波传输采用FSK调制方式,调频采用变容二极管电路直接调频,既可获得较大的频偏,又可保证一定的频率稳定度。
接收机部分按超外差方式组成,超外差是指输入射频和本振信号产生一个固定中频信号的过程。对于发射机功放电路,鉴于传输距离短,输出功率低,兼顾效率,功放管工作状态选为甲乙类,输入端的高频放大器采用共射级谐振放大电路。对已调信号进行处理恢复基带信号,通过Motorola专用集成电路芯片,即低功耗窄带FM/IF MC3361B来实现,其片内包含:振荡器、混频器、限幅放大器、正交鉴频器。通过晶振为8MHz与输入7.5MHz的高频信号混频,输出信号通过500KHz的窄带陶瓷滤波器(FL),来产生500KHz的中频信号。由于码型在传输过程中,可能出现畸变,所以应该通过比较器LM311使信号恢复成只有高低电平的数字信号,这样,提高了接收机的抗干扰能力,并与后级数字电路匹配。驱动部分采用74LS138和4511译码直接驱动。
2 发射机中西勒振荡电路的设计
振荡器是一种不需要外加输入信号就能自激输出交变信号的装置,它能够自动地将电源提供的直流能量转换成频率和幅度为所需值的输出交变信号能量。采用LC振荡回路作为选频网络的反馈振荡器称为LC振荡器,是无线电技术领域内使用较多的振荡电路。图2为电容三点式振荡器电路。
这种电容三点式线路形式若不加改变,只适合用于固定频率振荡器,但只要在L两端并上一个可变电容器,并设C1与C2为固定电容,则在后面的FSK直接调频时,基本上不会影响反馈系数。采用LC振荡电路来产生,以变容二极管直接调频的方式产生调制信号,从而实现西勒振荡电路。图3为变容二极管直接调频的西勒振荡电路。
a) 振荡管的选择
对于小功率振荡电路而言,选择振荡管时,主要从振荡频率,频率稳定度,以及能否满足起振条件等方面来考虑,一般要求管子的ft>(3～10)fosc,β选50～120,β值太小不易起振,太大则容易产生寄生振荡。
b) 静态工作点的选择
单管LC振荡电路的幅度平衡和稳定,是靠起振后进入晶体管的非线性区来实现的。由于在饱和区晶体管的输出电阻小,并联在回路上会使回路静态工作点Q值降低,从而使振荡器的频率稳定度变差,所以一般不希望其工作在饱和区,通常使振荡管的开路静态工作点靠近截止区。
一般在考虑稳定性时,偏置电路采用分压式电流负反馈电路,其中Re为直流负反馈电阻,取值为1～4KΩ,Rb1与Rb2应满足Rb1// Rb2>(5～10)Re,同时Rb1与Rb2的比值决定静态发射极电流Ieq。
c) 谐振回路参数的选择
在西勒振荡器线路中,决定振荡频率f的振荡回路元件有:电感L、可变电容C和固定的串联电容C2、C3、C4 。为了减小管子与回路间的耦合,C4取值较小,C2、C3取值较大。即C4远小于C2、C4也远小于C3,因而回路总电容近似等于C4。振荡频率f则主要由C4、L1决定,即:。
振荡管V的输出电容Co和输入电容Ci都并接在振荡回路上,决定着振荡频率。而振荡管的Co和Ci值通常随着振荡管工作状态的变化也会有所变动,这将导致振荡频率不稳定。在西勒振荡器中Co与大电容C3并联,Ci与大电容C2并联,它们互相串联后再与小电容串联,总串联电容将由小电容C4决定,这使Co、Ci的不稳定对振荡频率的影响大为降低,从而提高了西勒振荡器的频率稳定度。
3 解调信号恢复电路的设计
经过无线传输、高频放大、解调等过程后,信号会产生畸变,为得到性能更好的数字信号,还需利用脉冲信号恢复电路将解调信号恢复成二进制码型,这样,信号才能被后面的译码电路准确解码,并且能提高系统的抗干扰能力。在此采用比较器电路实现解调信号的脉冲恢复,比较器的门限电压由鉴频器输出经RC低通滤波获得,其电压相当于信号中的直流分量电压,此方法有一定的自适应功能,在实际应用中表现出较强的抗干扰能力。用这个门限电压,使高于这个门限电压的部分恢复为高电平,低于的部分恢复为低电平。采用LM311来实现这个电压比较器的功能,其比较器电路如图4所示。
4 安装与调试
在系统电路设计中,需对其进行调试,首先测试搭建的西勒振荡电路是否振荡?不用示波器也可以进行调试,即采用二极管灯测试法,在西勒振荡电路后搭建一个放大电路,放大电路后接一个LED灯,如果LED灯闪闪烁,说明振荡电路工作正常,没有表明没有起振。振荡电路调试成功后,搭建合适的发射、接收振荡线圈(中心频带要一致),接收部分的电路还要有混频和比较电路,至使信号失真最小,再将控制部分的电路一一接好,就可以开始连调了。
电路组装完后,首先测发射机的整机电流约为15～20mA(电源采用9V时,整机电流约为15mA,采用12V,电流约为20mA)。接收机守候电流为1.5mA,使两机相距10米左右,调发射机的调频电容,可控制频率,使发射和接收的频率对上,完成信息传输。如何判断发射和接受的频率是否对上,我们可以在145027的VT端口搭建一个简单的电路,此电路由一个3.3K电阻、8050三极管、LED组成,当发射和接收的频率一致时,145027接收到145026的信号,VT端口就会置高,使三极管8050导通,从而LED灯点亮。随后再连调控制部分,直至调到理想状况。通过调试,发射与接收的测试结果如表1。
测试结果表明,所设计的无线遥控系统抗干扰能力强、稳定性好且灵敏度高,可实现短距离控制功能。
5 结论
本文采用多种芯片和集成电路实现简易无线电遥控功能,具有集成度高,稳定性好,抗干扰能力强等优点。其中在信道抗干扰方面采用了MC145026和MC145027芯片对控制信号进行再编解码及脉冲信号恢复电路,消除了外界干扰信号,使译码电路准确解码,提高了系统的抗干扰能力。
该遥控系统经过多次实验,得出了实际测试结果,完成控制功能。理论与实践表明,该设计思路新颖,方案可行,可实现短距离遥控。
参考文献:
[1] 宫芳.无线电遥控系统的模块化设计方案[J].中国科技信息,2005(24).
[2] 谈文心,邓建国,张相臣.高频电子线路[M].西安:西安交通大学出版社,2005(3).
[3] 何凤庭.多通道无线发射与接收系统的研究[J].湘潭:湘潭大学自然科学学报,1998(2):16.
[关键词]石英晶体振荡器；高稳定度；主振电路；恒温槽
中图分类号：TN752 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0028-01
1 系统电路设计
1.1 振荡电路设计
晶体振荡电路由主振电路、谐波抑制电路、电压放大和输出波形变换电路组成。主振电路的原理图如图1。
电路中采用标称频率为50MHz、AT切的金属冷压焊封装的晶体谐振器。图1中的主振电路采用皮尔斯并联电路，由晶体管T1、晶振以及电容Ct，C1，C2，Cx组成。设计中选用足够高的特征频率fT，较小的共射电流放大倍数β0晶体管（过大的β0值不利于提高振荡器的频率稳定度）。因此，只要保证了晶振起振，C1和C2应尽可能选取较大值，以便掩盖晶体管结电容及其他杂散电容带来的不利影响，同时还可以减小电阻R1，R2折算到与谐振器串联的等效电阻，保证谐振器有较高的在线Q值。为了获得更高的谐振器在线Q值，更好的频率稳定度，选取电容值较大的Ct，但Ct过大会使振荡器的频率很难校准到标称频率，每级晶体管集电极电源须接0.01μF电容去耦。
电阻电位器Rx，R1及R2构成分压电路，其分压使变容二极管正常工作。变容二极管的容值随分压而改变，振荡电路的频率也随之改变，因而调整可变电位器Rx能够手动校准频率。调谐回路由变容二极管Cx、电阻R1，R2和电位器Rx构成。在稳压电路中选用温度特性良好的稳压二极管，以取代温度特性较差的三端稳压器。理论研究与实验测试表明，要很好地改善晶体振荡器的温度特性，就在电阻R1并联1个正温度系数热敏电阻Rt。此外，在调试的过程当中，若测试到电路的振荡频率并不在上边频和下边频的中心位置时，即可调整这个正温度系数热敏电阻Rt来获得改善。
通过合理的设计和布局，将图1中虚线框所示的振荡电路和前2级幅度放大器集成到一块PCB板上，并置于恒温槽中，更大程度地提高了幅度放大器的温度稳定性，同时又避免了恒温槽体积的增加。这种改进使得在不采用AGC（自动增益负反馈）电路的情况下，晶振的长期和短期频率稳定度没有明显的差别，有利于晶振的小型化。集成块6321具有倍频和波形变换作用，由于文中采用50MHz晶体，故无须倍频即可满足要求。振荡电路的噪声主要来自电路中的有源元件。为减少这些噪声，通常采用稳定的电源和理想的输出策略，适当加宽电源线可减小环路电阻。电源线、地线的走向和数据传递方向一致，也有助于增强抗噪能力。同时，为了减小噪声从振荡器泄漏出去和噪声从其他设备进来，电源上通常采用旁路电容。一般选用的旁路电容为0.1μF或4.7nF，该电容对基频的3次泛音有一定的吸收作用，并能改善振荡波形，抑制电源线抖动所带来的影响。此外，晶振的外壳必须接地，加粗接地线也是增强石英晶体谐振器抗干扰能力的重要措施之一。
1.2 恒温电路设计
恒温控制晶体振荡器（OCXO）是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。温控电路的结构由热敏电阻电桥电路、直流电压放大和功放电路组成，其电路如图2所示。
图2中的控温电桥网络由电阻R1，R2，热敏电阻Rt及拐点电阻Rx构成，直流电压放大器由集成运放构成，恒温槽由功率管管耗提供热量。其工作原理如下：当恒温电路通电后，当其恒温槽温度没达到晶体拐点温度时，电桥将有一个较大的失衡电压输出，使温控电路处于大电流加热状态，功放管功率最大，恒温槽内温度上升；当恒温槽内的温度上升，电桥电路的输出失衡电压就下降，功率管的管耗下降，直到恒温槽加热到所需要控制的温度，温度控制电桥输出的电压维持不变。与此同时，流过功率管电流最小，恒温控制电路处于最小的加热功率状态，此时恒温控制电路处于热平衡状态，恒温槽的温度发生变化，热敏电阻阻值随之变化。即：TRt+VV0IT。由此可见，保持槽内恒温，可以根据热敏电阻阻值随温度的变化来调整恒温槽内的温度。
1.3 恒温槽设计
实现恒温槽控温的方法主要有两个：一是减小恒温槽热量的散失，提高其绝热性能；二是尽量减小体积，以缩小传热面积。文中所采用的保温材料是导热系数仅为0.02W/（m.k）左右的硬质聚氨酯泡沫塑料，其易于加工，并且能很好的达到绝热的目的。通电加热后的恒温槽，加热电流会在某一值附近作长时间的周期性波动，从而出现热振荡，要解决这一问题，减小恒温槽热量的散失，应使用绝热性能良好的保温材料（银膏胶封热敏电阻），使它与恒温槽体接触良好。实践证明，为达到更好的恒温控制效果，把热敏电阻放置在功率管的外侧比较适宜。
为了尽可能的减小晶振体积，文中设计过程中削减了保温层的厚度。理论分析和实践结果表明，即使保温层厚度减少，晶振的频率温度特性并没有恶化。在保温层厚度减小后，晶振的表面积又随之减少，晶振向外辐射的热量与表面积成正比，晶振通过保温层向外传导的热量与保温层的厚度成反比。减少保温层厚度所产生的2个结果互相抵消。
2 测试结果
依照上述原理及设计原则，本文设计的50MHz小型恒温晶体振荡器，其外型尺寸为35mm×35mm×13mm。在试制的产品中随机抽取了10只样品，对主要技术指标进行测试，其指标范围如表1所示。测试结果与理论值相符。
3 结语
石英晶体振荡器是目前频率稳定度和精确度较高的晶体振荡器。它在老化率、温度稳定性、长期稳定度和短期稳定度等方面的性能都非常好，作为精密时仪应用在电子仪器中。随着科学技术的发展，对石英晶体振荡器的性能提出了更高的要求。本文设计的晶体振荡器具有频率高、稳定度好、体积小和重量轻等特点，能够满足客户对小型化超高频高稳晶振的需要。该晶振应用到光纤通信及雷达等设备中，可以提高设备的可靠性，缩小其体积，减小其功耗，具有较为显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 赵声衡。石英晶体振荡器[M]。长沙：湖南大学出版社，1997。
[2] 翁寿松。压控晶体振荡器及其调频变容二极管[J]。半导体情报，2000（4）：14-17。
（西安外事学院，陕西 西安 710077）
【摘 要】信号发生仪教具将主要用于高校的电工电子类实践教学。信号发生器主要由RC桥式震荡器，滞回比较器，积分器三大主要电路模块构成。其原理简单，使用方便。
关键词 教具；RC桥式震荡；滞回比较器；积分器
0 引言
现有的信号发生仪只是作为一种信号源来使用，而对于高校具体实践教学来说并不能真正达到教与学的目的。其缺点有三个：1）外观封装比较严实，对于初学者来说人为的增加了认识难度；2）现有的信号发生仪侧重输出结果，内部电路大多采用昂贵的集成块来代替分立元件，这对于初学发生器电路者理解电路原理增加了很大的难度；3）现有的信号发生仪只能通过外部的按键来改变输出信号的频率或者幅值，对于初学者来说并不能直观的观察到那些参数的改变可以调整输出波形的频率和幅值。为了克服上述现有技术不足，本文的主要目的是提供一种信号发生仪教具，具有结构简单、操作简单，使用方便，经济实惠的特点。
1 设计思路
此信号发生仪教具针对以上的问题，做了如下几个方面的设计改进：1）外观采用有机玻璃或者透明硬塑料制成，可以帮助初学者直观的认识信号发生仪的产生电路、工作原理及输出结果；2）信号发生仪的主电路采用最便宜，最常见的分立元件来制作，采用这些元器件既减少了信号发生仪的生产成本，又让初学者了解到每个元器件在电路中所起不同作用，达到实践教学的真正目的；3）此信号发生仪的部分重要元件用可调部件代替，这样初学者可以在相同环境下改变电路参数，观察对输出信号的影响，达到举一反三的目的。
2 设计原理
信号发生仪教具，包括有壳体，壳体底部设有PCB元件板，PCB元件板上设有控制电路，控制电路通过电源电路与壳体的背部的开关相连；壳体的前部设有正弦按钮、方波按钮和三角波按钮，分别与控制电路相连；壳体前部还设有频率和幅值参数调整旋钮。
2.1 系统设计
采用RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。文氏桥振荡器产生正弦波输出，其特点是采用RC串并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率f=1/2πRC.改变RC的值，可得到不同的频率正弦波信号输出。用集成运放构成电压比较器，将正弦波变换成方波输出。用运放构成积分电路，将方波信号变换成三角波。
2.2 单元电路设计
2.2.1 正弦波产生电路
正弦波由RC桥式振荡电路，即文氏桥振荡电路产生。文氏桥振荡器具有电路简单、易起振、频率可调等特点而大量应用于低频振荡电路。正弦波振荡电路由一个放大器和一个带有选频功能的正反馈网络组成。其振荡平衡的条件是AF＝1以及ψa+ψf=2nπ。其中A为放大电路的放大倍数，F为反馈系数。振荡开始时，信号非常弱，为了使振荡建立起来，应该使AF略大于1。
放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻以减少放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅决定于选频网络，因此通常选用引入电压串联负反馈的放大电路。正反馈网络的反馈电压Uf是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电路放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件有Av=1+Rf/R1≧3, 且振荡产生正弦波频率f0=1/2ΠRc。D1、D2的作用是，当Vo1幅值很小时，二极管D1、D2接近开路，近似有Rf＝9.1K＋2.7K＝11.8K，，Av=1+Rf/R1=3.3>=3,有利于起振；反之当Vo的幅值较大时，D1或D2导通，Rf减小，Av随之下降，Vo1幅值趋于稳定。
利用RC桥式震荡电路产生正弦波，其中的RC串并联支路构成正反馈支路，同时兼并选频网络，电阻R2，R5，以及热敏电阻构成负反馈支路并且稳幅。调节电位器R2，可以改变负反馈深度，以便于满足震荡的振幅条件和改变波形。
2.2.2 方波产生电路
正弦信号输入，经过迟滞比较器后输出方波。电路工作原理：运放同相端接基准电压，即U+=0,反相端输入电压Uo1，负向输入端电阻为平衡电阻。输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，单限比较器虽然灵敏，但是抗干扰能力比较弱，滞回比较器具有滞回特性，既具有惯性，因而具有一定的抗干扰能力，所以我们在此选择滞回比较器产生方波。当输入为正弦波时，产生的是方波，其中稳压管的作用是限幅。
2.2.3 三角波产生电路
利用积分产生三角波,从矩形波产生电路中的电容器上的输出电压，可得到一个近似的三角波信号。由于它不是恒流充电，随时间t的增加uc上升，而充电电流i随时间而下降，因此uc输出的三角波线性较差。此电路通过保证电容器恒流充放电，用集成运放组成的积分电路代替RC积分电路提高了三角波的线性。
3 设计实现
第一部分控制电路的组成：正弦波、方波和三角波发生器电路组成信号发生仪的核心控制器件。第一级正弦波输出采用RC桥式正弦波振荡器电路来完成，接线是PCB元件板上的正弦信号输出端与壳体的正弦波接线旋钮相连；第二级方波输出采用滞回比较器电路来完成，接线是PCB元件板上的方波信号输出端与壳体的方波接线旋钮相连；第三级三角波输出采用积分电路来完成，接线是PCB元件板上的三角波信号输出端）与壳体的三角波接线旋钮相连。
第二部分控制电路的组成：RW2负责调整波形的幅值和整个电路的起振，PCB元件板上的RW2调整端与壳体的幅值调整旋钮相连，RW2负责调整波形的频率，PCB元件板上的RW2调整端与壳体的频率调整旋钮相连。
第三部分电源电路包括变压器电路、桥式整流电路、电容滤波电路、三端稳压电路。变压器电路主要是由~220V-~9V降压来完成。具体接线端是变压器的~220V输入接线端通过开关与电源的接线端相连；桥式整流电路采用采用RS508来实现，输入端与变压器的输出端相连；滤波电路采用电解电容和瓷片电容结合来实现，输入端与RS508输出端相连；稳压电路主要采用有固定输出的三端稳压器LM7805和LM7905来实现。最终电源的+5V输出端分别于PCB板的两个集成电路LM358的8号管脚相连，电源的-5V输出端分别于PCB板的两个集成电路LM358的4号管脚相连。
参考文献
［1］童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006.5
【关键词】遥控系统；控制信号；温控器
在电子技术应用专业《制冷设备原理与技能训练》一课的教学过程中，“空调遥控系统工作原理”这一部分的内容，老师的教、学生的学，都会感到很困难，其原因一方面是因为知识点难度确实较大，没有扎实的电子技术理论基础是很难理解其工作原理的；另一个原因可能是老师讲课的技巧问题。根据本人多年对该内容的教学体会，采用“先总体、后各部分、再综合分析”的教学技巧，还是容易突破教与学的难点的。
一、总体理顺遥控系统的组成
空调的遥控系统，实际上是一个单片机控制电路，各个控制程序已烧录在中央控制芯片内，作为教与学，若能让学生掌握好整个遥控系统正常工作的条件是什么、有哪些输入信号、有哪些输出信号、信号输入与输出流程的逻辑关系等的内容，教与学都会显得轻松自如。空调遥控系统正常工作的条件有三个，供电电压、时钟振荡信号、复位电路应正常。空调遥控系统输入的控制信号主要有三个，分别为温度控制信号、遥控信号、面板控制信号。空调遥控系统输出的控制信号主要有六个，分别为摆风控制信号、室内机风扇控制信号、压缩机控制信号、制冷制热转换控制信号、显示信号、蜂鸣声信号。
以上各个信号绝大部分空调器都是有的，个别空调有少量差异。系统组成如图1所示。
图1
图2
二、弄清各部分电路的组成与工作原理
学生清楚遥控系统的组成之后，接下来教学的主要内容就是要各个击破，向学生讲清楚各个部分电路的内容，并且每一部分电路都应讲清其作用、组成、种类、工作原理、输入与输出信号的逻辑关系、关键点的电参数、常见的故障等内容，让学生能全面掌握每一部分电路的全貌。以空调遥控系统中时钟振荡电路、温控电路、室内机风扇控制电路为例，这几部分的电路，可以向学生讲述如下的内容。
（一）时钟振荡电路
1.时钟振荡电路的作用
时钟振荡电路的作用是，统一整个电路的工作节拍。
2.常见时钟振荡电路的组成种类和电参数
（1）时钟振荡电路的组成，其电路由晶体元件、电容元件组成。
（2）晶体元件的符号与代号，英文代号为X或X-TAL。
（3）常见时钟振荡电路的形式，如图2所示。
（4）工作原理，与模拟电路中晶振电路的工作原理相同。
（5）关键的电参数，通电正常工作后，晶振任一端的波形为正弦波。
3.常见的故障
当晶振电路损坏时，整个电路的所有功能都将无法正常工作。
（二）温控电路
1.温控电路的作用
控制压缩机的开停，使房间内基本保持恒温。
2.温控器的电阻特性
分体空调的温控器，全部采用负温度系数的热敏电阻，这种电阻器温度越高，电阻值反而越低。
3.温度器的种类有两个
（1）一个叫房间温控器――安装在室内机的回风口处，感受房间温度的变化，控制压缩机的开停。该温控器断开、或短路时，空调器都会无法开机。
（2）另一个叫管温温控器――紧贴蒸发器的铜管安装，感受铜管的温度，其作用是，制冷状态时，防止蒸发器结冰；制热状态时，防止吹出的热风温度过高或过低。该温控器开路时，空调器可以开机，但会失去温控保护功能。
4.温控器的电参数
温控器电阻值随温度的变化是很明显的，常用的温控器阻值的变化，如表1所示。
表1
温度变化C° 0 5 10 15 20 25 30 35 40
电阻变化KΩ 13.2 10.8 8.83 7.26 6.01 5 4.17 3.5 3
5.常见的温控器电路
有的室内机有两个温控器，有的只有一个温控器，温控器电路一般为两个电阻串联而成，为电桥平衡接法，用5V供电，输入点的电压约为一半，即2.5V左右。常见的电路如图3所示。
图3
6.常见的故障及判断方法
常见的故障是房间的温度很高时压缩机还不工作、房间的温度很低时压缩机还不停机、频繁开停机，判断方法如下。
（1）如果温度变化时，温控器电阻值变化不明显，只有几百欧姆变化，则这样的温控器是坏的，不可使用。
（2）温控器好坏的判断方法。用手捏住温控器给其加热，若空调可以启动，则温控器是坏的。
（3）更换温控器的要领。温控器感温不准，会出现空调器频繁开停机的现象，我们可以适当移动温控器的位置试试看，要换新温控器时，新温控器的阻值应与旧的相接近才行。
（三）室内风扇控制电路
1.室内风扇控制电路的作用
室内风扇控制电路的作用是，控制室内风扇的转速，使空气流畅。
2.室内风扇控制电路形式
室内风扇控制电路形式有两种，一种是传统型的继电器控制方式，另一种是光耦可控硅无级调速方式。
3.继电器控制方式常见的电路及绕组的判断方法
（1）常见的电路
继电器控制方式的电路又有两速风扇与三速风扇之分，电路结构如图4所示。
图4
（2）调速风扇各个绕组的判断方法
任测两根线之间的阻值，阻值最大者，为接电容器的两根线。一条为主绕组，另一条为副绕组。将上述两根线并在一起，测量并在一起的一端与其余3条引线间的电阻，阻值最大者为低速挡，阻值最小者为高速挡，另一条为中速挡。主副绕组的判断方法。接电容的两根引线，一条接火线L，另一条空着不用，N线接高速、或中速、或低速挡，若电机转向正确，则接线正确。
4.光耦可控硅无级调速方式常见的电路
（1）光耦可控硅无级调速方式常见的电路（如图5所示）
（2）光耦可控硅的判断方法
光耦可控硅的外形，与普通的整流桥堆非常相似，但所标注的型号代码是不相同的，用万用表来检测时，其直流控制输入端呈现二极管的性质，其交流控制端正、反向阻值都为无穷大。
图5
三、综合分析实用的电路
【关键词】电子工程设计;高频电路;教学研究
1.引言
《电子工程设计》是电子信息工程专业的一门专业课和必修课。本课程是学生学习电子技术十分重要的教学环节之一，是对学生学习电子技术知识的综合实践训练。通过电子技术实践教学环节，使学生巩固所学的电子技术理论知识，培养学生解决实际问题的能力，加强基本技能的训练，切实提高学生的实践动手能力和创新能力。教学任务是通过本课程的学习使学生掌握常用电子元器件基本知识，常见电子电路的设计，综合电子应用电路的设计，电子线路板元件布置与布线基本知识，元件焊接技术，硬件电路的调试技术，电信号的检测技术。
课程内容中高频电路设计部分是重点也是难点，高频电路设计包括各种调谐电路的设计、高频振荡器的设计以及实际电路的制作和调试。学生在进行各种参数选择和电路调试的过程中很容易出现问题，本文针对高频电路设计和调试方法进行了深入的教学研究，结合课程讲授过程中的实际问题对此部分教学内容做了详细分析，并取得了良好的教学效果。
2.调谐放大电路的设计和调试方法研究
调谐放大器是一种选频放大器，即从所输入的信号中选出有用信号并进行电压放大。调谐放大器在各种电子设备、发射和接收机中被广泛应用。在调谐放大器中由L、C元件组成并联谐振回路，对信号进行选频[1]。放大器件可以是双极型晶体管，也可以是场效应管。
2.1 原理电路
图1 原理电路一
图2 原理电路二
RB1、RB2、RE提供管子的静态工作点，使管子处在放大状态。电路之一中的L、C组成并联谐振回路，决定谐振频率。电路只对谐振频率及其通频带内的信号进行电压放大，而对通频带以外的输入信号不放大，从而实现选频放大。电路之二的直流偏置与电路之一相同。电路中的C、L1、L2决定谐振回路的谐振频率。放大的电压信号经L1、L2之间的互感耦合，由L2两端输出。上述电路在发射和接收设备中被广泛应用。如超外差收音机的中放电路、电视机的中放电路等普遍使用上述电路。
2.2 电路的设计方法
（1）按所需谐振频率选择LC参数
谐振频率由L、C参数共同决定，在设计中一般先固定电容的参数，选择电感元件的参数。在设计高频谐振回路时，由于管子的结电容和元件分布电容影响谐振频率，选择电容参数时适当将容量选的小些。电感最好选用具有磁帽的电感，以方便电路调试时微调电感量。如果选用有骨架电感，可通过增减匝数来微调电感量;如果选用空心电感也可通过改变匝与匝之间距离来微调电感。
（2）三极管放大电路的设计
电路属于小信号放大电路，设计时参照中频段单管放大电路的设计过程。其实就是通过设计使管子具有合适的静态工作点，并具有合适的动态范围。如UCEQ≈1/2VCC。注意：对直流来说LC回路相当于短路。
2.3 电路的调试方法
（1）静态调试
调试电路的静态工作点，使电路中管子的静态电流和有关电压达到设计值。UCEQ最好接近1/2VCC。
（2）动态调试
在信号输入端输入接近LC回路谐振频率的频率可变的信号，用毫伏表测试LC回路的电压。将输入信号由低到高改变频率，观察毫伏表读数，当毫伏表读数最大时，所输入的信号频率就是该电路所放大的信号频率。
上述毫伏表可以用示波器代替。当示波器显示波形幅度最大时，所输入的信号频率即为该LC回路的谐振频率，也就是该电路所放大的频率。在没有毫伏表的情况下，也可以用万用表直流电压档测量管子的UCE，在LC谐振时UCE最小。如果电路的谐振频率偏离设计频率，可以通过微调电感量进行谐振频率的微调。如果谐振频率偏离设计值太多，可先改变电容的容量，然后再微调电感量。如果有条件最好用扫频仪调试放大电路的频率特性。
3.高频正弦振荡电路的设计和调试方法研究
所谓高频正弦振荡器是指产生几百kHz以上正弦信号的电路（几赫兹～几千赫兹正弦信号由RC正弦振荡器产生）。
高频振荡器按选频网络分为LC正弦振荡器和石英晶体正弦振荡器[2]。LC正弦振荡器的频率稳定度为10-2～10-5，石英晶体正弦振荡器的频率稳定度为10-7～10-9。
LC正弦振荡器的振荡频率可通过改变电感量实现微调。如果需要使振荡频率该变量较大，一般先改变谐振回路电容的容量，然后微调电感量。当石英晶体的标称频率选定后，石英晶体振荡器的振荡频率基本固定，虽然理论上可通过改变配谐电容的容量来微调振荡频率，但由于配谐电容的容量很小，在实际中通过改变配谐电容容量对电路振荡频率的改变很很小。只要应用场合对振荡器振荡频率稳定度的要求不是很高，实际中高频振荡器大多是LC正弦振荡器。
3.1 LC正弦振荡器的电路设计
从理论上讲，LC正弦振荡电路有变压器反馈式、电感三点式、电容三点式、改进的电容三点式（克拉拨电路）。实际中的LC正弦振荡电路上述四种形式都有，但最多的是电容三点式和改进的电容三点式[3]。这是由于电容三点式电路管子的结电容和元件分布电容对谐振频率的影响小。电容三点式电路原理电路如图3所示。
图3
由管子和RP、R1、R2、R3、R4、C1、C2组成的电路是小信号放大电路。显然它是阻容耦合共基极放大电路。电阻决定电路中管子的直流偏置，由于整体电路为振荡电路，管子在处于放大状态的前提下，应尽量使直流偏置小些，即静态工作点靠近截止区，如管子的静态集电极电流一般在（1～2）mA。电容C1、C2为隔直通交电容，它们的容量视振荡频率决定[4]。
振荡频率计算公式近似为：
在选择C3和C4容量时，要注意C4对谐振频率的容抗决定正反馈的大小，其容抗越大则正反馈量就越大，电路容易起振[5]。但正反馈量过大会使管子退出放大状态，反而电路不能振荡。在设计中先选择C的容量，然后计算L的电感量。振荡频率在几MHz以下时，C的容量选几百pF;振荡频率几十MHz时，选C为几十pF。在C的容量选定后，根据振荡频率f0确定L的值。
3.2 电路的调试方法
先调试放大电路的静态工作点：先将LC谐振回路用短路线短路，则整体电路仅为放大电路。放大电路的调试仅调节静态工作点即可。即通过调节RP的阻值，改变管子的静态工作点，使其达到设计值（一般小功率振荡电路，静态ICQ=1～2mA）。
静态调试完成后调试动态：即将原跨接在LC谐振回路的短路线去掉，通电后用示波器观察振荡波形。在LC回路元件参数选择合理时，只要电路的静态合适，接通电源后一般都能振荡。
振荡频率的微调：振荡频率的微调一般通过改变电感量实现。如果使用无骨架电感，通过增减线圈匝数或改变匝间距离改变电感量;如果使用有磁芯电感，则通过调节磁芯与线圈的距离改变电感量;如果使用无磁芯有骨架电感，只能通过增减线圈匝数改变电感。
电路不起振可能是下列原因之一：
（1）电路的静态工作点过低，或管子的β值太小
解决的方法分别是通过减小RP阻值来提高静态工作点。这个工作可在用示波器观察着振荡波形的情况下微调RP阻值。
如果是管子β值太小引起的不起振，则应更换β值大一些的管子。一般β值在几十以上就可，β值过高会使电路工作不稳定。
（2）电路中LC回路的Q值太低
解决的办法是增大L/C的数值，即在LC乘积为常数的情况下增大L/C的比值。或减小线圈的损耗电阻（改用线径粗的绝缘漆包线绕制电感），或减小负载对谐振回路的影响。前两个原因往往是LC回路设计时元件参数选择的不十分合理。
（3）正反馈量过小或过大
解决的办法是在保证总电容量基本不变的情况下，改变C3、C4的比值。C4对振荡频率的容抗越大，正反馈就越大。
4.小结
通过理论教学和实践教学过程中得到的经验，对高频调谐电路和高频振荡电路设计的设计方案，参数选择方法和电路调试方法进行了总结，根据理论计算数据调试电路是教学的难点，也是把理论应用于实践的关键，采用了上述教学方法能够有效地解决学生在调试过程中出现的各种问题，提高学生的设计水平和能力。
参考文献
[1]付家才.电子工程实践技术[M].化学工业出版社，2003.
[2]戴伏生.基础电子电路设计与实践[M].国防工业出版社，2002.
[3]吴慎山.电子线路设计与实践[M].电子工业出版社，2005.
[4]姚福安.电子电路设计与实践[M].山东科学技术出版社，2005.
1、高频机要好于低频机，但是高频机对各种元件和安装技术要求较高，价格也比较昂贵；
2、低频电鱼机的振荡电路主要是用三极管来制作的无稳态振荡电路；
3、这种电路的技术操作比较简单，内部的电子元件比较少而且比较常见，是一种基本的电路；
4、高频电鱼机可以增加任何一种保护电路，例如电流保护、过压保护等等；
5、这样可以在使用过程中在出现突发状况时对机器进行保护，并且这些功能电路都是自控的。
（来源：文章屋网 ）
关键词： 压控振荡器; 负阻原理; 双极晶体管; 变容二极管
中图分类号： TN752?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）24?0080?04
Design of low?cost 2.45 GHz microstrip VCO
LI Chan?juan， SHAO Yu?meng， CHAI Zhi?hai， FU Shi?qiang
（College of Information Science and Technology， Dalian Maritime University， Dalian 116026， China）
Abstract：In order to satisfy the need of teaching and scientific research， a low?cost 2.45 GHz microstrip voltage controlled oscillator （VCO） working in ISM band was designed based on the principle of negative resistance. The dual power supply and common base connection modes are adopted in the oscillating circuit composed of discrete components such as bipolar transistor and varactor. The circuit parameters and specifications are simulated and optimized with the help of ADS software. The prototype circuit was fabricated and tested. Experimental results demonstrate that， when the input voltage is 0～6 V， its output frequency coverage is 2.4～2.5 GHz， output power is more than 9.2 dBm， and phase noise is ?90 dBc/Hz at 100 kHz of departing from the central frequency. The designed oscillator has fine tuning band linearity and high output power flatness.
Keywords： voltage?controlled oscillator; principle of negative resistance; bipolar transistor; varactor
0 引 言
压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）即输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，广泛应用于无线电测量仪器和通信系统电路中。尤其在锁相环电路、时钟恢复电路中，压控振荡器是关键部件，其性能优劣，直接影响到频率源的各项性能，从而决定整个系统输出信号的稳定性、噪声特性、谐波抑制特性等指标[1]。因此在电子通信技术领域，VCO具有重要地位。
由于压控振荡器具有电子调谐、体积小、功耗低、可靠性高等优点，一直以来得到了广泛的研究。文献[2]遵循一般压控振荡器设计原则，基于ADS软件设计出了一种S波段微带压控振荡器，其中心频率为3 GHz，但是其调频带宽较窄，仅为30 MHz。文献[3]则使用负阻原理和改进型克拉泼电路设计了一款高稳定度的LC压控振荡器，其频率范围为180～210 MHz。文献[4]设计了一种中心频率为4.3 GHz的简易微波压控振荡器，其调谐范围大于200 MHz，输出功率大于5.2 dBm，但是为了使电路结构简单，需要对匹配电路做一定调整，匹配电路的调整量难以确定，可能造成电路的不稳定。
近年来随着集成电路的飞速发展，VCO的设计与实现也逐渐集成化。集成化的VCO使用简单、性能稳定。目前基于CMOS工艺的VCO电路的研究是集成电路研究的一个重点。文献[5?7]均使用CMOS技术设计压控振荡器，该压控振荡器具有相位噪声较低的特点，但是其实现方式对电路设计和制作工艺的要求非常高，因此成本也相应提高。
为了满足教学和科研的需要，本文以ADS2009仿真软件为工具，基于负阻原理设计了一款覆盖2.4～2.5 GHz的低成本微带压控振荡器。振荡电路采用双电源供电和共基极连接方式，利用双极型晶体管和变容二极管等分立元件实现，取得了良好效果的同时降低了制作成本。本文分析了电路元件的选取规则，给出压控振荡器的设计步骤，并对振荡电路的各项指标进行了仿真分析研究，得出电路设计的指导性规律，避免了大量的测试调试性工作。最终加工了压控振荡器实物并进行测试验证，实验结果满足设计要求。
1 基本原理及元件选型
1.1 负阻原理
负阻即相对于线性系统中的正阻而言，正阻消耗功率，负阻通过直流电源能量转化其他形式的能量提供功率。若把负阻器件接到射频传输系统中，由传输线理论可知，反射系数可表示为：
[Γ=Z-Z0Z+Z0=-R-Z0-R+Z0] （1）
式中Z0为传输线的特性阻抗，它始终是一个正值，可以看出反射系数的模是大于1的数。
射频双端口振荡器，由晶体管、谐振网络和负载网络三部分构成，如图1所示。谐振网络和负载网络的反射系数为ГS和ГL，晶体管输入端和输出端的反射系数为Гin和Гout，由文献[8]可知：
[Γin=S11+S12S21ΓL1-S22ΓL] （2）
[Γout=S22+S12S21ΓS1-S11ΓS] （3）
由于振荡器的谐振网络和负载网络为无源网络，有ГS<1和ГL<1，因此为了产生振荡，需要存在不稳定的有源器件，即要求晶体管Гin>1和Гout>1。
图1所示的双端口振荡器产生振荡，需要满足以下3个条件：
（1） 存在不稳定有源器件，二端口有源电路的稳定因子K必须小于1，即K<1;
（2） 谐振电路的输入反射系数与晶体管有源电路的输入反射系数的乘积等于1，即ΓSΓin=1;
（3） 输出负载网络的输出反射系数与晶体管有源电路的输出反射系数的乘积等于1，即ΓLΓout=1。
而要让振荡器电路起振的条件为ΓSΓin>1。
1.2 元件选型
由于设计的压控振荡器中心频率是2.45 GHz，覆盖ISM频段，调频范围为100 MHz。双极型晶体管具有低噪声特性，所以晶体管选择BJT管。查看Avago公司的AT?41486的技术手册可知，AT?41486的最高工作频率为10 GHz，符合设计时的2～3倍冗余，而且在2.0 GHz时噪声系数典型值为1.7 dB、增益典型值为13 dB、输出功率典型值为18 dBm，在工作频率上具有足够大的增益和输出功率能力，满足设计要求。
变容管的选取应能在所需的频率下工作，有合适的结电容、较大的Q值，同时击穿电压高，为了获得良好的电调线性，最好采用n=2超突变结变容管。经过多次尝试后，选取Skyworks公司SMV2022作为变容二极管。参考SMV2022技术手册中变容二极管电容值随反向偏压的变化，在低偏压时电容随电压变化的斜率较高，而高偏压时电容随电压变化的斜率较低，为了得到线性的压频响应曲线，将变容管与一小电容串联进行电抗补偿，使得压控灵敏度趋于一致。另外由于工作在2.45 GHz较高频段，选择变容二极管和串联小电容时，串联后总电容越小振荡频率越高，总电容变化范围越大，获得调谐带宽越宽。
2 电路设计及仿真分析
压控振荡器电路结构有许多种，当工作频段较高时，共基极电路能提供较高的增益、效率及稳定性，适合在较高振荡频率、较宽工作频段的情况下应用。因此，微波频段晶体管振荡器大部分都采用共基极电路[9]。
基于负阻原理，将晶体管及直流偏置电路与谐振网络结合起来，加入输出负载网络，组成压控振荡器的基本仿真电路图，如图2所示。
双极型晶体管AT?41486发射极有两个管脚，在实际工作中应该将电路分别接在两个管脚上，采用±6 V双电源供电，直流工作点选取为4 V，20 mA，经计算集电极偏置电阻100 Ω，由实际可得到的R1=51 Ω和R2=51 Ω串联构成，发射极偏置电阻为233 Ω，由实际可得到的R3=470 Ω和R4=470 Ω并联构成，L1～L3均为扼流电感，提供晶体管偏置电路通路;为了使振荡频率随外加调频电压变化更线性，可分别将发射极连接的变容二极管串联小电容C2和C3实现，为了增加晶体管电路的不稳定性，在晶体管基极接了一段接地渐进微带线Taper1当作正反馈电感，此电感与变容管等效出来的电容构成了电路的谐振网络部分，L4和L5为扼流电感，提供变容二极管偏置电路通路;负载网络则通过电容C1耦合输出，之所以将集电极偏置电阻分出一部分R2拿到输出主路，是为了控制输出功率电平，并保持最佳输出功率平坦度。
利用瞬态仿真和谐波平衡仿真控件，对电路性能进行仿真研究。图3为压控振荡器的仿真结果图，可以看出，振荡器输出时域波形包络比较稳定，起振时间比较短，大概6 ns便稳定下来，振幅也比较理想;振荡器输出频谱也比较好，二次谐波比基波低15 dB。
在振荡器设计过程中，通过大量的仿真实验可以总结出以下几点设计规律：
（1） 改变变容二极管两端微带线的长度，使带宽变窄了，分析是所加微带线相当于增加了寄生电感，抵消了部分变容二极管电容，使二极管总电容变化范围减小，故而调频范围降低。
（2） 基极用终端短路微带线代替电感，此微带线长度不但控制起振条件，对调频带宽也有影响，增加微带线长度振荡频率下降。
（3） 与变容二极管串联的小电容对调节振荡频率也起关键作用，电容值越小，在满足振荡器起振条件的前提下，振荡频率越高。在实际测试压控振荡器振荡频率时，由于电路板已经确定，可以通过变容二极管串联的小电容调节振荡中心频率。
3 电路制作及实验结果
由于用微带线连接各个元器件，必定导致电路振荡中心频率的改变，通过调整不同位置微带线的长宽及与变容二极管串联的小电容的容值，并结合ADS2009软件仿真优化，最终电路布局完成后，根据ADS得到的数据加工成微带电路板，实物电路的照片如图4所示。实物电路在FR4板上实现，四周打满均匀的接地通孔，起到一定的电磁屏蔽作用。
利用Agilen公司的E4440A频谱分析仪测试压控振荡器输出频谱，测试结果如图5所示。使用电压源产生不同的调频电压，分别记录下每个调频电压下压控振荡器输出频率及输出功率。最终根据测试数据绘制出压控振荡器输出频率和输出功率随调频电压变化曲线如图6所示。
测试结果表明，当调频电压在0～6 V变化时，振荡器输出频率变化范围覆盖2.4～2.5 GHz，满足ISM频段要求，振荡频率随调频电压变化线性度比较理想，输出功率大于9.2 dBm，具有很好的功率平坦度，相位噪声测试结果在偏移中心频率100 kHz处为-90 dBc/Hz。
4 结 论
本文基于负阻原理设计制作了一款中心频率为2.45 GHz的微带压控振荡器，为使带宽高、噪声低，振荡电路采用双电源供电和共基极连接方式，通过对变容二极管和晶体三极管的精心选型，实现了低电压0～6 V情况下的宽范围2.4～2.5 GHz的频率调谐，且调频线性度较好。实际测试结果表明，该振荡器输出功率大于9.2 dBm且平坦度较高，相位噪声较低。整个压控振荡器电路结构简单、易于制作、成本较低，满足教学和科研的需要。
参考文献
[1] 熊俊俏，夏敏.900 MHz压控振荡器设计[J].电讯技术，2010，50（6）：66?70.
[2] 刘凤格.一种S频段微带压控振荡器的设计与实现[J].电视技术，2008，48（10）：99?102.
[3] 彭观善，冯正和，陈雅琴.用负阻原理设计高稳定度VCO[J].电子技术应用，2004（4）：25?27.
[4] 鲁建彬，朱成，祝潇，等.一种简易微波VCO的设计[J].微波学报，2013（3）：51?55.
[5] 许亚兰，江金光，刘俐.一种用于GPS波段的低相噪VCO设计[J].电子技术应用，2012，38（2）：47?49.
[6] 王天心，刘瑞金，杨莲兴.一个2.4 GHz CMOS LC压控振荡器的设计[J].微电子学，2006，36（4）：502?505.
[7] 冯海洋，杜慧敏，张博，等.Ku波段0.18 μm CMOS 压控振荡器电路设计[J].电子技术应用，2014，40（4）：32?34.
按动力源可将手表分为机械表和电子表两大类：
机械表：手动机械表，手上链机芯，转动表冠，机芯内弹簧将能量发放而推动手表运行；自动机械表：自动上链机芯的动力是依靠机芯内的飞陀重量带动产生，当佩带手表的手臂摇摆就会带动飞陀转动，同时带动表内发条为手表上链。电子表，可分为数字式石英电子手表、指针式石英电子手表及自动石英表和光动能手表。数字式石英电子手表，石英晶体的压电效应和两极管式液晶显示相结合的手表， 其功能完全由电子元件完成；.指针式石英表：石英表的能源来自氧化银扣式电池，氧化银扣式电池向集成电路提供特定电压之后，通过其中的振荡电路和石英谐振器使石英振子起振，形成振荡电路源。
（来源：文章屋网 ）
关键词：数字电路 汽车尾灯 控制器 设计
中图分类号:TN79 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0005-02
1、功能指标
一般汽车尾灯控制电路具有这样的功能：汽车尾部左右两侧各有3个指示灯，汽车正常运行时，指示灯全灭；左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；刹车时；所有指示灯同时点亮。用3个开关控制指示灯的点亮状态，其中2个是转向控制开关，1个是模拟脚踏制动(刹车)开关[1]。而本控制电路具有的功能更加完善，与实际汽车尾灯显示状态更加接近，具体是：(1)当汽车正常直行时，汽车6个尾灯全灭；(2)当汽车向右拐弯时，汽车右面3个尾灯从左到右顺序亮灭；(3)当汽车向左拐弯时，汽车左面3个尾灯从右到左顺序亮灭[2]；(4)当汽车夜间直行时，汽车左、右两面3个尾灯同时由里向外顺序亮灭；(5)当汽车雨天、雾天或遇紧急情况直行时，汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁；(6)当汽车刹车时，汽车6个尾灯全亮。
2、电路组成和工作原理
本汽车尾灯控制器如图1所示，它由模式控制电路、振荡电路、三进制计数器、译码器和驱动显示电路五个部分组成。
2.1 振荡电路
振荡电路是由555定时器和外接元件R1、R2、C1、C2构成的多谐振荡器。输出脉冲的频率为：f≈1.43/[(R1+2R2)C1]≈1Hz，即1秒[3]。输出的脉冲一路驱动触发器U2B、U2A进行循环计数；另一路送到模式控制电路，使汽车在雨天、雾天或遇紧急情况直行时，汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。
2.2 三进制计数器
选用双JK边沿触发器74LS112构成三进制同步加法计数器。当CP接555定时器的输出脉冲时，触发器U2B、U2A的输出端按00011000…循环输出脉冲，驱动译码器U3B、U3A进行译码，按模式要求驱动汽车尾灯工作。
2.3 译码器
选用双二线-四线译码器74LS139进行译码，其功能是当=1时，Y0Y1Y2Y3=1111；当=0，同时BA=00011000…时，输出端Y0Y1Y2Y3=0111101111010111…，该输出信号输送给驱动显示电路，使汽车尾灯按模式要求显示。
2.4 驱动显示电路
汽车尾灯用发光二极管模拟，尾灯显示驱动电路的任务是在控制信号作用下驱动发光二极管的亮和灭。6只发光二极管分为左右两组，分别经过200Ω的限流电阻后接地，它们与6个四输入与非门（3块74LS20）一起构成驱动显示电路。
2.5 模式控制电路
模式控制电路主要由四个开关K1、K2、K3、K4和与非门U7A、U7B组成。
(1)当汽车正常直行时，开关K1、K2、K3接高电平，K4接低电平，K1、K2的高电平使译码器U3A、U3B的所有输出端为高电平；K4的低电平使与非门U7A、U7B输出高电平，这样6个四输入与非门的所有输入端全部为高电平，输出端全部为低电平，则汽车6个尾灯全灭。
(2)当汽车直行向右拐弯时，K2、K4接低电平，K1、K3接高电平，译码器U3B正常译码，在U2B、U2A输出00011000…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5B、U6A、U6B依次循环输出高电平驱动L4、L5、L6依次循环点亮，即汽车右面3个尾灯从左到右循环顺序亮灭；而左面3个尾灯与直行状态一样处于灭状态。
(3)当汽车直行向左拐弯时，K1、K4接低电平，K2、K3接高电平，译码器U3A正常译码，在U2B、U2A输出00011000…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5A、U4A、U4B依次循环输出高电平驱动L1、L2、L3依次循环点亮，即汽车左面3个尾灯从右到左循环顺序亮灭；而右面3个尾灯与直行状态一样处于灭状态。
(4)当汽车夜间直行时，K1、K2、K4接低电平，K3接高电平，汽车左面3个尾灯与汽车左拐弯时状态一样从右到左循环顺序亮灭；汽车右面3个尾灯与汽车右拐弯时状态一样从左到右循环顺序亮灭，即汽车左、右两面3个尾灯同时由里向外循环顺序亮灭。如果这时左拐弯，则把K2接高电平；如果右拐弯，则把K1接高电平即可。
(5)当汽车雨天、雾天或遇紧急情况直行时，K1、K2、K3接高电平，K4接振荡电路的输出脉冲，这时译码器U3A、U3B不译码，输出全为高电平，而秒脉冲经与非门U7A、U7B倒相后再经6个四输入与非门倒相，分别驱动汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。这时如果汽车左拐弯，即把K1接低电平，其它开关状态不变，这时与非门U7B输出为高电平，锁住了秒脉冲，致使汽车右面3个尾灯L4、L5、L6全灭，汽车左面3个尾灯是同时亮、灭闪烁和左拐弯时从右到左循环顺序亮灭的叠加；如果汽车右拐弯，则把K2接低电平，其它开关状态不变，这时与非门U7A输出为高电平，锁住了秒脉冲，致使汽车左面3个尾灯L1、L2、L3全灭，汽车右面3个尾灯是同时亮、灭闪烁和右拐弯时从左到右循环顺序亮灭的叠加。这样尽管在紧急状态行驶时，也能及时告诉后车司机知道前车的转弯状态。
(6)当汽车刹车时，K3接低电平，则6个四输入与非门输出全为高电平，分别驱动汽车6个尾灯全亮。
3、结语
随着人们生活水平的不断提高，越来越多的家庭拥有了汽车，这给人们的出行带来了方便。汽车尾灯的主要作用是显示汽车的运行状态，汽车尾灯控制器的好坏将直接影响汽车尾灯功能的发挥，因而倍受人们的关注，而本汽车尾灯控制器电路结构简单，控制原理清晰，功能比较完善，容易制作，希望能得到汽车行业的关注。
参考文献
[1]赵家松,严伟榆,张海涛.基于Multisim 10的汽车尾灯控制电路设计与仿真[J].苏州大学学报(工科版),2011,31(2):30-34.
[2]刘雅琨,冷刘伟.汽车尾灯智能控制电路设计[J].科技经济市场,2011,(5):9-10.
[3]赵应泽,龙江.篮球比赛24秒倒计时电路的设计与制作[J].电子制作,2007:42-43.
作者简介
张大平（1965-），男，副教授，研究方向：电子技术、自动控制。
基金项目
