時間：2023-05-29 17:49:43
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇振蕩電路，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：555集成電路；典型振蕩電路；分析；改進
1.555集成電路的特點
555集成電路的一個顯著特點就是能夠將模擬功能和邏輯功能有效地結合在一起，從而形成一個集成化的電路。555集成電路是數字電路與模擬電路的有機結合，具有延緩時間、發出脈沖信號等功能。555電路具有線路簡潔明了、功能完善、靈活性強、使用方便等多項優點，因此，555集成電路常被用于典型的多諧振蕩電路中，以代替傳統的連接式控制組件構成脈沖振蕩電路。
除此之外，555集成電路還具有工作效率高、穩定性強、精度高等優點。由于555集成電路采用的電壓范圍為2～28伏，因此能夠與其他數字電路進行有效的連接。555集成電路還有一定的輸出功率，能夠用于對微電機、指示燈、揚聲器等多種電路的調節。
2.555集成電路的類型與選擇
555集成電路主要有兩種類型，分別是雙核型、互補金屬氧化物半導體型。其中，雙核型電路的性能更強，因此使用頻率較高。
555集成電路構成的基本電路通常有單穩態觸發電路、雙穩態觸發電路、無穩態工作電路。無穩態電路的輸出狀態是在高低之間持續轉換的，從而形成了一個矩形的脈沖圖像。因此，從本質上來看，這是一種脈沖振蕩器，因為它能輸出矩形脈沖。從電路原理上來看，這個脈沖可以看作正弦波和一系列頻率相同但幅度不相同的正弦波疊加而成的，它是不需要外部的脈沖來引發振蕩而自動啟動的，因此，它又稱為自激振蕩器。
3.用于實現理想方波振蕩的改進電路
筆者在研究555集成電路構成的典型脈沖振蕩電路時發現，當電路形成特定的方波時，對電路的其他要素要求較高，要想實現理想方波是有的難度的。可通過對電路的簡單改進，使得電路的方波變得更加理想。
（1）間接反饋型無穩態電路。根據555集成電路的特點可以得出，其開放開關的電壓與輸出端的電壓具有相同的大小和功能，因此，當內部的放電開關斷開時，電路處于開路的狀態，電路中產生一個高電平。當輸出端的電壓等于零，內部開關閉合時，接地端接地，電路中產生低電平。從上述原理中可以看出，用放電端的電壓代替輸出端的電壓是完全可行的。但存在的一個問題是，電路中的能源可能會出現不足，這時就需要在電路中增加一個充點電阻，使原先的電路成為擁有兩個反饋電阻的電路。通過上述改進，負載電流和充電電路就能完全獨立，也就是說，電路的充放電電路不會再受到負載電流的影響。
此外，從電路性能的角度來看，雙極性的555集成電路放電管比一般的電路要大，采用改進后的電路能夠有效地提高電容的充放電性能，電路的運行也會更加穩定安全。因此，間接反饋式電路用于改進典型的555集成振蕩電路是切實可行的。
（2）壓控振蕩器的構成。構成壓控振蕩器也是555集成電路的一種常見優化方法。壓控振蕩器的構成是通過在電路中接入電位器來改變電路中的振蕩頻率。當電位器的中心電壓改變時，電容器的充電時間會發生較大改變，通常變化幅度在20倍左右，而電容器的放電時間變化幅度卻很小，幾乎可以說是沒有變化。將兩者的變化繪制成圖像，可以看到兩個時間點之間有一個交點，這一交點就是D50%。
為了進一步提高電路振蕩頻率的穩定性，可以使用晶體材料。此外，可變電容的使用也可以對電路的振蕩頻率進行精確的調整。用晶體對振蕩頻率進行控制，振蕩頻率就與晶體的頻率一致，也就是諧波的頻率。通過這一優化處理，電路的振蕩頻率穩定性得到了極大提高，實驗的數據表明，振蕩頻率的穩定性大致可以提高30～40個百分比。
4.結語
555集成電路構成的典型振蕩電路在通過完善和優化后，其性能得到了進一步的提高。隨著集成電路技術的進一步發展以及相關制造工藝的完善，由555集成電路構成的典型振蕩電路必將會得到更加廣泛的應用，其功能也將得到進一步的完善。
參考文獻：
關鍵詞：RC正弦波振蕩電路 仿真
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013） 06（b）-0000-00
1 學情分析
我們知道，高職學生的學習起點比較低，他們更喜歡學習實在的能看得到的東西，而不是抽象的理論，他們喜歡自己搭建一個電路，而不是進行潮流計算。但是基本的理論我們還是必須要學的，比如《模擬電子技術》這門課是電子電氣類專業的必修課，它的很多知識點都側重于對波形的分析，對高職學生來說，理解起來尤為困難，他們不明白波形是如何一步步轉換過來的，因此就要求我們教師對教學方法進行改革。
經過實踐，在講解《模擬電子技術》的知識點時，設計加入仿真實例分析（也可加入故障診斷），可以達到較好的效果。下面以RC橋式正弦波振蕩電路為例進行仿真分析。
2 RC橋式正弦波振蕩電路的組成及振蕩條件
正弦波產生電路廣泛用于廣播、通信、測量儀器和自動控制系統中。RC橋式正弦波振蕩電路的電路結構如下圖所示，其中，RC串并聯網絡既是選頻網絡，又是正反饋網絡，反饋電壓加到集成運放的同相輸入端做為輸入電壓；、和集成運放構成負反饋放大器；
此外還有穩幅環節（非線性環節），R 或用熱敏電阻，或加二極管作為非線性環節。
電路能產生正弦波振蕩的條件是：
起振條件是：
因為在產生振蕩時，F=1/3，所以要求A=（1+/）略大于3。
圖1 RC橋式正弦波振蕩電路結構
3 RC橋式正弦波振蕩電路的仿真分析
仿真軟件采用Multisim10.0，RC橋式正弦波
振蕩電路的仿真模型搭建如下，非線性環節采
用兩個反向的二極管（兩個反向二極管可以允許
正反兩個方向的電流流過）和一個電阻并聯的方式。
3.1 二極管穩幅原理
在圖中可以看出，負反饋放大倍數A=1+[+（//）]/ （為二極管正向動態電阻）
電路剛剛起振時，輸出電壓幅值較小，二極管處于正向阻斷狀態，此時反饋電阻=+，只要+的值大于2，輸出電壓幅值就會不斷加大，然后二極管會導通，此時=+（//），二極管動態電阻會隨著輸出電壓的增大而減小，所以會減小，當=2時，輸出幅值開始穩定，從而達到穩幅的目的。
3.2 仿真分析
仿真模型的參數設置如上結構圖，要特別注意的是+>2，但又不能太大。
起振波形如下圖3；穩幅以后的波形如圖4。
（1）輸出信號的頻率由RC串并聯網絡決定：
當=且時，，所以可通過修改RC串并聯里的參數改變輸出電壓的頻率。
（2）參數若選擇不當，則會引起波形失真。比如修改=2，則輸出電壓會產生失真，如圖5。
4 結語
在課堂正常講授過程中，加入仿真分析，通過清清楚楚的波形產生過程幫助學生理解正弦波振蕩的條件及起振條件。通過改變參數，設置故障對學生進行知識點強化。經過實踐，加入仿真分析的RC橋式正弦波振蕩電路的教學方法，有助于學生對知識點的理解，受到學生的歡迎。
參考文獻
關鍵詞：高壓電源模塊 直流變換器穩壓 自激推挽振蕩 串聯調整
1 概述
在PMT用電源模塊領域中，電源模塊的輸出電壓較高，但輸出電流很小，總的輸出功率不大。但PMT對輸出高壓的穩定性及紋波噪聲的要求很高，尤其是測量微弱光信號時，再加上串聯調整控制方式設計簡單，而且在低功率場合比開關電源的成本要低，所以在PMT應用領域，串聯調整的控制方式相對開關電源來說有很大的優勢。但串聯調整方式下，調整管的功耗較大，電源模塊效率僅有35%，且輸出功率較大時調整管需要散熱，這導致電源模塊體積不能做小。
針對以上問題，我們在串聯調整的基礎上進行了改進，通過改變調整管與自激推挽變換器的連接方式，來達到降低功耗，提高效率的目的。改進后的電路，調整管的功耗有了很大的降低，效率可達70%左右。
2 原理介紹
圖1是串聯調整穩壓方式下，實現高壓模塊的原理框圖。
原理為：輸入端輸入直流低壓，經調整管輸入到振蕩電路，逆變升壓，然后通過整流電路形成直流高壓。在高壓輸出端，通過采樣電阻將輸出信號的變化量，反饋到運算放大器，運算放大器將反饋信號與基準電壓比較、放大后去控制調整管，以達到穩壓的目的。此圖中沒有給出調整管與振蕩電路的具體連接方法，根據調整管與振蕩電路的連接方式不同，可分為電源電壓調整和振蕩調整兩種。
2.1 電源電壓調整型
電源電壓調整型原理見圖2，由圖中可見，調整管與振蕩電路串聯，且調整管充當振蕩電路的供電電源，所以輸出的功率全部由調整管提供，這里調整管起主要的功率放大作用，而振蕩電路中兩三極管工作在開關狀態，起能量的轉換作用，所以此種連接方式下，調整管功耗很大，電源模塊整體效率不高。
2.2 振蕩調整型
振蕩調整型原理見圖3，由圖中可見，調整管發射極通過電阻連接到振蕩三極管的基極，調整管與振蕩電路的供電，直接由低壓電源來提供，調整管只供給振蕩三極管基極所需的電流，對振蕩電路起控制作用，而兩個振蕩三極管工作在放大狀態，起放大作用。因此調整管功耗大大降低，整體效率得到了提高。
3 兩種連接方式下振蕩波形比較
3.1 電源電壓調整型振蕩波形
電源電壓調整型振蕩波形見圖4，因為兩振蕩三極管工作在開關狀態，所以兩管輪流交替導通，振蕩幅度取決于輸入電壓，輸出功率與調整管基極電流和放大能力有關。
3.2 振蕩調整型振蕩波形
振蕩調整型振蕩波形見圖5，從波形上來看，兩振蕩三極管工作在放大狀態，兩管交替工作，輸出電壓幅度和功率與兩振蕩三極管的放大能力有關。
4 實測數據對比
采用兩種控制方式分別做成電源模塊，其參數對比如下，見表1。
由表1可見，當輸出功率一定時，采用振蕩調整型電路的效率比采用電源電壓調整型電路的效率，至少高出一倍。
5 結論
從上面的分析可以看出兩種電路的實質為，電源電壓調整型實際上是調整管進行功率放大，屬單管功率放大，所以其效率較低；而改進的振蕩調整型電路為兩振蕩三極管進行功率放大，屬雙管推挽功率放大，所以其效率比單管高了一倍。
參考文獻：
[1]清華大學工程物理系，射線儀器電子學，原子能出版社.
關鍵詞:無線電遙控;西勒電路;超外差;解調
中圖分類號:TN99 文獻標志碼:A文章編號: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
無線電遙控技術的誕生起源于無線電通訊技術,最初構想是建立無線電電報技術,真空電子管的發明使無線電技術的應用和普及很快應用于民用和軍用各個領域。隨著晶體管的發明和集成電路的誕生,無線電遙控技術達到了更加完善的程度,現如今無線遙控技術已滲入國民經濟的各個領域,成為近年來快速發展的一大熱點,它的迅速發展必然帶來巨大的經濟效益和社會效益。
針對無線電遙控系統抗干擾能力差、穩定性不高等缺點,本文提出了可靠性較高的簡易無線電遙控系統的工作原理和設計方法,分析了發射和接收部分,從而為無線電遙控技術提供新的參考方案,具有重要的價值意義。
1 系統的工作原理
無線電遙控電路由無線電發射器與接收器兩大部分組成。系統發射和接收框圖如圖1所示。
發射機部分,控制鍵通過撥鍵選擇被控對象。采用CD40147的10-4線優先編碼器,對按鍵進行編碼。為了便于碼元的傳輸,對碼元進行再編碼,據了解,MC145026和MC145027是專用于遙控電路的編解碼器,因此選用該對芯片進行編解碼。MC145026產生占空比隨傳0、傳1改變的單極性碼,一組編碼中包含五位地址碼和四位數據碼,只有與MC145026地址碼相同的MC145027才會有解碼輸出。在調制方式的選擇上,因對頻帶寬度沒有限制,為了提高抗干擾能力,載波傳輸采用FSK調制方式,調頻采用變容二極管電路直接調頻,既可獲得較大的頻偏,又可保證一定的頻率穩定度。
接收機部分按超外差方式組成,超外差是指輸入射頻和本振信號產生一個固定中頻信號的過程。對于發射機功放電路,鑒于傳輸距離短,輸出功率低,兼顧效率,功放管工作狀態選為甲乙類,輸入端的高頻放大器采用共射級諧振放大電路。對已調信號進行處理恢復基帶信號,通過Motorola專用集成電路芯片,即低功耗窄帶FM/IF MC3361B來實現,其片內包含:振蕩器、混頻器、限幅放大器、正交鑒頻器。通過晶振為8MHz與輸入7.5MHz的高頻信號混頻,輸出信號通過500KHz的窄帶陶瓷濾波器(FL),來產生500KHz的中頻信號。由于碼型在傳輸過程中,可能出現畸變,所以應該通過比較器LM311使信號恢復成只有高低電平的數字信號,這樣,提高了接收機的抗干擾能力,并與后級數字電路匹配。驅動部分采用74LS138和4511譯碼直接驅動。
2 發射機中西勒振蕩電路的設計
振蕩器是一種不需要外加輸入信號就能自激輸出交變信號的裝置,它能夠自動地將電源提供的直流能量轉換成頻率和幅度為所需值的輸出交變信號能量。采用LC振蕩回路作為選頻網絡的反饋振蕩器稱為LC振蕩器,是無線電技術領域內使用較多的振蕩電路。圖2為電容三點式振蕩器電路。
這種電容三點式線路形式若不加改變,只適合用于固定頻率振蕩器,但只要在L兩端并上一個可變電容器,并設C1與C2為固定電容,則在后面的FSK直接調頻時,基本上不會影響反饋系數。采用LC振蕩電路來產生,以變容二極管直接調頻的方式產生調制信號,從而實現西勒振蕩電路。圖3為變容二極管直接調頻的西勒振蕩電路。
a) 振蕩管的選擇
對于小功率振蕩電路而言,選擇振蕩管時,主要從振蕩頻率,頻率穩定度,以及能否滿足起振條件等方面來考慮,一般要求管子的ft>(3～10)fosc,β選50～120,β值太小不易起振,太大則容易產生寄生振蕩。
b) 靜態工作點的選擇
單管LC振蕩電路的幅度平衡和穩定,是靠起振后進入晶體管的非線性區來實現的。由于在飽和區晶體管的輸出電阻小,并聯在回路上會使回路靜態工作點Q值降低,從而使振蕩器的頻率穩定度變差,所以一般不希望其工作在飽和區,通常使振蕩管的開路靜態工作點靠近截止區。
一般在考慮穩定性時,偏置電路采用分壓式電流負反饋電路,其中Re為直流負反饋電阻,取值為1～4KΩ,Rb1與Rb2應滿足Rb1// Rb2>(5～10)Re,同時Rb1與Rb2的比值決定靜態發射極電流Ieq。
c) 諧振回路參數的選擇
在西勒振蕩器線路中,決定振蕩頻率f的振蕩回路元件有:電感L、可變電容C和固定的串聯電容C2、C3、C4 。為了減小管子與回路間的耦合,C4取值較小,C2、C3取值較大。即C4遠小于C2、C4也遠小于C3,因而回路總電容近似等于C4。振蕩頻率f則主要由C4、L1決定,即:。
振蕩管V的輸出電容Co和輸入電容Ci都并接在振蕩回路上,決定著振蕩頻率。而振蕩管的Co和Ci值通常隨著振蕩管工作狀態的變化也會有所變動,這將導致振蕩頻率不穩定。在西勒振蕩器中Co與大電容C3并聯,Ci與大電容C2并聯,它們互相串聯后再與小電容串聯,總串聯電容將由小電容C4決定,這使Co、Ci的不穩定對振蕩頻率的影響大為降低,從而提高了西勒振蕩器的頻率穩定度。
3 解調信號恢復電路的設計
經過無線傳輸、高頻放大、解調等過程后,信號會產生畸變,為得到性能更好的數字信號,還需利用脈沖信號恢復電路將解調信號恢復成二進制碼型,這樣,信號才能被后面的譯碼電路準確解碼,并且能提高系統的抗干擾能力。在此采用比較器電路實現解調信號的脈沖恢復,比較器的門限電壓由鑒頻器輸出經RC低通濾波獲得,其電壓相當于信號中的直流分量電壓,此方法有一定的自適應功能,在實際應用中表現出較強的抗干擾能力。用這個門限電壓,使高于這個門限電壓的部分恢復為高電平,低于的部分恢復為低電平。采用LM311來實現這個電壓比較器的功能,其比較器電路如圖4所示。
4 安裝與調試
在系統電路設計中,需對其進行調試,首先測試搭建的西勒振蕩電路是否振蕩?不用示波器也可以進行調試,即采用二極管燈測試法,在西勒振蕩電路后搭建一個放大電路,放大電路后接一個LED燈,如果LED燈閃閃爍,說明振蕩電路工作正常,沒有表明沒有起振。振蕩電路調試成功后,搭建合適的發射、接收振蕩線圈(中心頻帶要一致),接收部分的電路還要有混頻和比較電路,至使信號失真最小,再將控制部分的電路一一接好,就可以開始連調了。
電路組裝完后,首先測發射機的整機電流約為15～20mA(電源采用9V時,整機電流約為15mA,采用12V,電流約為20mA)。接收機守候電流為1.5mA,使兩機相距10米左右,調發射機的調頻電容,可控制頻率,使發射和接收的頻率對上,完成信息傳輸。如何判斷發射和接受的頻率是否對上,我們可以在145027的VT端口搭建一個簡單的電路,此電路由一個3.3K電阻、8050三極管、LED組成,當發射和接收的頻率一致時,145027接收到145026的信號,VT端口就會置高,使三極管8050導通,從而LED燈點亮。隨后再連調控制部分,直至調到理想狀況。通過調試,發射與接收的測試結果如表1。
測試結果表明,所設計的無線遙控系統抗干擾能力強、穩定性好且靈敏度高,可實現短距離控制功能。
5 結論
本文采用多種芯片和集成電路實現簡易無線電遙控功能,具有集成度高,穩定性好,抗干擾能力強等優點。其中在信道抗干擾方面采用了MC145026和MC145027芯片對控制信號進行再編解碼及脈沖信號恢復電路,消除了外界干擾信號,使譯碼電路準確解碼,提高了系統的抗干擾能力。
該遙控系統經過多次實驗,得出了實際測試結果,完成控制功能。理論與實踐表明,該設計思路新穎,方案可行,可實現短距離遙控。
參考文獻:
[1] 宮芳.無線電遙控系統的模塊化設計方案[J].中國科技信息,2005(24).
[2] 談文心,鄧建國,張相臣.高頻電子線路[M].西安:西安交通大學出版社,2005(3).
[3] 何鳳庭.多通道無線發射與接收系統的研究[J].湘潭:湘潭大學自然科學學報,1998(2):16.
[關鍵詞]石英晶體振蕩器；高穩定度；主振電路；恒溫槽
中圖分類號：TN752 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）08-0028-01
1 系統電路設計
1.1 振蕩電路設計
晶體振蕩電路由主振電路、諧波抑制電路、電壓放大和輸出波形變換電路組成。主振電路的原理圖如圖1。
電路中采用標稱頻率為50MHz、AT切的金屬冷壓焊封裝的晶體諧振器。圖1中的主振電路采用皮爾斯并聯電路，由晶體管T1、晶振以及電容Ct，C1，C2，Cx組成。設計中選用足夠高的特征頻率fT，較小的共射電流放大倍數β0晶體管（過大的β0值不利于提高振蕩器的頻率穩定度）。因此，只要保證了晶振起振，C1和C2應盡可能選取較大值，以便掩蓋晶體管結電容及其他雜散電容帶來的不利影響，同時還可以減小電阻R1，R2折算到與諧振器串聯的等效電阻，保證諧振器有較高的在線Q值。為了獲得更高的諧振器在線Q值，更好的頻率穩定度，選取電容值較大的Ct，但Ct過大會使振蕩器的頻率很難校準到標稱頻率，每級晶體管集電極電源須接0.01μF電容去耦。
電阻電位器Rx，R1及R2構成分壓電路，其分壓使變容二極管正常工作。變容二極管的容值隨分壓而改變，振蕩電路的頻率也隨之改變，因而調整可變電位器Rx能夠手動校準頻率。調諧回路由變容二極管Cx、電阻R1，R2和電位器Rx構成。在穩壓電路中選用溫度特性良好的穩壓二極管，以取代溫度特性較差的三端穩壓器。理論研究與實驗測試表明，要很好地改善晶體振蕩器的溫度特性，就在電阻R1并聯1個正溫度系數熱敏電阻Rt。此外，在調試的過程當中，若測試到電路的振蕩頻率并不在上邊頻和下邊頻的中心位置時，即可調整這個正溫度系數熱敏電阻Rt來獲得改善。
通過合理的設計和布局，將圖1中虛線框所示的振蕩電路和前2級幅度放大器集成到一塊PCB板上，并置于恒溫槽中，更大程度地提高了幅度放大器的溫度穩定性，同時又避免了恒溫槽體積的增加。這種改進使得在不采用AGC（自動增益負反饋）電路的情況下，晶振的長期和短期頻率穩定度沒有明顯的差別，有利于晶振的小型化。集成塊6321具有倍頻和波形變換作用，由于文中采用50MHz晶體，故無須倍頻即可滿足要求。振蕩電路的噪聲主要來自電路中的有源元件。為減少這些噪聲，通常采用穩定的電源和理想的輸出策略，適當加寬電源線可減小環路電阻。電源線、地線的走向和數據傳遞方向一致，也有助于增強抗噪能力。同時，為了減小噪聲從振蕩器泄漏出去和噪聲從其他設備進來，電源上通常采用旁路電容。一般選用的旁路電容為0.1μF或4.7nF，該電容對基頻的3次泛音有一定的吸收作用，并能改善振蕩波形，抑制電源線抖動所帶來的影響。此外，晶振的外殼必須接地，加粗接地線也是增強石英晶體諧振器抗干擾能力的重要措施之一。
1.2 恒溫電路設計
恒溫控制晶體振蕩器（OCXO）是利用恒溫槽使晶體振蕩器或石英晶體振子的溫度保持恒定，將由周圍溫度變化引起的振蕩器輸出頻率變化量削減到最小的晶體振蕩器。溫控電路的結構由熱敏電阻電橋電路、直流電壓放大和功放電路組成，其電路如圖2所示。
圖2中的控溫電橋網絡由電阻R1，R2，熱敏電阻Rt及拐點電阻Rx構成，直流電壓放大器由集成運放構成，恒溫槽由功率管管耗提供熱量。其工作原理如下：當恒溫電路通電后，當其恒溫槽溫度沒達到晶體拐點溫度時，電橋將有一個較大的失衡電壓輸出，使溫控電路處于大電流加熱狀態，功放管功率最大，恒溫槽內溫度上升；當恒溫槽內的溫度上升，電橋電路的輸出失衡電壓就下降，功率管的管耗下降，直到恒溫槽加熱到所需要控制的溫度，溫度控制電橋輸出的電壓維持不變。與此同時，流過功率管電流最小，恒溫控制電路處于最小的加熱功率狀態，此時恒溫控制電路處于熱平衡狀態，恒溫槽的溫度發生變化，熱敏電阻阻值隨之變化。即：TRt+VV0IT。由此可見，保持槽內恒溫，可以根據熱敏電阻阻值隨溫度的變化來調整恒溫槽內的溫度。
1.3 恒溫槽設計
實現恒溫槽控溫的方法主要有兩個：一是減小恒溫槽熱量的散失，提高其絕熱性能；二是盡量減小體積，以縮小傳熱面積。文中所采用的保溫材料是導熱系數僅為0.02W/（m.k）左右的硬質聚氨酯泡沫塑料，其易于加工，并且能很好的達到絕熱的目的。通電加熱后的恒溫槽，加熱電流會在某一值附近作長時間的周期性波動，從而出現熱振蕩，要解決這一問題，減小恒溫槽熱量的散失，應使用絕熱性能良好的保溫材料（銀膏膠封熱敏電阻），使它與恒溫槽體接觸良好。實踐證明，為達到更好的恒溫控制效果，把熱敏電阻放置在功率管的外側比較適宜。
為了盡可能的減小晶振體積，文中設計過程中削減了保溫層的厚度。理論分析和實踐結果表明，即使保溫層厚度減少，晶振的頻率溫度特性并沒有惡化。在保溫層厚度減小后，晶振的表面積又隨之減少，晶振向外輻射的熱量與表面積成正比，晶振通過保溫層向外傳導的熱量與保溫層的厚度成反比。減少保溫層厚度所產生的2個結果互相抵消。
2 測試結果
依照上述原理及設計原則，本文設計的50MHz小型恒溫晶體振蕩器，其外型尺寸為35mm×35mm×13mm。在試制的產品中隨機抽取了10只樣品，對主要技術指標進行測試，其指標范圍如表1所示。測試結果與理論值相符。
3 結語
石英晶體振蕩器是目前頻率穩定度和精確度較高的晶體振蕩器。它在老化率、溫度穩定性、長期穩定度和短期穩定度等方面的性能都非常好，作為精密時儀應用在電子儀器中。隨著科學技術的發展，對石英晶體振蕩器的性能提出了更高的要求。本文設計的晶體振蕩器具有頻率高、穩定度好、體積小和重量輕等特點，能夠滿足客戶對小型化超高頻高穩晶振的需要。該晶振應用到光纖通信及雷達等設備中，可以提高設備的可靠性，縮小其體積，減小其功耗，具有較為顯著的經濟效益和社會效益。
參考文獻
[1] 趙聲衡。石英晶體振蕩器[M]。長沙：湖南大學出版社，1997。
[2] 翁壽松。壓控晶體振蕩器及其調頻變容二極管[J]。半導體情報，2000（4）：14-17。
（西安外事學院，陜西 西安 710077）
【摘 要】信號發生儀教具將主要用于高校的電工電子類實踐教學。信號發生器主要由RC橋式震蕩器，滯回比較器，積分器三大主要電路模塊構成。其原理簡單，使用方便。
關鍵詞 教具；RC橋式震蕩；滯回比較器；積分器
0 引言
現有的信號發生儀只是作為一種信號源來使用，而對于高校具體實踐教學來說并不能真正達到教與學的目的。其缺點有三個：1）外觀封裝比較嚴實，對于初學者來說人為的增加了認識難度；2）現有的信號發生儀側重輸出結果，內部電路大多采用昂貴的集成塊來代替分立元件，這對于初學發生器電路者理解電路原理增加了很大的難度；3）現有的信號發生儀只能通過外部的按鍵來改變輸出信號的頻率或者幅值，對于初學者來說并不能直觀的觀察到那些參數的改變可以調整輸出波形的頻率和幅值。為了克服上述現有技術不足，本文的主要目的是提供一種信號發生儀教具，具有結構簡單、操作簡單，使用方便，經濟實惠的特點。
1 設計思路
此信號發生儀教具針對以上的問題，做了如下幾個方面的設計改進：1）外觀采用有機玻璃或者透明硬塑料制成，可以幫助初學者直觀的認識信號發生儀的產生電路、工作原理及輸出結果；2）信號發生儀的主電路采用最便宜，最常見的分立元件來制作，采用這些元器件既減少了信號發生儀的生產成本，又讓初學者了解到每個元器件在電路中所起不同作用，達到實踐教學的真正目的；3）此信號發生儀的部分重要元件用可調部件代替，這樣初學者可以在相同環境下改變電路參數，觀察對輸出信號的影響，達到舉一反三的目的。
2 設計原理
信號發生儀教具，包括有殼體，殼體底部設有PCB元件板，PCB元件板上設有控制電路，控制電路通過電源電路與殼體的背部的開關相連；殼體的前部設有正弦按鈕、方波按鈕和三角波按鈕，分別與控制電路相連；殼體前部還設有頻率和幅值參數調整旋鈕。
2.1 系統設計
采用RC正弦波振蕩電路、電壓比較器、積分電路共同組成的正弦波—方波—三角波函數發生器的設計方法。先通過RC正弦波振蕩電路產生正弦波，再通過電壓比較器產生方波，最后通過積分電路形成三角波。文氏橋振蕩器產生正弦波輸出，其特點是采用RC串并聯網絡作為選頻和反饋網絡，其振蕩頻率f=1/2πRC.改變RC的值，可得到不同的頻率正弦波信號輸出。用集成運放構成電壓比較器，將正弦波變換成方波輸出。用運放構成積分電路，將方波信號變換成三角波。
2.2 單元電路設計
2.2.1 正弦波產生電路
正弦波由RC橋式振蕩電路，即文氏橋振蕩電路產生。文氏橋振蕩器具有電路簡單、易起振、頻率可調等特點而大量應用于低頻振蕩電路。正弦波振蕩電路由一個放大器和一個帶有選頻功能的正反饋網絡組成。其振蕩平衡的條件是AF＝1以及ψa+ψf=2nπ。其中A為放大電路的放大倍數，F為反饋系數。振蕩開始時，信號非常弱，為了使振蕩建立起來，應該使AF略大于1。
放大電路應具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻以減少放大電路對選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅決定于選頻網絡，因此通常選用引入電壓串聯負反饋的放大電路。正反饋網絡的反饋電壓Uf是同相比例運算電路的輸入電壓，因而要把同相比例運算電路作為整體看成電路放大電路，它的比例系數是電壓放大倍數，根據起振條件和幅值平衡條件有Av=1+Rf/R1≧3, 且振蕩產生正弦波頻率f0=1/2ΠRc。D1、D2的作用是，當Vo1幅值很小時，二極管D1、D2接近開路，近似有Rf＝9.1K＋2.7K＝11.8K，，Av=1+Rf/R1=3.3>=3,有利于起振；反之當Vo的幅值較大時，D1或D2導通，Rf減小，Av隨之下降，Vo1幅值趨于穩定。
利用RC橋式震蕩電路產生正弦波，其中的RC串并聯支路構成正反饋支路，同時兼并選頻網絡，電阻R2，R5，以及熱敏電阻構成負反饋支路并且穩幅。調節電位器R2，可以改變負反饋深度，以便于滿足震蕩的振幅條件和改變波形。
2.2.2 方波產生電路
正弦信號輸入，經過遲滯比較器后輸出方波。電路工作原理：運放同相端接基準電壓，即U+=0,反相端輸入電壓Uo1，負向輸入端電阻為平衡電阻。輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，單限比較器雖然靈敏，但是抗干擾能力比較弱，滯回比較器具有滯回特性，既具有慣性，因而具有一定的抗干擾能力，所以我們在此選擇滯回比較器產生方波。當輸入為正弦波時，產生的是方波，其中穩壓管的作用是限幅。
2.2.3 三角波產生電路
利用積分產生三角波,從矩形波產生電路中的電容器上的輸出電壓，可得到一個近似的三角波信號。由于它不是恒流充電，隨時間t的增加uc上升，而充電電流i隨時間而下降，因此uc輸出的三角波線性較差。此電路通過保證電容器恒流充放電，用集成運放組成的積分電路代替RC積分電路提高了三角波的線性。
3 設計實現
第一部分控制電路的組成：正弦波、方波和三角波發生器電路組成信號發生儀的核心控制器件。第一級正弦波輸出采用RC橋式正弦波振蕩器電路來完成，接線是PCB元件板上的正弦信號輸出端與殼體的正弦波接線旋鈕相連；第二級方波輸出采用滯回比較器電路來完成，接線是PCB元件板上的方波信號輸出端與殼體的方波接線旋鈕相連；第三級三角波輸出采用積分電路來完成，接線是PCB元件板上的三角波信號輸出端）與殼體的三角波接線旋鈕相連。
第二部分控制電路的組成：RW2負責調整波形的幅值和整個電路的起振，PCB元件板上的RW2調整端與殼體的幅值調整旋鈕相連，RW2負責調整波形的頻率，PCB元件板上的RW2調整端與殼體的頻率調整旋鈕相連。
第三部分電源電路包括變壓器電路、橋式整流電路、電容濾波電路、三端穩壓電路。變壓器電路主要是由~220V-~9V降壓來完成。具體接線端是變壓器的~220V輸入接線端通過開關與電源的接線端相連；橋式整流電路采用采用RS508來實現，輸入端與變壓器的輸出端相連；濾波電路采用電解電容和瓷片電容結合來實現，輸入端與RS508輸出端相連；穩壓電路主要采用有固定輸出的三端穩壓器LM7805和LM7905來實現。最終電源的+5V輸出端分別于PCB板的兩個集成電路LM358的8號管腳相連，電源的-5V輸出端分別于PCB板的兩個集成電路LM358的4號管腳相連。
參考文獻
［1］童詩白,華成英.模擬電子技術基礎[M].高等教育出版社,2006.5
【關鍵詞】遙控系統；控制信號；溫控器
在電子技術應用專業《制冷設備原理與技能訓練》一課的教學過程中，“空調遙控系統工作原理”這一部分的內容，老師的教、學生的學，都會感到很困難，其原因一方面是因為知識點難度確實較大，沒有扎實的電子技術理論基礎是很難理解其工作原理的；另一個原因可能是老師講課的技巧問題。根據本人多年對該內容的教學體會，采用“先總體、后各部分、再綜合分析”的教學技巧，還是容易突破教與學的難點的。
一、總體理順遙控系統的組成
空調的遙控系統，實際上是一個單片機控制電路，各個控制程序已燒錄在中央控制芯片內，作為教與學，若能讓學生掌握好整個遙控系統正常工作的條件是什么、有哪些輸入信號、有哪些輸出信號、信號輸入與輸出流程的邏輯關系等的內容，教與學都會顯得輕松自如。空調遙控系統正常工作的條件有三個，供電電壓、時鐘振蕩信號、復位電路應正常。空調遙控系統輸入的控制信號主要有三個，分別為溫度控制信號、遙控信號、面板控制信號。空調遙控系統輸出的控制信號主要有六個，分別為擺風控制信號、室內機風扇控制信號、壓縮機控制信號、制冷制熱轉換控制信號、顯示信號、蜂鳴聲信號。
以上各個信號絕大部分空調器都是有的，個別空調有少量差異。系統組成如圖1所示。
圖1
圖2
二、弄清各部分電路的組成與工作原理
學生清楚遙控系統的組成之后，接下來教學的主要內容就是要各個擊破，向學生講清楚各個部分電路的內容，并且每一部分電路都應講清其作用、組成、種類、工作原理、輸入與輸出信號的邏輯關系、關鍵點的電參數、常見的故障等內容，讓學生能全面掌握每一部分電路的全貌。以空調遙控系統中時鐘振蕩電路、溫控電路、室內機風扇控制電路為例，這幾部分的電路，可以向學生講述如下的內容。
（一）時鐘振蕩電路
1.時鐘振蕩電路的作用
時鐘振蕩電路的作用是，統一整個電路的工作節拍。
2.常見時鐘振蕩電路的組成種類和電參數
（1）時鐘振蕩電路的組成，其電路由晶體元件、電容元件組成。
（2）晶體元件的符號與代號，英文代號為X或X-TAL。
（3）常見時鐘振蕩電路的形式，如圖2所示。
（4）工作原理，與模擬電路中晶振電路的工作原理相同。
（5）關鍵的電參數，通電正常工作后，晶振任一端的波形為正弦波。
3.常見的故障
當晶振電路損壞時，整個電路的所有功能都將無法正常工作。
（二）溫控電路
1.溫控電路的作用
控制壓縮機的開停，使房間內基本保持恒溫。
2.溫控器的電阻特性
分體空調的溫控器，全部采用負溫度系數的熱敏電阻，這種電阻器溫度越高，電阻值反而越低。
3.溫度器的種類有兩個
（1）一個叫房間溫控器――安裝在室內機的回風口處，感受房間溫度的變化，控制壓縮機的開停。該溫控器斷開、或短路時，空調器都會無法開機。
（2）另一個叫管溫溫控器――緊貼蒸發器的銅管安裝，感受銅管的溫度，其作用是，制冷狀態時，防止蒸發器結冰；制熱狀態時，防止吹出的熱風溫度過高或過低。該溫控器開路時，空調器可以開機，但會失去溫控保護功能。
4.溫控器的電參數
溫控器電阻值隨溫度的變化是很明顯的，常用的溫控器阻值的變化，如表1所示。
表1
溫度變化C° 0 5 10 15 20 25 30 35 40
電阻變化KΩ 13.2 10.8 8.83 7.26 6.01 5 4.17 3.5 3
5.常見的溫控器電路
有的室內機有兩個溫控器，有的只有一個溫控器，溫控器電路一般為兩個電阻串聯而成，為電橋平衡接法，用5V供電，輸入點的電壓約為一半，即2.5V左右。常見的電路如圖3所示。
圖3
6.常見的故障及判斷方法
常見的故障是房間的溫度很高時壓縮機還不工作、房間的溫度很低時壓縮機還不停機、頻繁開停機，判斷方法如下。
（1）如果溫度變化時，溫控器電阻值變化不明顯，只有幾百歐姆變化，則這樣的溫控器是壞的，不可使用。
（2）溫控器好壞的判斷方法。用手捏住溫控器給其加熱，若空調可以啟動，則溫控器是壞的。
（3）更換溫控器的要領。溫控器感溫不準，會出現空調器頻繁開停機的現象，我們可以適當移動溫控器的位置試試看，要換新溫控器時，新溫控器的阻值應與舊的相接近才行。
（三）室內風扇控制電路
1.室內風扇控制電路的作用
室內風扇控制電路的作用是，控制室內風扇的轉速，使空氣流暢。
2.室內風扇控制電路形式
室內風扇控制電路形式有兩種，一種是傳統型的繼電器控制方式，另一種是光耦可控硅無級調速方式。
3.繼電器控制方式常見的電路及繞組的判斷方法
（1）常見的電路
繼電器控制方式的電路又有兩速風扇與三速風扇之分，電路結構如圖4所示。
圖4
（2）調速風扇各個繞組的判斷方法
任測兩根線之間的阻值，阻值最大者，為接電容器的兩根線。一條為主繞組，另一條為副繞組。將上述兩根線并在一起，測量并在一起的一端與其余3條引線間的電阻，阻值最大者為低速擋，阻值最小者為高速擋，另一條為中速擋。主副繞組的判斷方法。接電容的兩根引線，一條接火線L，另一條空著不用，N線接高速、或中速、或低速擋，若電機轉向正確，則接線正確。
4.光耦可控硅無級調速方式常見的電路
（1）光耦可控硅無級調速方式常見的電路（如圖5所示）
（2）光耦可控硅的判斷方法
光耦可控硅的外形，與普通的整流橋堆非常相似，但所標注的型號代碼是不相同的，用萬用表來檢測時，其直流控制輸入端呈現二極管的性質，其交流控制端正、反向阻值都為無窮大。
圖5
三、綜合分析實用的電路
【關鍵詞】電子工程設計;高頻電路;教學研究
1.引言
《電子工程設計》是電子信息工程專業的一門專業課和必修課。本課程是學生學習電子技術十分重要的教學環節之一，是對學生學習電子技術知識的綜合實踐訓練。通過電子技術實踐教學環節，使學生鞏固所學的電子技術理論知識，培養學生解決實際問題的能力，加強基本技能的訓練，切實提高學生的實踐動手能力和創新能力。教學任務是通過本課程的學習使學生掌握常用電子元器件基本知識，常見電子電路的設計，綜合電子應用電路的設計，電子線路板元件布置與布線基本知識，元件焊接技術，硬件電路的調試技術，電信號的檢測技術。
課程內容中高頻電路設計部分是重點也是難點，高頻電路設計包括各種調諧電路的設計、高頻振蕩器的設計以及實際電路的制作和調試。學生在進行各種參數選擇和電路調試的過程中很容易出現問題，本文針對高頻電路設計和調試方法進行了深入的教學研究，結合課程講授過程中的實際問題對此部分教學內容做了詳細分析，并取得了良好的教學效果。
2.調諧放大電路的設計和調試方法研究
調諧放大器是一種選頻放大器，即從所輸入的信號中選出有用信號并進行電壓放大。調諧放大器在各種電子設備、發射和接收機中被廣泛應用。在調諧放大器中由L、C元件組成并聯諧振回路，對信號進行選頻[1]。放大器件可以是雙極型晶體管，也可以是場效應管。
2.1 原理電路
圖1 原理電路一
圖2 原理電路二
RB1、RB2、RE提供管子的靜態工作點，使管子處在放大狀態。電路之一中的L、C組成并聯諧振回路，決定諧振頻率。電路只對諧振頻率及其通頻帶內的信號進行電壓放大，而對通頻帶以外的輸入信號不放大，從而實現選頻放大。電路之二的直流偏置與電路之一相同。電路中的C、L1、L2決定諧振回路的諧振頻率。放大的電壓信號經L1、L2之間的互感耦合，由L2兩端輸出。上述電路在發射和接收設備中被廣泛應用。如超外差收音機的中放電路、電視機的中放電路等普遍使用上述電路。
2.2 電路的設計方法
（1）按所需諧振頻率選擇LC參數
諧振頻率由L、C參數共同決定，在設計中一般先固定電容的參數，選擇電感元件的參數。在設計高頻諧振回路時，由于管子的結電容和元件分布電容影響諧振頻率，選擇電容參數時適當將容量選的小些。電感最好選用具有磁帽的電感，以方便電路調試時微調電感量。如果選用有骨架電感，可通過增減匝數來微調電感量;如果選用空心電感也可通過改變匝與匝之間距離來微調電感。
（2）三極管放大電路的設計
電路屬于小信號放大電路，設計時參照中頻段單管放大電路的設計過程。其實就是通過設計使管子具有合適的靜態工作點，并具有合適的動態范圍。如UCEQ≈1/2VCC。注意：對直流來說LC回路相當于短路。
2.3 電路的調試方法
（1）靜態調試
調試電路的靜態工作點，使電路中管子的靜態電流和有關電壓達到設計值。UCEQ最好接近1/2VCC。
（2）動態調試
在信號輸入端輸入接近LC回路諧振頻率的頻率可變的信號，用毫伏表測試LC回路的電壓。將輸入信號由低到高改變頻率，觀察毫伏表讀數，當毫伏表讀數最大時，所輸入的信號頻率就是該電路所放大的信號頻率。
上述毫伏表可以用示波器代替。當示波器顯示波形幅度最大時，所輸入的信號頻率即為該LC回路的諧振頻率，也就是該電路所放大的頻率。在沒有毫伏表的情況下，也可以用萬用表直流電壓檔測量管子的UCE，在LC諧振時UCE最小。如果電路的諧振頻率偏離設計頻率，可以通過微調電感量進行諧振頻率的微調。如果諧振頻率偏離設計值太多，可先改變電容的容量，然后再微調電感量。如果有條件最好用掃頻儀調試放大電路的頻率特性。
3.高頻正弦振蕩電路的設計和調試方法研究
所謂高頻正弦振蕩器是指產生幾百kHz以上正弦信號的電路（幾赫茲～幾千赫茲正弦信號由RC正弦振蕩器產生）。
高頻振蕩器按選頻網絡分為LC正弦振蕩器和石英晶體正弦振蕩器[2]。LC正弦振蕩器的頻率穩定度為10-2～10-5，石英晶體正弦振蕩器的頻率穩定度為10-7～10-9。
LC正弦振蕩器的振蕩頻率可通過改變電感量實現微調。如果需要使振蕩頻率該變量較大，一般先改變諧振回路電容的容量，然后微調電感量。當石英晶體的標稱頻率選定后，石英晶體振蕩器的振蕩頻率基本固定，雖然理論上可通過改變配諧電容的容量來微調振蕩頻率，但由于配諧電容的容量很小，在實際中通過改變配諧電容容量對電路振蕩頻率的改變很很小。只要應用場合對振蕩器振蕩頻率穩定度的要求不是很高，實際中高頻振蕩器大多是LC正弦振蕩器。
3.1 LC正弦振蕩器的電路設計
從理論上講，LC正弦振蕩電路有變壓器反饋式、電感三點式、電容三點式、改進的電容三點式（克拉撥電路）。實際中的LC正弦振蕩電路上述四種形式都有，但最多的是電容三點式和改進的電容三點式[3]。這是由于電容三點式電路管子的結電容和元件分布電容對諧振頻率的影響小。電容三點式電路原理電路如圖3所示。
圖3
由管子和RP、R1、R2、R3、R4、C1、C2組成的電路是小信號放大電路。顯然它是阻容耦合共基極放大電路。電阻決定電路中管子的直流偏置，由于整體電路為振蕩電路，管子在處于放大狀態的前提下，應盡量使直流偏置小些，即靜態工作點靠近截止區，如管子的靜態集電極電流一般在（1～2）mA。電容C1、C2為隔直通交電容，它們的容量視振蕩頻率決定[4]。
振蕩頻率計算公式近似為：
在選擇C3和C4容量時，要注意C4對諧振頻率的容抗決定正反饋的大小，其容抗越大則正反饋量就越大，電路容易起振[5]。但正反饋量過大會使管子退出放大狀態，反而電路不能振蕩。在設計中先選擇C的容量，然后計算L的電感量。振蕩頻率在幾MHz以下時，C的容量選幾百pF;振蕩頻率幾十MHz時，選C為幾十pF。在C的容量選定后，根據振蕩頻率f0確定L的值。
3.2 電路的調試方法
先調試放大電路的靜態工作點：先將LC諧振回路用短路線短路，則整體電路僅為放大電路。放大電路的調試僅調節靜態工作點即可。即通過調節RP的阻值，改變管子的靜態工作點，使其達到設計值（一般小功率振蕩電路，靜態ICQ=1～2mA）。
靜態調試完成后調試動態：即將原跨接在LC諧振回路的短路線去掉，通電后用示波器觀察振蕩波形。在LC回路元件參數選擇合理時，只要電路的靜態合適，接通電源后一般都能振蕩。
振蕩頻率的微調：振蕩頻率的微調一般通過改變電感量實現。如果使用無骨架電感，通過增減線圈匝數或改變匝間距離改變電感量;如果使用有磁芯電感，則通過調節磁芯與線圈的距離改變電感量;如果使用無磁芯有骨架電感，只能通過增減線圈匝數改變電感。
電路不起振可能是下列原因之一：
（1）電路的靜態工作點過低，或管子的β值太小
解決的方法分別是通過減小RP阻值來提高靜態工作點。這個工作可在用示波器觀察著振蕩波形的情況下微調RP阻值。
如果是管子β值太小引起的不起振，則應更換β值大一些的管子。一般β值在幾十以上就可，β值過高會使電路工作不穩定。
（2）電路中LC回路的Q值太低
解決的辦法是增大L/C的數值，即在LC乘積為常數的情況下增大L/C的比值。或減小線圈的損耗電阻（改用線徑粗的絕緣漆包線繞制電感），或減小負載對諧振回路的影響。前兩個原因往往是LC回路設計時元件參數選擇的不十分合理。
（3）正反饋量過小或過大
解決的辦法是在保證總電容量基本不變的情況下，改變C3、C4的比值。C4對振蕩頻率的容抗越大，正反饋就越大。
4.小結
通過理論教學和實踐教學過程中得到的經驗，對高頻調諧電路和高頻振蕩電路設計的設計方案，參數選擇方法和電路調試方法進行了總結，根據理論計算數據調試電路是教學的難點，也是把理論應用于實踐的關鍵，采用了上述教學方法能夠有效地解決學生在調試過程中出現的各種問題，提高學生的設計水平和能力。
參考文獻
[1]付家才.電子工程實踐技術[M].化學工業出版社，2003.
[2]戴伏生.基礎電子電路設計與實踐[M].國防工業出版社，2002.
[3]吳慎山.電子線路設計與實踐[M].電子工業出版社，2005.
[4]姚福安.電子電路設計與實踐[M].山東科學技術出版社，2005.
1、高頻機要好于低頻機，但是高頻機對各種元件和安裝技術要求較高，價格也比較昂貴；
2、低頻電魚機的振蕩電路主要是用三極管來制作的無穩態振蕩電路；
3、這種電路的技術操作比較簡單，內部的電子元件比較少而且比較常見，是一種基本的電路；
4、高頻電魚機可以增加任何一種保護電路，例如電流保護、過壓保護等等；
5、這樣可以在使用過程中在出現突發狀況時對機器進行保護，并且這些功能電路都是自控的。
（來源：文章屋網 ）
關鍵詞： 壓控振蕩器; 負阻原理; 雙極晶體管; 變容二極管
中圖分類號： TN752?34 文獻標識碼： A 文章編號： 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
壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）即輸出頻率與輸入控制電壓有對應關系的振蕩電路，廣泛應用于無線電測量儀器和通信系統電路中。尤其在鎖相環電路、時鐘恢復電路中，壓控振蕩器是關鍵部件，其性能優劣，直接影響到頻率源的各項性能，從而決定整個系統輸出信號的穩定性、噪聲特性、諧波抑制特性等指標[1]。因此在電子通信技術領域，VCO具有重要地位。
由于壓控振蕩器具有電子調諧、體積小、功耗低、可靠性高等優點，一直以來得到了廣泛的研究。文獻[2]遵循一般壓控振蕩器設計原則，基于ADS軟件設計出了一種S波段微帶壓控振蕩器，其中心頻率為3 GHz，但是其調頻帶寬較窄，僅為30 MHz。文獻[3]則使用負阻原理和改進型克拉潑電路設計了一款高穩定度的LC壓控振蕩器，其頻率范圍為180～210 MHz。文獻[4]設計了一種中心頻率為4.3 GHz的簡易微波壓控振蕩器，其調諧范圍大于200 MHz，輸出功率大于5.2 dBm，但是為了使電路結構簡單，需要對匹配電路做一定調整，匹配電路的調整量難以確定，可能造成電路的不穩定。
近年來隨著集成電路的飛速發展，VCO的設計與實現也逐漸集成化。集成化的VCO使用簡單、性能穩定。目前基于CMOS工藝的VCO電路的研究是集成電路研究的一個重點。文獻[5?7]均使用CMOS技術設計壓控振蕩器，該壓控振蕩器具有相位噪聲較低的特點，但是其實現方式對電路設計和制作工藝的要求非常高，因此成本也相應提高。
為了滿足教學和科研的需要，本文以ADS2009仿真軟件為工具，基于負阻原理設計了一款覆蓋2.4～2.5 GHz的低成本微帶壓控振蕩器。振蕩電路采用雙電源供電和共基極連接方式，利用雙極型晶體管和變容二極管等分立元件實現，取得了良好效果的同時降低了制作成本。本文分析了電路元件的選取規則，給出壓控振蕩器的設計步驟，并對振蕩電路的各項指標進行了仿真分析研究，得出電路設計的指導性規律，避免了大量的測試調試性工作。最終加工了壓控振蕩器實物并進行測試驗證，實驗結果滿足設計要求。
1 基本原理及元件選型
1.1 負阻原理
負阻即相對于線性系統中的正阻而言，正阻消耗功率，負阻通過直流電源能量轉化其他形式的能量提供功率。若把負阻器件接到射頻傳輸系統中，由傳輸線理論可知，反射系數可表示為：
[Γ=Z-Z0Z+Z0=-R-Z0-R+Z0] （1）
式中Z0為傳輸線的特性阻抗，它始終是一個正值，可以看出反射系數的模是大于1的數。
射頻雙端口振蕩器，由晶體管、諧振網絡和負載網絡三部分構成，如圖1所示。諧振網絡和負載網絡的反射系數為ГS和ГL，晶體管輸入端和輸出端的反射系數為Гin和Гout，由文獻[8]可知：
[Γin=S11+S12S21ΓL1-S22ΓL] （2）
[Γout=S22+S12S21ΓS1-S11ΓS] （3）
由于振蕩器的諧振網絡和負載網絡為無源網絡，有ГS<1和ГL<1，因此為了產生振蕩，需要存在不穩定的有源器件，即要求晶體管Гin>1和Гout>1。
圖1所示的雙端口振蕩器產生振蕩，需要滿足以下3個條件：
（1） 存在不穩定有源器件，二端口有源電路的穩定因子K必須小于1，即K<1;
（2） 諧振電路的輸入反射系數與晶體管有源電路的輸入反射系數的乘積等于1，即ΓSΓin=1;
（3） 輸出負載網絡的輸出反射系數與晶體管有源電路的輸出反射系數的乘積等于1，即ΓLΓout=1。
而要讓振蕩器電路起振的條件為ΓSΓin>1。
1.2 元件選型
由于設計的壓控振蕩器中心頻率是2.45 GHz，覆蓋ISM頻段，調頻范圍為100 MHz。雙極型晶體管具有低噪聲特性，所以晶體管選擇BJT管。查看Avago公司的AT?41486的技術手冊可知，AT?41486的最高工作頻率為10 GHz，符合設計時的2～3倍冗余，而且在2.0 GHz時噪聲系數典型值為1.7 dB、增益典型值為13 dB、輸出功率典型值為18 dBm，在工作頻率上具有足夠大的增益和輸出功率能力，滿足設計要求。
變容管的選取應能在所需的頻率下工作，有合適的結電容、較大的Q值，同時擊穿電壓高，為了獲得良好的電調線性，最好采用n=2超突變結變容管。經過多次嘗試后，選取Skyworks公司SMV2022作為變容二極管。參考SMV2022技術手冊中變容二極管電容值隨反向偏壓的變化，在低偏壓時電容隨電壓變化的斜率較高，而高偏壓時電容隨電壓變化的斜率較低，為了得到線性的壓頻響應曲線，將變容管與一小電容串聯進行電抗補償，使得壓控靈敏度趨于一致。另外由于工作在2.45 GHz較高頻段，選擇變容二極管和串聯小電容時，串聯后總電容越小振蕩頻率越高，總電容變化范圍越大，獲得調諧帶寬越寬。
2 電路設計及仿真分析
壓控振蕩器電路結構有許多種，當工作頻段較高時，共基極電路能提供較高的增益、效率及穩定性，適合在較高振蕩頻率、較寬工作頻段的情況下應用。因此，微波頻段晶體管振蕩器大部分都采用共基極電路[9]。
基于負阻原理，將晶體管及直流偏置電路與諧振網絡結合起來，加入輸出負載網絡，組成壓控振蕩器的基本仿真電路圖，如圖2所示。
雙極型晶體管AT?41486發射極有兩個管腳，在實際工作中應該將電路分別接在兩個管腳上，采用±6 V雙電源供電，直流工作點選取為4 V，20 mA，經計算集電極偏置電阻100 Ω，由實際可得到的R1=51 Ω和R2=51 Ω串聯構成，發射極偏置電阻為233 Ω，由實際可得到的R3=470 Ω和R4=470 Ω并聯構成，L1～L3均為扼流電感，提供晶體管偏置電路通路;為了使振蕩頻率隨外加調頻電壓變化更線性，可分別將發射極連接的變容二極管串聯小電容C2和C3實現，為了增加晶體管電路的不穩定性，在晶體管基極接了一段接地漸進微帶線Taper1當作正反饋電感，此電感與變容管等效出來的電容構成了電路的諧振網絡部分，L4和L5為扼流電感，提供變容二極管偏置電路通路;負載網絡則通過電容C1耦合輸出，之所以將集電極偏置電阻分出一部分R2拿到輸出主路，是為了控制輸出功率電平，并保持最佳輸出功率平坦度。
利用瞬態仿真和諧波平衡仿真控件，對電路性能進行仿真研究。圖3為壓控振蕩器的仿真結果圖，可以看出，振蕩器輸出時域波形包絡比較穩定，起振時間比較短，大概6 ns便穩定下來，振幅也比較理想;振蕩器輸出頻譜也比較好，二次諧波比基波低15 dB。
在振蕩器設計過程中，通過大量的仿真實驗可以總結出以下幾點設計規律：
（1） 改變變容二極管兩端微帶線的長度，使帶寬變窄了，分析是所加微帶線相當于增加了寄生電感，抵消了部分變容二極管電容，使二極管總電容變化范圍減小，故而調頻范圍降低。
（2） 基極用終端短路微帶線代替電感，此微帶線長度不但控制起振條件，對調頻帶寬也有影響，增加微帶線長度振蕩頻率下降。
（3） 與變容二極管串聯的小電容對調節振蕩頻率也起關鍵作用，電容值越小，在滿足振蕩器起振條件的前提下，振蕩頻率越高。在實際測試壓控振蕩器振蕩頻率時，由于電路板已經確定，可以通過變容二極管串聯的小電容調節振蕩中心頻率。
3 電路制作及實驗結果
由于用微帶線連接各個元器件，必定導致電路振蕩中心頻率的改變，通過調整不同位置微帶線的長寬及與變容二極管串聯的小電容的容值，并結合ADS2009軟件仿真優化，最終電路布局完成后，根據ADS得到的數據加工成微帶電路板，實物電路的照片如圖4所示。實物電路在FR4板上實現，四周打滿均勻的接地通孔，起到一定的電磁屏蔽作用。
利用Agilen公司的E4440A頻譜分析儀測試壓控振蕩器輸出頻譜，測試結果如圖5所示。使用電壓源產生不同的調頻電壓，分別記錄下每個調頻電壓下壓控振蕩器輸出頻率及輸出功率。最終根據測試數據繪制出壓控振蕩器輸出頻率和輸出功率隨調頻電壓變化曲線如圖6所示。
測試結果表明，當調頻電壓在0～6 V變化時，振蕩器輸出頻率變化范圍覆蓋2.4～2.5 GHz，滿足ISM頻段要求，振蕩頻率隨調頻電壓變化線性度比較理想，輸出功率大于9.2 dBm，具有很好的功率平坦度，相位噪聲測試結果在偏移中心頻率100 kHz處為-90 dBc/Hz。
4 結 論
本文基于負阻原理設計制作了一款中心頻率為2.45 GHz的微帶壓控振蕩器，為使帶寬高、噪聲低，振蕩電路采用雙電源供電和共基極連接方式，通過對變容二極管和晶體三極管的精心選型，實現了低電壓0～6 V情況下的寬范圍2.4～2.5 GHz的頻率調諧，且調頻線性度較好。實際測試結果表明，該振蕩器輸出功率大于9.2 dBm且平坦度較高，相位噪聲較低。整個壓控振蕩器電路結構簡單、易于制作、成本較低，滿足教學和科研的需要。
參考文獻
[1] 熊俊俏，夏敏.900 MHz壓控振蕩器設計[J].電訊技術，2010，50（6）：66?70.
[2] 劉鳳格.一種S頻段微帶壓控振蕩器的設計與實現[J].電視技術，2008，48（10）：99?102.
[3] 彭觀善，馮正和，陳雅琴.用負阻原理設計高穩定度VCO[J].電子技術應用，2004（4）：25?27.
[4] 魯建彬，朱成，祝瀟，等.一種簡易微波VCO的設計[J].微波學報，2013（3）：51?55.
[5] 許亞蘭，江金光，劉俐.一種用于GPS波段的低相噪VCO設計[J].電子技術應用，2012，38（2）：47?49.
[6] 王天心，劉瑞金，楊蓮興.一個2.4 GHz CMOS LC壓控振蕩器的設計[J].微電子學，2006，36（4）：502?505.
[7] 馮海洋，杜慧敏，張博，等.Ku波段0.18 μm CMOS 壓控振蕩器電路設計[J].電子技術應用，2014，40（4）：32?34.
按動力源可將手表分為機械表和電子表兩大類：
機械表：手動機械表，手上鏈機芯，轉動表冠，機芯內彈簧將能量發放而推動手表運行；自動機械表：自動上鏈機芯的動力是依靠機芯內的飛陀重量帶動產生，當佩帶手表的手臂搖擺就會帶動飛陀轉動，同時帶動表內發條為手表上鏈。電子表，可分為數字式石英電子手表、指針式石英電子手表及自動石英表和光動能手表。數字式石英電子手表，石英晶體的壓電效應和兩極管式液晶顯示相結合的手表， 其功能完全由電子元件完成；.指針式石英表：石英表的能源來自氧化銀扣式電池，氧化銀扣式電池向集成電路提供特定電壓之后，通過其中的振蕩電路和石英諧振器使石英振子起振，形成振蕩電路源。
（來源：文章屋網 ）
關鍵詞：數字電路 汽車尾燈 控制器 設計
中圖分類號:TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)01-0005-02
1、功能指標
一般汽車尾燈控制電路具有這樣的功能：汽車尾部左右兩側各有3個指示燈，汽車正常運行時，指示燈全滅；左轉彎時，左側3個指示燈按左循環順序點亮；右轉彎時，右側3個指示燈按右循環順序點亮；剎車時；所有指示燈同時點亮。用3個開關控制指示燈的點亮狀態，其中2個是轉向控制開關，1個是模擬腳踏制動(剎車)開關[1]。而本控制電路具有的功能更加完善，與實際汽車尾燈顯示狀態更加接近，具體是：(1)當汽車正常直行時，汽車6個尾燈全滅；(2)當汽車向右拐彎時，汽車右面3個尾燈從左到右順序亮滅；(3)當汽車向左拐彎時，汽車左面3個尾燈從右到左順序亮滅[2]；(4)當汽車夜間直行時，汽車左、右兩面3個尾燈同時由里向外順序亮滅；(5)當汽車雨天、霧天或遇緊急情況直行時，汽車6個尾燈同時亮、滅閃爍；(6)當汽車剎車時，汽車6個尾燈全亮。
2、電路組成和工作原理
本汽車尾燈控制器如圖1所示，它由模式控制電路、振蕩電路、三進制計數器、譯碼器和驅動顯示電路五個部分組成。
2.1 振蕩電路
振蕩電路是由555定時器和外接元件R1、R2、C1、C2構成的多諧振蕩器。輸出脈沖的頻率為：f≈1.43/[(R1+2R2)C1]≈1Hz，即1秒[3]。輸出的脈沖一路驅動觸發器U2B、U2A進行循環計數；另一路送到模式控制電路，使汽車在雨天、霧天或遇緊急情況直行時，汽車6個尾燈同時亮、滅閃爍。
2.2 三進制計數器
選用雙JK邊沿觸發器74LS112構成三進制同步加法計數器。當CP接555定時器的輸出脈沖時，觸發器U2B、U2A的輸出端按00011000…循環輸出脈沖，驅動譯碼器U3B、U3A進行譯碼，按模式要求驅動汽車尾燈工作。
2.3 譯碼器
選用雙二線-四線譯碼器74LS139進行譯碼，其功能是當=1時，Y0Y1Y2Y3=1111；當=0，同時BA=00011000…時，輸出端Y0Y1Y2Y3=0111101111010111…，該輸出信號輸送給驅動顯示電路，使汽車尾燈按模式要求顯示。
2.4 驅動顯示電路
汽車尾燈用發光二極管模擬，尾燈顯示驅動電路的任務是在控制信號作用下驅動發光二極管的亮和滅。6只發光二極管分為左右兩組，分別經過200Ω的限流電阻后接地，它們與6個四輸入與非門（3塊74LS20）一起構成驅動顯示電路。
2.5 模式控制電路
模式控制電路主要由四個開關K1、K2、K3、K4和與非門U7A、U7B組成。
(1)當汽車正常直行時，開關K1、K2、K3接高電平，K4接低電平，K1、K2的高電平使譯碼器U3A、U3B的所有輸出端為高電平；K4的低電平使與非門U7A、U7B輸出高電平，這樣6個四輸入與非門的所有輸入端全部為高電平，輸出端全部為低電平，則汽車6個尾燈全滅。
(2)當汽車直行向右拐彎時，K2、K4接低電平，K1、K3接高電平，譯碼器U3B正常譯碼，在U2B、U2A輸出00011000…循環脈沖驅動下，輸出端Y0、Y1、Y2依次循環輸出低電平，通過與非門U5B、U6A、U6B依次循環輸出高電平驅動L4、L5、L6依次循環點亮，即汽車右面3個尾燈從左到右循環順序亮滅；而左面3個尾燈與直行狀態一樣處于滅狀態。
(3)當汽車直行向左拐彎時，K1、K4接低電平，K2、K3接高電平，譯碼器U3A正常譯碼，在U2B、U2A輸出00011000…循環脈沖驅動下，輸出端Y0、Y1、Y2依次循環輸出低電平，通過與非門U5A、U4A、U4B依次循環輸出高電平驅動L1、L2、L3依次循環點亮，即汽車左面3個尾燈從右到左循環順序亮滅；而右面3個尾燈與直行狀態一樣處于滅狀態。
(4)當汽車夜間直行時，K1、K2、K4接低電平，K3接高電平，汽車左面3個尾燈與汽車左拐彎時狀態一樣從右到左循環順序亮滅；汽車右面3個尾燈與汽車右拐彎時狀態一樣從左到右循環順序亮滅，即汽車左、右兩面3個尾燈同時由里向外循環順序亮滅。如果這時左拐彎，則把K2接高電平；如果右拐彎，則把K1接高電平即可。
(5)當汽車雨天、霧天或遇緊急情況直行時，K1、K2、K3接高電平，K4接振蕩電路的輸出脈沖，這時譯碼器U3A、U3B不譯碼，輸出全為高電平，而秒脈沖經與非門U7A、U7B倒相后再經6個四輸入與非門倒相，分別驅動汽車6個尾燈同時亮、滅閃爍。這時如果汽車左拐彎，即把K1接低電平，其它開關狀態不變，這時與非門U7B輸出為高電平，鎖住了秒脈沖，致使汽車右面3個尾燈L4、L5、L6全滅，汽車左面3個尾燈是同時亮、滅閃爍和左拐彎時從右到左循環順序亮滅的疊加；如果汽車右拐彎，則把K2接低電平，其它開關狀態不變，這時與非門U7A輸出為高電平，鎖住了秒脈沖，致使汽車左面3個尾燈L1、L2、L3全滅，汽車右面3個尾燈是同時亮、滅閃爍和右拐彎時從左到右循環順序亮滅的疊加。這樣盡管在緊急狀態行駛時，也能及時告訴后車司機知道前車的轉彎狀態。
(6)當汽車剎車時，K3接低電平，則6個四輸入與非門輸出全為高電平，分別驅動汽車6個尾燈全亮。
3、結語
隨著人們生活水平的不斷提高，越來越多的家庭擁有了汽車，這給人們的出行帶來了方便。汽車尾燈的主要作用是顯示汽車的運行狀態，汽車尾燈控制器的好壞將直接影響汽車尾燈功能的發揮，因而倍受人們的關注，而本汽車尾燈控制器電路結構簡單，控制原理清晰，功能比較完善，容易制作，希望能得到汽車行業的關注。
參考文獻
[1]趙家松,嚴偉榆,張海濤.基于Multisim 10的汽車尾燈控制電路設計與仿真[J].蘇州大學學報(工科版),2011,31(2):30-34.
[2]劉雅琨,冷劉偉.汽車尾燈智能控制電路設計[J].科技經濟市場,2011,(5):9-10.
[3]趙應澤,龍江.籃球比賽24秒倒計時電路的設計與制作[J].電子制作,2007:42-43.
作者簡介
張大平（1965-），男，副教授，研究方向：電子技術、自動控制。
基金項目
