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密级NANCHANGUNIVERSITYGONGQINCOLLEGE学士学位论文(设计)THESISOFBACHELOR(2009—2013年)中文题目:电压控制振荡电路设计与仿真英文题目DesignandSimulationofvoltagecontrolledoscillatorcircuit学院共青学院系别信息工程系专业班级09电信本学生姓名聂志辉学号8110109023指导教师刘定军二○一三年五月学士学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担本人签名日期摘要近年来,随着无线通信技术的飞速发展,使市场对射频集成电路产生了巨大的需求在射频电路中,压控振荡器VCO占有非常重要的地位,它是锁相环、时钟恢复电路以及频率综合器的重要组成电路,所以设计高性能的压控振荡器对通信系统性能的提高具有十分重要的意义自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色,具有广泛的用途在无线电技术发展的初期,它就在发射机中用来产生高频载波电压,在超外差接收机中用作本机振荡器,成为发射和接收设备的基本部件随着电子技术的迅速发展,振荡器的用途也越来越广泛,例如在无线电测量仪器中,它产生各种频段的正弦信号电压;在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中,它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等尤其在通信系统电路中,压控振荡器VCO是其关键部件,特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重,可以毫不夸张地说在电子通信技术领域,VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位电压控制振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件,为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案本设计采用运算放大器741芯片组成的反向积分电路和滞回电压比较器,利用三极管2N222相当于电子开关的功能,控制电容的充放电时间,构成的压控振荡电路,从而实现了输入电压对输出频率变化的控制只要改变输入端的电压,即可改变输出端的输出频率从而达到设计的目的和要求关键词压控振荡器(VCO);运算放大器741;2N222ABSTRACTInrecentyearswiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologythemarkethasahugedemandonradiofrequencyintegratedcircuits.InrfcircuitvoltagecontrolledoscillatorVCOoccupiesveryimportantpositionitisaphaselockedloopclockrecoverycircuitandkeycircuitoffrequencysynthesizerssothedesignofhighperformanceforvoltage-controlledoscillatorisofgreatsignificancetotheimprovementoftheperformanceofthecommunicationsystem.SinceitsbirthhasbeenincommunicationselectronicsnavigationaerospaceandmedicalandotherfieldsplayanimportantrolehasawiderangeofUSES.Atthebeginningoftheradiotechnologydevelopmentitisusedtogeneratehighfrequencycarrierwavevoltageinthetransmitterusedaslocaloscillatorinthesuperheterodynereceiverthebasiccomponentsofequipmentbecomethetransmitandreceive.Withtherapiddevelopmentofelectronictechnologythepurposeoftheoscillatorisbecomingmoreandmorewidelysuchasinradiomeasuringinstrumentsitproducesavarietyoffrequenciesofsinesignalvoltage;Inhotworkingheattreatmentultrasonicprocessingandsomeinthemedicalequipmentitproduceshighfrequencyelectricenergyofpoweronheatingload;Someelectricalequipmentmadeofcontactlessswitchtocontroltheoscillator;Electronicclockandelectronicwatchesinusinghighfrequencystabilityoftheoscillatingcircuitastimingcomponentsetc.EspeciallyinthecommunicationsystemcircuitvoltagecontrolledoscillatorVCOisthekeycomponentsespeciallyinthephase-lockedloopcircuitclockrecoverycircuitandcircuitoffrequencysynthesizersisParamountitisnoexaggerationtosayinthefieldofelectroniccommunicationstechnologyVCOwithalmosthavethesameimportantpositionandcurrentsourceVoltagecontrolledoscillatorisnowverywidelyusedclassofelectronicdevicesforelectriclightconversioncircuitmobilehandhelddevicesetc.Providesolution.Thisdesignadoptstheoperationalamplifier741chipofbackwardintegrationcircuitandthehysteresisvoltagecomparatoruse2n222triodeisequivalenttothefunctionofelectronicswitchescontrolthecapacitorchargeanddischargetimeconstitutethevoltage-controlledoscillationcircuitsoastorealizetheinputvoltagetocontroltheoutputfrequencychange.Aslongasyouchangethevoltageattheinputandoutputcanchangetheoutputfrequency.Soastoachieveofthedesignrequirements.Keywords:voltagecontrolledoscillator;Operationalamplifier741;2N222目录TOC\o1-3\h\z\u摘要IABSTRACTII第1章绪论
11.1振荡器概述
11.2本课题设计意义
11.3研究范围及参数
21.4应解决的主要问题2第2章系统方案设计
32.1设计依据和要求
32.2系统的方案论证
32.3输出信号的实现比较
42.4系统方案的选择和设计原理
42.5系统的总原理图5第3章芯片的选择
63.1运算放大器
63.
1.1运算放大器的简介
63.
1.2运算放大器的工作原理
63.
1.3运算放大器的选择
83.2比较器
93.
2.1比较器的简介
93.
2.2比较器与运算放大器的区别
103.
2.3比较器的分类
103.
2.4比较器的选择10第4章单元电路的设计
114.1反相积分电路的设计
114.2滞回电压比较电路的设计12第5章系统电路的仿真与调试
155.1仿真软件的介绍与选择
155.2系统调试主要测试仪器
185.3系统调试
185.4误差分析18总结19参考文献20致谢21附录A电路原理图22附录B电压和频率的关系表23附录C电路仿真图24第1章绪论
1.1振荡器概述振荡器广泛应用于各行各业中,例如在无线电测量仪器中,它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中,它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等在通信系统电路中,压控振荡器VCO是其关键部件,特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等电路中更是重中之重,可以毫不夸张地说在电子通信技术领域,VCO压控振荡器几乎与电流源电路和运放电路具有同等重要的地位 压控振荡器(VCO)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 电压控制LC振荡器在任何一种LC振荡器电路中都是将压控可变电抗元件插入振荡回路中,早期的压控可变电抗元件是电抗管,后来大都使用了变容二极管在微波频段,用反射极电压控制频率的反射速调管振荡器和用阳极电压控制频率的磁控管振荡器等也都属于压控振荡器的性质 在通信技术、测量技术、计算机技术等各种领域中,常常要用到精度比较高,频率稳定度高且方便可调的信号源,电压控制很好的解决方案振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件,为电—光转换电路、移动式手持设备等提供了很好的解决方案
1.2本课题设计意义随着电子技术的迅速发展,振荡器的用途也越来越广泛,振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色,具有广泛的用途在无线电技术发展的初期,振荡器就在发射机中用来产生高频载波电压,在超外差接收机中用作本机振荡器,成为发射和接收设备的基本部件本设计电压控制振荡器是如今使用非常广泛的一类电子器件,为电一光转换电路、移动式手持设备等提供了很多的解决方案本文设计的是电压控制振荡器,设计中采用了运算放大器741构成的反向积分电路和滞回电压比较器电路做为主要组成部分,通过调控制端两端的电压来改变振荡器的输出频率,使设计系统达到30Hz~
2.8KHz输出频率可变的要求在振荡器的回路中,使用反馈电阻控制三极管(相当于电子开关)的导通、截止,在反相积分电路的输入端形成矩形波从而控制电容的充放电时间,再由转换电路输入控制电压经电阻分压后决定反相积分电路同相端的电位、电路的积分时间,就可以控制输出频率的变化,即电压控制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 压控振荡器的应用范围很广,集成化是重要的发展方向石英晶体压控振荡器中频率稳定度和调频范围之间的矛盾也有待于解决随着深空通信的发展,将需要内部噪声电平极低的压控振荡器
1.3研究范围及参数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根据所产生的波形不同,可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类前者能产生正弦波,后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成,这就是反馈振荡器按照选频网络所采用元件的不同,正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型本电压控制振荡器系统包括压控振荡器(VCO),运算放大器在输入电压从
0.1V变化到17V时,输出频率可以从30Hz变化到
2.8KHz,且能保持良好的线性度,振荡环路加入了防振措施,高次谐波能得到很好的抑制,输出的波形良好,纯度高,失真低,幅度高且稳定从操作的灵活性和可靠性方面考虑,此设计简便,可操作性高
1.4应解决的主要问题通过反馈电阻控制三极管的导通、截止,在反相积分电路的输入端形成矩形波,从而控制电容的充电放电时间转换电路输入电压需经过电阻分压后决定反相积分电路同相端的电位、电路的积分时间,用以控制输出频率的变化,测量各个借点的电压频率变化,设置合适的参数值和元器件型号,环环相扣达到功能齐全,可靠性高,稳定度高,抗干扰性强的特点第2章系统方案设计
2.1设计依据和要求依据与电子电路设计有关的国家和行业的法规、技术标准与规范;本电压控制振荡器设计任务书要求的技术范围要求
(1)振荡器输出为三角波形,波形无明显失真
(2)输出频率范围30HZ~
2.8KHz
(3)输出频率稳定度优于
(4)输出电压峰—峰值=1V±
0.1V
2.2系统的方案论证人们通常把压控振荡器称为调频器,用以生产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低频振荡器的比较:在各种低频振荡电路中,常见的振荡器有以下几种方案一采用互感耦合振荡器形式调基电路振荡频率在较宽的范围改变时,振幅比较稳定调发电路只能解决起始振荡条件和振荡频率的问题,不能决定振幅的大小调集电路在高频输出方面比其他两种电路稳定,幅度较大谐波成分比较小互感耦合振荡器在调整反馈(改变耦合系数)时,基本上不影响振荡频率但由于分布电容存在,在频率较高时,难于做出稳定性高的变压器,而且灵活性较差一般应用于中、短波波段方案二集成电路振荡器采用压控振荡器芯片MC1648和变容二极管MV209,外接一个LC振荡回路构成变容二极管压控振荡器只需要调节变容二极管两端的电压,即可改变MC1648的输出频率由于采用了集成芯片,电路设计简单,系统可靠性高,并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高方案三应用集成运放芯片741和电阻电容组成反相积分电路,再和若干个电阻构成滞回电压比较器,分别给两个电路输入两个参考电压,然后由反馈电阻控制三极管的导通和截止,在反相积分电路的输入端形成一个矩形波,从而来控制电容的充放电的时间,以此来控制输出频率的变化,从而实现电压控制频率的这一目的,涉及的芯片很常见,电压和频率之间的关系也稳定,整个电路分工明确,可操作性高
2.3输出信号的实现比较方案一采用VCO函数发生器,如ICL8038它通过改变外加控制电压,改变芯片內的电容充电电流,从而可以输出一定频率的正弦波但是其输出的频率较低,而且频率的稳定度差,频率的难以控制检测方案二采用锁相环路技术,利用锁相环,使振荡器(VCO)的输出频率锁定在所需的频率上,从而产生稳定的VCO控制电压,这样大大提高了控制信号的稳定性,但是在电路上提高了复杂程度,操作起来也会有很多问题需要反复调试,实现起来会有相当的难度方案三采用普通电压源或可调电压源,通过改变振荡器的输入电压来实现对输出频率的控制,这种方案可以实现较设计所要求的频率间隔,操作性高,稳定度也高等优点因此,根据本次设计要求我们优先采用方案三的设计
2.4系统方案的选择和设计原理考虑到此次设计为低频信号输出,且波形稳定,电压和频率的关系接近线性关系,可实施性高等要求,故优先选择方案三来进行设计和仿真设计原理框图如图
2.1所示图
2.1总体设计框图主要采用运算放大器741系列芯片和若干个电阻电容组成反相积分电路,再直接与电阻组成一个滞回电压电路,利用三极管相当于开关的功能,给反相积分电路输入端输送一个矩形波,从而控制电容的充放电时间,以此来控制频率的变化通过可调电压源的电压值的改变,来实现由电压控制频率的目的,最终达到本次设计的目的和要求
2.5系统的总原理图采用可调电压源来控制运放芯片的输入端电压,经过两个电阻的分压,再通过由运放芯片组成的反相积分电路,输入到滞回电压比较电路的输入端,经过比较器的两个输入端电压的比较,然后利用三极管的导通和截止的功能经过反馈,在运放输入端形成一个矩形波,控制电容的充放电的时间,以此来控制输出端的频率的变化,达到频率随电压变化而变化这一设计目的第3章芯片的选择
3.1运算放大器
3.
1.1运算放大器的简介运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元在实际电路中,通常结合反馈网络共同组成某种功能模块由于早期应用于模拟计算机中,用以实现数学运算,故得名“运算放大器”运放是一个从功能的角度命名的电路单元,可以由分立的器件实现,也可以实现在半导体芯片当中随着半导体技术的发展,大部分的运放是以单芯片的形式存在运放的种类繁多,广泛应用于电子行业当中
3.
1.2运算放大器的工作原理运放如图
3.1有两个输入端a(反相输入端),b(同相输入端)和一个输出端o也分别被称为倒向输入端非倒向输入端和输出端当电压U-加在a端和公共端(公共端是电压为零的点,它相当于电路中的参考结点)之间,且其实际方向从a端高于公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同为了区别起见,a端和b端分别用-和+号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性电压的正负极性应另外标出或用箭头表示反转放大器如图
3.2,非反转放大器如图
3.3图
3.1运算放大器图
3.2反转放大器图
3.3非反转放大器一般可将运放简单地视为具有一个信号输出端口(Out)和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元,因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种对于双电源供电运放,其输出可在零电压两侧变化,在差动输入电压为零时输出也可置零采用单电源供电的运放,输出在电源与地之间的某一范围变化运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值,而低于正电源某一数值经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源的整个区间变化,甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许这种运放称为轨到轨(rail-to-rail)输入运算放大器运算放大器的输出信号与两个输入端的信号电压差成正比,在音频段有输出电压=A0(E1-E2),其中,A0是运放的低频开环增益(如100dB,即100000倍),E1是同相端的输入信号电压,E2是反相端的输入信号电压
3.
1.3运算放大器的选择运算放大器分三端集成运放、五端集成运放、七端集成运放、九端集成运放其中,三端运算放大器不需要接电源和地线,仿真速度快,但是模型不是十分准确,可以满足一般需要五端运算放大器有电源和接地端七端、九端运算放大器功能强,管脚也多此次设计应用七端运算放大器741就能满足需求,因此优先选择741运放芯片
3.
1.4741运放的引脚图和功能说明741单运放是高增益运算放大器,用于军事,工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作这些类型还具有广泛的共同模式,差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位芯片引脚如图
3.4所示图
3.4741芯片引脚功能图其中1和5为偏置调零端,2为正向输入端,3为反向输入端,4接地,6为输出,7接电源8空脚,工作参数如表
3.1所示表
3.1741的工作参数Symbol符号Parameter参数UA741MUA741IUA741CUnit单位VCCSupplyvoltage电源电压 ±22 VVidDifferentialInputVoltage差分输入电压 ±30 VViInputVoltage输入电压 ±15 VPtotPowerDissipation功耗 500 mW ToperOutputShort-circuitDuration输出短路持续时间Infinite无限制 OperatingFree-airTemperatureRange工作温度-55to+125-40to+1050to+70 ℃
3.2比较器
3.
2.1比较器的简介两个或多个数据项进行比较,以确定它们是否相等,或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路比较器的两路输入为模拟信号,输出则为二进制信号,当输入电压的差值增大或减小时,其输出保持恒定因此,也可以将其当作一个1位模/数转换器(ADC)运算放大器在不加负反馈时从原理上讲可以用作比较器,但由于运算放大器的开环增益非常高,它只能处理输入差分电压非常小的信号而且,一般情况下,运算放大器的延迟时间较长,无法满足实际需求比较器经过调节可以提供极小的时间延迟,但其频响特性会受到一定限制为避免输出振荡,许多比较器还带有内部滞回电路比较器的阈值是固定的,有的只有一个阈值,有的具有两个阈值常见的芯片有LM
324、LM
358、uA
741、TL081\2\3\
4、OP
07、OP27,这些都可以做成电压比较器比较器的特点
1、使用可更换的插件(选件),可快速检测内螺纹中径
2、可调量爪能够实现大范围内径比较
3.
2.2比较器与运算放大器的区别运算放大器在不加负反馈时,从原理上讲可以用作比较器,但由于运算放大器的开环增益非常高,它只能处理输入差分电压非常小的信号而且,在这种情况下,运算放大器的响应时间比比较器慢许多,而且也缺少一些特殊功能,如滞回、内部基准等比较器通常不能用作运算放大器,比较器经过调节可以提供极小的时间延迟,但其频响特性受到一定限制,运算放大器正是利用了频响修正这一优势而成为灵活多用的器件另外,许多比较器还带有内部滞回电路,这避免了输出振荡,但同时也使其不能当作运算放大器使用
3.
2.3比较器的分类过零电压比较器典型的幅度比较电路电压比较器将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值上,就得到电压比较器窗口比较器电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成,高电平信号的电位水平高于某规定值VH的情况,相当比较电路正饱和输出低电平信号的电位水平低于某规定值VL的情况,相当比较电路负饱和输出该比较器有两个阈值,传输特性曲线呈窗口状,故称为窗口比较器滞回比较器从输出引一个电阻分压支路到同相输入端,当输入电压vI从零逐渐增大,且VI上限阀值(触发)电平当输入电压VIVT时,VT称为下限阀值(触发)电平
3.
2.4比较器的选择因为常见的比较器芯片有LM
324、LM
358、uA
741、TL081\2\3\
4、OP
07、OP27,而在上面的运算放大器芯片的选择中,我选择了741系列芯片,为了后续的方便,故此次比较器的选择,我同样选择741系列比较器芯片其引脚功能和内部结构与上面的运算放大器是一致的,在此就不再做介绍第4章单元电路的设计
4.1反相积分电路的设计积分电路主要用于波形变换、放大电路失调电压的消除及反馈控制中的积分补偿等场合图
4.1是一个典型的积分电路图由图可以看出,输入信号经过了一个电阻后经过反馈流到电容上,但此时认为电容的初始电量为零,故此时给电容充电由理想运算放大器的虚短虚断性质可推出,vn-vo=1/c∫idt所以vo=-1/(RC)∫vdt.如果把R1和C换个位置,就成了微分电路(但输入的电压应该是交流信号才可通过电容)图
4.1标准的反相积分电路但此次的设计由于需要满足设计的一系列要求,因此选用一个100K的电阻和一个51K的电阻以及一个2nF的电容来构成反相积分电路,具体如图
4.2所示图
4.2反相积分电路
4.2滞回电压比较电路的设计电路有两个阀值电压,输人电压U1,从小变大过程中使输出电压UO产生跃变的阀值电压UTI,不等于uI从大变小过程中使输出电压UO产生跃变的阀值电压UT2电路具有滞回特性它与单限比较器的相同之处在于单输人电压向单一方向变化时,输出电压只跃变一次图
4.3所示是某滞回比较器的电压传输特性在单限比较器中,输入电压在阀值电压附近的任何微小变化,都将引起输出电压的跃变,不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰因此,虽然单限比较器很灵敏,但是抗干扰能力差而滞回比较器具有滞回特性,即具有惯性,因此也就具有一定的抗干扰能力从反向输入端输人的滞回比较器电路如图
4.4所示,滞回比较器电路中引人了正反馈图
4.3电压传输特性图
4.4滞回电路本次设计采用741比较器和2个稳压二极管BZX84-C6V8以及不同阻值的电阻来构成滞回电压比较电路,具体设计电路图如图
4.5所示图
4.5滞回电压比较电路第5章系统电路的仿真与调试
5.1仿真软件的介绍与选择
1.ELECTRONICS WORKBENCH EDA(以下简称EWB) EWB软件是加拿大交互图像技(INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd)在九十年代初推出的EDA软件,但在国内开始使用却是近几年的事,现在普遍使用的是在WIN95环境下工作的EWB
5.0(在国内曾见过
6.0的演示版,注EWB
5.0也可以在WINDOWS
3.1环境下使用,但需安装WING32工具),相对其它EDA软件而言,它是个较小巧的软件,只有16M,功能也比较单一,就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真,但你绝对不可小看它,它的仿真功能十分强大,可以几乎100%的仿真出真实电路的结果,而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具,它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片,器件库中没有的元器件,还可以由外部模块导入,在众多的电路仿真软件中,EWB是最容易上手的,它的工作界面非常直观,原理图和各种工具都在同一个窗口内,未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件,对于电子设计工作者来说,它是个极好的EDA工具,许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果,而且若想更换元器件或改变元器件参数,只需点点鼠标即可,它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用,利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形EWB的兼容性也较好,其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式,该软件只有英文版,在中文版的WINDOWS98下它的一些图标会偏移两个位置(在WINDOWS95下正常),但不影响它的使用
2.PROTEL PROTEL是澳大利亚的PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件,在电子行业的CAD软件中,它当之无愧地排在众多EDA软件的前面,是电子设计者的首选软件,它较早就在国内开始使用,在国内的普及率也最高,有些学校的电子专业还专门开设了课程来学习它,几乎所有的电子公司都要用到它,许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用,运行在DOS环境,对硬件的要求很低,在无硬盘286机的1M内存下就能运行,但它的功能也较少,只有电原理图绘制与印制板设计功能,其印制板自动布线的布通率也低,而现今的PROTEL已发展到PROTEL99SE,是个庞大的EDA软件,完全安装有200多兆,它工作在WINDOWS9X环境下,是个完整的板级全方位电子设计系统,它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计(包含印制电路板自动布线)、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server (客户/服务器)体系结构,同时还兼容一些其它设计软件的文件格式,如ORCAD,PSPICE,EXCEL等,其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率
3.PSPICE PSPICE是较早出现的EDA软件之一,1985年就由MICROSIM公司推出,在电路仿真方面,它的功能可以说是最为强大,在国内被普遍使用,现在使用较多的是PSPICE
6.2,工作于WINDOWS环境,占用硬盘空间20多兆,整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成,使用时是一个整体,但各个部分各有各的窗口PSPICE发展至今,已被并入ORCAD,成为ORCAD-PSPICE,但PSPICE仍然单独销售和使用,新推出的版本为PSPICE
9.1,工作于WINDOWS95/98/NT平台上,要求是奔腾以上CPU、32M内存、50M以上剩余硬盘空间、800X600以上显示分辨率,是功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件,它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果,无论对哪种器件哪些电路进行仿真,包括IGBT、脉宽调制电路、模/数转换、数/模转换等,都可以得到精确的仿真结果,对于库中没有的元器件模块,还可以自已编辑 以下图表为目前10个具有代表性的电路仿真软件主参数的统计表中安装容量是指软件安装后在硬盘中所占的空间,Protel的安装包括了PCB设计组件;电源种类的多少和软件对电源的分类有关,如有的软件将同一电源分别放在多个目录下,有的软件将5种瞬态分析源放在一个图标中;Pspice的正式版的仿真元件数为
1.6万表
5.1各种仿真软件的数据统计表仿真软件名称、版本安装容量(M)电源种类数仿真元件数虚拟设备数模拟分析种类数字仿真混合仿真图线处理能力样例文件数B2SPICEA/DV
466671.5万无17有有良64CircuitMaker
12290.6万210有有优84ICA/4V
8.
7.
1023631.4万无11有有优24IVEXSpice
1340.3万无8有无良16MicroCapV
711341.5万无8有有优150Multisim
10183271.7万1118有有优31Protel99SE
245230.6万无10有有良39PspiceV
9.1Student4140280无10有有良10SIMextrix
13140.5万无6有有优92Tina
6.083182万520有有优206由以上表比较可知在常用的电路仿真软件中Multisim2001的性能比较突出,无论从仿真元件库中元件的数量上,还是虚拟设备的种类以及虚拟分析的种类上都比别的软件要好,尤其是电路故障的隐蔽设置,更为教学提供了极大的方便顺便指出,Multisim2001是有名的仿真软件EWB的升级版本,其性能又比EWB提升许多倍所以目前在教学中普遍采用的电路仿真软件为EWB或Multisim10该软件能完全满足目前教学中的各种试验、仿真、考核等,是教学中的首选软件因此此次电路仿真选择Multisim10软件来进行仿真
5.2系统调试主要测试仪器如图表
5.2是本设计中涉及的硬件调试仪器表
5.2测试仪器及设备仪器名称型号用途数量直流电源DCBAD提供控制电压1测量探针测量各个节点的电压和频率1数字示波器观察波形和测量各种变化值
15.3系统调试在仿真结果正确的基础上,在实验板上进行实物的制作由反相积分电路和滞回电压比较电路以及反馈电路构成的压控振荡电路,只要改变输入端的控制电压,即可改变电路的输出频率本设计的控制电路,运算放大器开关状态的输出电压经反馈电阻控制三极管的导通、截止,在反相积分电路的输入端形成矩形波,从而控制电容的充放电时间,转换电路输入电压经电阻分压后决定了反相积分电路同相端的电位、电路的积分时间,控制了输出频率的变化,使得输出电压更加符合电路需要,频率的变化更稳定
5.4误差分析本系统涉及的模拟硬件电路较多各种电阻、电容、三极管等的特性参数存在较大差别,所以实际测试结果与理论数据值存在一定的误差不过在测试硬件电路时反复调整电压和电容的具体数值,也可达到理想的结果总结在这次设计的课题电压控制振荡器中运用了很多我学过的知识,比如模电,高频电子等专业知识等,这次的设计是对我这几年来所学知识的综合考察通过这次的设计不仅让我对许多知识有了更深的了解,还锻炼了我的独立思考问题的能力,这为我以后步入社会工作垫了一个基础在设计过程中我遇到了很多问题,一开始的设计使自己感到很迷茫不知道该从何入手,甚至都觉得这个课题比想象中更难但是后来通过在网上搜索电子资料,且在学校图书馆借到的书本参考资料使我对本设计逐渐有了信心不过在之后的设计中,即使有了丰富的参考资料,但是还是遇到了许多问题,通过各类方案的比较最终得出了最适合的方案当然,在之后的设计中,遇到的问题也是很多例如,参数的计算,元器件的选择,电路的仿真以及电路的调试等等不过,这些问题也并不构成阻碍,最终都在我的努力和老师的指导下都得到了解决不知不觉中,设计已接近尾声了,这次实践是对自己大学几年所学的第一次大检阅,使我明白自己知识还很浅薄,虽然还有一年就要要毕业了,但是自己的求学之路还很长,以后更应该在工作中学习,努力使自己成为一个对社会有所贡献的人参考文献
[1]RichardR.SpencerMohammedS.Ghausi著张为、关欣等译.电子电路设计基础电子工业出版社出版.
[2]谢嘉奎著电子线路(非线性部分)高等教育出版社.
[3]邱关源电路高等教育出版社.
[4]JohnM.Yarbrough著李书浩仇广煜等译数字逻辑应用与设计机械工业出版社.
[5]何丰通信电子电路人民邮电出版社.
[6]孙肖子、田根登、徐少莹、李要伟,现代电子线路和技术实验教程,高等教育出版社.
[7]韦思健电脑辅助电路设计-Multisim2001电路实验与分析测量北京铁道出版社.
[8]康华光电子技术基础模拟部高等教育出版社.
[9]康华光电子技术基础数字部分高等教育出版社.
[10]丁玉美高西全.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社.
2001.
[11]周仲.国产集成电路应用500例第一版)[M].北京:电子工业出版社,
1993.
[12]施良驹.集成电路应用锦集第二版)[J].北京:电子工业出版社,19
[13]毕满清主编.电子技术实验与课程设计.第3版.北京机械工业出版社,2005
[14]陈晓文主编.电子线路课程设计.第1版.北京电子工业出版社,2004
[15]潘晨聪刘倩如韩耕.电压控制LC振荡器[J].电子世界2004
(2).
[16]魏平俊,方向前,刘苡玮.基于锁相频率合成器的电压控制LC振荡器[J].电子工业专用设备,2005
(4).
[17]谢自美.电子线路设计、试验、测试(第三版)[M].武汉:华中科大出版社
2006.
[18]谢自美.电子线路综合设计(第一版)[M].武汉:华中科大出版社
2006.
[19]张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社
2004.致谢这次毕业论文能够得以顺利完成,是所有曾经指导过我的老师,帮助过我的同学,一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果我要在这里对他们表示深深的谢意!首先,要特别感谢我的指导老师——刘定军老师刘老师在我毕业论文的撰写过程中,给我提供了极大的帮助和指导从开始选题到中期修正,再到最终定稿,刘老师给我提供了许多宝贵建议老师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理其次,要感谢所有曾经教我们电子信息的任课老师,老师们教会我的不仅仅是专业知识,更多的是对待学习、对待生活的态度第三,感谢我的父母亲,你们是我力量的源泉,只要有你们,不管面对什么样的困难,我都不会害怕,谢谢你们对我的支持与鼓励!再次,感谢我的室友及其他好友,因为有你们的帮助,我的论文得以顺利完成感谢你们,大学四年给我了那么多的帮助与鼓励,在我不开心的时候,总能让我开心起来不会忘记,大学四年里我们一起度过的欢乐时光,那些开心的日子,总是那么令人难以忘怀最后对老师,同学和家人再次致以我最衷心的感谢!教导过我的老师,你们的人格魅力永记我心间身边的同学和朋友,有你们,我的大学才算完整寝室的好友,你们的天赋犹如上天恩赐,有了你们我的生活更加精彩谢谢!附录A电路原理图附1电路总原理图附录B电压和频率的关系表附2电压频率数据表控制电压V输出频率(KHZ)
10.
24930.
5250.
8571.
1891.
51111.
83132.
19152.
52172.
8761.
03122.04附录C电路仿真图附3电压为3V时的仿真图和瞬态分析数据附4电压为6V时的仿真图和瞬态分析数据附5电压为12V时的仿真图和瞬态分析数据741芯片反相积分电路可调电压源仪器示波器仪器频率计比较器741滞回电压比较电路。