电压控制LC振荡器的设计+仿真图+流程图+源程序(4)
图8 峰值检波与放大电路
2.3 功率放大器设计
高频功率放大器有多种形式，有甲类=（ ）、乙类（= ）、丙类（＜ ）、丁类。理论上说导通角越小即导通时间越短，电路工作的效率越高，但为还原初始信号所需的后级电路也越复杂。
甲类互补放大器和乙类放大器适用于线性放大，多用于宽带功率放大，但是效率较低，理论最大值分别为50％和78.5％；丙类、丁类适用于固定频率的放大电路中在放大等幅信号时，按题目要求，需要设计工作在30MHz，输出功率P>=20mW的功率放大器。该放大器属于固定频率上的放大器，丁类在规定时间内较难设计制作，由于放大器效率较高而且容易制作和调试，在丙类放大前加一个甲类放大以产生足够的激励电压，输出大于20mW的效果。
放大器一般工作在丙类状态，而放大高频调幅信号时一般工作在乙类状态，丙类放大器的效率高，且具有选频作用的谐振网络能滤去谐波，从严重失真的电流波形中得到不失真的电压输出。
本设计采用高频功率放大器，在其设计中首先要考虑的是晶体三极管的选择。通常在选择过程中晶体管的极限参数将是选择的主要依据。这些参数包括：集电极最大允许电流，反向击穿电压，二次击穿，集电极最大允许损耗功率，晶体管的安全工作区等等[12]。根据本设计的工作频率和输出电压的要求，本设计选用共发射极电路作为放大电路，设计中晶体三极管工作在放大状态，如图9所示。
图9 功率放大电路
负载为50纯负载时,为使输出功率最大，必须先使输出阻抗与负载匹配，先调节三极管的工作点和射极跟随电阻输出波形不失真。再调节二型滤波网络使输出幅度最大，实验表明，电路还需引入交流电压负反馈，否则输出波形会失真，变压器的电感量必须足够大，才能得到较好的低频特性。
负载为50Ω与20pF电容串连时，负载呈容抗特性，大部分电压降在电容上而电阻的分压较小，因而其功率很小，因此在输出端串联一个电感与负载电容形成谐振，使负载呈纯阻性，从而提高电阻的功率。但由于功率输出采用电感耦合方式，次级线圈与负载电感之间可能存在互感，因此还需对L进行微调。
2.4 电源电路设计
系统需要多个电源，FPGA使用5V稳压电源，振荡器的变容二极管需要1～10V电压，运放，功放等需要12V稳压电源。本方案采用三端稳压集成7805与7812分别得到5V与12V的稳定电压。
为得到＋5V和＋12V电压，使用三端集成稳压7805与7812分别将电压稳定在5V与12V，电路如图10所示。芯片的输入输出端与地之间接大容量滤波电容，靠近芯片的输入引脚加小容量电容以抑制芯片自激，输出引脚加电容以减小高频噪声。
图10 稳压电源电路
制版时，元器件排放尽可能靠近集成电路的管脚，在振荡回路走线是要尽可能短，电路板的空白处大面积的接地，以减小分布参数影响，其中低通滤波器，压控振荡器与功率放大器做在一块板子上，并将其屏蔽，以隔离数字电路部分产生谐波，能有效防止组合频率干扰，提高输出信杂比。
3. 软件设计
3.1 控制电路程序设计
控制电路主要完成对输出频率的控制，也就是对MC145152的分频比进行编程，采用超高速硬件描述语言(VHDL)编写一个数字逻辑电路，在FPGA上实现。由于输出频率为f＝（PN＋A）fr，P＝64，fr＝10kHz，可见N值和A值决定了输出频率，控制电路就是通过键盘对N和A进行置数，键盘的两个按键“＋”与“－”和一个拨键式的步进选择开关“STEP”，STEP用于选择10kHz步进或100kHz步进，初始时输出频率为24MHz，每按一次“＋”（或“－”）键输出频率增加（或减小）一个步进(若按键时间超过1s,输出频率会以每秒钟2个步进的速率持续增加或减少，直至按键被放下) 。程序流程如图11所示。