【摘 要】本设计采用两个独立的VCO振荡器和宽带放大器获得不同波段正弦信号，波段内频率调节方便，平坦度好，系统不需设置AGC放大器，设计调试方便。该方案主要由压控LC振荡器、锁相环、宽带放大器、缓冲器、高频丙类功率放大器、前置分频器、高频检波器、V/F变换器及单片机最小系统组成。为提高频率稳定度，压控LC振荡器中引入了锁相技术。为提高输出电压的测量精度和减少占用单片机口线，峰值检波器中采用了抑制温度漂移偏置方式，A/D变换采用V/F变换测频方式。为提高高频功率放大器的效率，放大器采用丙类工作方式。为保证系统关机后再次开机时输出参数保持不变，系统设置了输出参数记忆电路。为使显示内容丰富、清晰直观，显示部分采用了液晶显示。为提高电压测量精度，系统采用了软件拟合技术。整个系统在单片机的控制下协调工作。
【关键词】压控LC振荡器；锁相环；宽带放大器；V/F变换器；单片机最小系统
1 总体设计
根据设计任务要求，为了实现电压控制LC振荡器工作频率的宽范围调节和输出电压、工作频率的精确测量，提高工作频率稳定度、输出电压的平坦度及高频功率放大器的效率，可采用多种方案实现。本设计着重考虑采用两个独立的VCO振荡器和宽带放大器获得不同波段正弦信号，波段内频率调节方便，平坦度好，系统不需设置AGC放大器，设计调试方便。
该方案系统结构如图1所示。为了达到输出频率要求的覆盖范围并达到要求的平坦度，本方案采用两个LC压控振荡器分别构成两个波段，每个波段的频率变化范围相对较窄，容易保证输出电压的平坦度，而不需设置AGC放大器。波段的选择由单片机根据输出频率值用继电器控制转换。为提高输出工作频率稳定度，采用了锁相技术，锁相环的分频次数由单片机进行程序控制。为使输出电压达到设计任务要求，在压控振荡器之后分别设置了两个宽带放大器，每个宽带放大器放大一个波段，放大后的信号经缓冲器输出，对于30MHz的信号经高频功率放大器放大输出。为提高高频功率放大器的效率采用丙类功率放大器。为实现输出频率的实时测量，其频率信号从宽带放大器输出端采集，并经前置分频后送入单片机进行测量和显示。为实现输出电压的实时测量并尽量减少占用单片机口线，输出的高频电压经高频检波后由V/F变换器把电压信号变换成频率信号，并送入单片机进行测量和显示。考虑到在整个工作频率范围内检波器输出电压的不一致性，为了尽可能提高电压测量精度，单片机将对检测到的信号进行软件拟合。为保证系统关闭后再次开机时仍保持关机前输出频率，系统设置了输出参数记忆电路。为使显示内容丰富、直观清晰，显示部分采用液晶显示（功能采用中文提示，工作频率和输出电压同时显示）。
2 主要电路设计与分析
压控振荡器及宽带放大器：
电压控制LC振荡器由两个压控振荡器组成。其中IC1、T1等器件组成21MHz～36MHz振荡与放大电路，IC2、T2等器件组成14MHz～23MHz振荡与放大电路。波段的选择由单片机根据输出频率的大小通过继电器进行控制，振荡信号经射级跟随器输出。射级跟随器输出的信号同时送至锁相环电路，锁相环输出的信号经低通滤波后作为本电路的压控信号UT。
LC振荡器的核心部分是用调频发射组件芯片MC2833中的RF振荡器与外接变容二极管、电感等元件构成的电容三点振荡器，振荡信号通过MC2833中的缓冲器输出。变容二极管选用MV1401，其标称电容为550～120pF，调谐率为10～14，电容指数为2，频率比为3.2～3.7，属于超突变结调谐二极管，频率调谐范围较宽，适合于本课题选用。为了提高调谐线性和电容调节量，本设计采用每三个变容二极管并联对接的连接方式。采用这种连接方式后，变容二极管的电容量可增大三分之一。
（4）高频电压测量电路
高频电压测量电路由高频电压检波器、压频变换器组成，检波器输出的直流电压经压频变换器线性地变换成频率信号后送单片机，单片机通过测量压频变换器输出的频率间接测量出被测信号的电压峰-峰值。考虑到检波器的非线性，为提高测量精度单片机在显示结果前，先对测量结果进行适当修正。
高频电压检波电路如图7所示，由峰值检波器、光电偶合差动变换器、直流放大器组成。检波二极管用C3358高频晶体管构成，该管工作频率高线性度好，特别适合于高频检波。为提高检波器的性能，检波管的偏置电压和检波结果由TP521-2双光电偶合器构成的差动电路实现，检波器的工作电源由基准电源TL431提供。采取上述措施后，使得检波器的输出电压非常稳定，漂移很小。光电偶合放大器输出的直流电压经运放LF358放大后送压频变换器进行变换。
【参考文献】
[1]尚洪生.现代电子技术应用设计[M].科学技术文献出版社，2000.
[2]曹龙汉，刘安才.单片机原理与应用[M].重庆通信学院出版社，1998.
[3]楼然苗，李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京航空航天大学出版社，2003.
