高頻電子電路課程設(shè)計(jì)----本地振蕩器

1、<p>　　高頻電子電路課程設(shè)計(jì)</p><p>　　—— 本地振蕩器 </p><p><b>　　班級(jí)：</b></p><p>　　姓名： </p><p><b>　　學(xué)號(hào)： </b></p><p>　　成績(jī)：

2、 </p><p><b>　　概述</b></p><p>　　本地振蕩器，又稱(chēng)“本機(jī)振蕩器”。一般應(yīng)用于混頻器中。</p><p>　　在混頻器中，為了與接收信號(hào)在混頻元件中產(chǎn)生差拍輸出信號(hào)，需要混頻器內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)等幅振蕩信號(hào)，產(chǎn)生該信號(hào)的振蕩器就稱(chēng)為本地振蕩器。對(duì)本地振蕩器的要求是：振蕩頻率穩(wěn)定且可進(jìn)行電調(diào)

3、、噪聲小。</p><p>　　它產(chǎn)生的高頻電磁波與所接收的高頻信號(hào)混合而產(chǎn)生一個(gè)差頻,這個(gè)差頻就是中頻.如要接收的信號(hào)是900KHZ.本振頻率是1365KHZ.兩頻率混合后就可以產(chǎn)生一個(gè)465KHZ或者2200KHZ的差頻.接收機(jī)中用LC電路選擇465KHZ作為中頻信號(hào).因?yàn)楸菊耦l率比外來(lái)信號(hào)高465KHZ所以叫超外差接收機(jī)，主要有以下特點(diǎn)：①對(duì)振蕩頻率的選取有要求：要求振蕩器的振蕩頻率和幅度精度高,穩(wěn)定性好;

4、②本振頻率中有鎖相環(huán),數(shù)字分頻、數(shù)字鑒相器等電路，保證極高的穩(wěn)定度,否則會(huì)產(chǎn)生本振頻率漂移;③都有鎖相環(huán)電路來(lái)保證本振頻率的穩(wěn)定度;④一般采用穩(wěn)定性好的晶體振蕩器;⑤振蕩頻率高,易起振,振頻穩(wěn),振幅高,振蕩特性好;⑥本振電路多采用體積小、可靠性高的單片大規(guī)模集成數(shù)字頻率合成器;⑦每一級(jí)電源都應(yīng)有0.1 μF或0.01 μF的旁路電容接地?！　?</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，我們采用Multisim軟件進(jìn)行

5、仿真</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖：</b></p><p>　　二、主要部分電路圖及原理分析</p><p><b>　　1.本地振蕩電路</b></p><p>　　本地振蕩器是本設(shè)計(jì)電路的重要部分，同時(shí)也是超外差式接收機(jī)的主要部分。其主要作用是將直流信號(hào)變?yōu)楦哳l正弦信號(hào)，將產(chǎn)生的正

6、弦高頻信號(hào)與輸入的高頻調(diào)幅信號(hào)相乘得到+、-的信號(hào)，其中為正弦信號(hào)頻率，為調(diào)幅信號(hào)頻率，通過(guò)中頻濾波器得到中頻信號(hào)-。即本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個(gè)和調(diào)幅信號(hào)相乘的高頻信號(hào)，通過(guò)信號(hào)相乘以得到新的頻率，若振蕩器不能夠穩(wěn)定工作，就會(huì)使產(chǎn)生的中頻信號(hào)不穩(wěn)，為此我們必須保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。</p><p>　　1.1振蕩器起振條件</p><p>　　正弦波振蕩器

7、按工作原理可分為反饋式振蕩器與負(fù)阻式振蕩器兩大類(lèi)。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當(dāng)正反饋?zhàn)銐虼髸r(shí)，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時(shí)放大器不需要外加激勵(lì)信號(hào)，而是由本身的正反饋信號(hào)來(lái)代替外加激勵(lì)信號(hào)的作用。負(fù)阻式振蕩器則是將一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)生振蕩。本設(shè)計(jì)中用的是反饋式振蕩器，圖1.1所示即為L(zhǎng)C三點(diǎn)式反饋式振蕩器的原理圖。通過(guò)我們對(duì)高頻電路的學(xué)習(xí)知道，三點(diǎn)式振蕩器的構(gòu)成法則是：與的符號(hào)

8、相同，與的符號(hào)則相反。凡是違反這一準(zhǔn)則的電路不能產(chǎn)生振蕩。</p><p>　　圖1 本振電路原理圖</p><p>　　1.2石英晶振工作原理</p><p>　　我們知道由LC構(gòu)成的振蕩器，它們的日頻率穩(wěn)定度大約為～的數(shù)量級(jí)。即使采用了一系列穩(wěn)頻措施，一般也難以獲得比更高的頻率穩(wěn)定度。但是，實(shí)際情況往往需要更高的頻率穩(wěn)定度。例如本文的本振電路由于它的穩(wěn)定性直接

9、決定了輸出中頻信號(hào)的穩(wěn)定度，因此其頻率穩(wěn)定度就要求～。顯然，普通的LC振蕩器是不可能滿(mǎn)足上述要求的。為此本設(shè)計(jì)電路采用了石英晶體振蕩器。石英晶體的物理化學(xué)性能都十分穩(wěn)定，因此它的等效諧振回路有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。其等效電路如圖1.2所示，晶體的參數(shù)很大、很小、也不大。因此，晶體的Q値可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)數(shù)量級(jí)。又由于﹥﹥所以石英晶體工作時(shí)，在串并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，具有極陡峭的電抗特性曲線(xiàn)，因而對(duì)頻率變化具有極靈敏的補(bǔ)償能力。 <

10、;/p><p>　　圖2 石英晶體等效電路</p><p><b>　　1.3 本地振蕩器</b></p><p>　　圖3 本地振蕩器</p><p><b>　　產(chǎn)生的波形如下：</b></p><p>　　圖4 本地振蕩器產(chǎn)生的波形</p><p&

11、gt;　　頻率為14.726MHz，如下所示：</p><p>　　圖5 振蕩器的頻率</p><p>　　1.4晶體振蕩器振蕩電路</p><p>　　圖6是本次課設(shè)所使用的石英晶體振蕩電路，由圖中可以看出是石英晶體串聯(lián)型振蕩電路，在電路中石英晶振顯感性，其交流等效電路如圖1.5所示，由圖可知，晶體管發(fā)射極和電容C3、C4相連其阻抗性質(zhì)相同，同為容性；集電極和C

12、3、晶振相連，而晶振又顯感性所以阻抗性質(zhì)相反；基極和C4、晶振相連同理其阻抗性質(zhì)也是相反的，故此振蕩器滿(mǎn)足振蕩條件，其類(lèi)似于考畢茲振蕩電路。 </p><p>　　圖6 晶體振蕩器振蕩電路圖</p><p>　　振蕩頻率公式為：</p><p>　　查閱石英晶體資料得11

13、MHZ振蕩時(shí)其等效電感，當(dāng)電容選取為50pF時(shí)其振蕩頻率為：</p><p>　　電路中其它主要器件的參數(shù)如下為基極偏置電阻，用來(lái)給給三極管確定一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，C1=1uF為基極耦合電容，L1=10mH為扼流圈，防止突變對(duì)三極管造成損害，用來(lái)限制射極電流，C2=1uF為旁路電容C5=1uF為電源和地的去耦電容。</p><p>　　由于石英晶體是本電路的核心部件，因此在選用晶振時(shí)要注

14、意以下幾點(diǎn)： </p><p>　　石英晶體的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。過(guò)高的激勵(lì)功率會(huì)使石英晶體內(nèi)部溫度升高，損壞石英。</p><p>　　在并聯(lián)晶體振蕩器中，石英晶體起等效電感作用，若作為容抗，則在石英晶片失效時(shí)，石英振蕩器的支架電容還存在，線(xiàn)路仍有可能滿(mǎn)足振蕩條件而振蕩，石英晶體振蕩器就失了作用。</p>

15、;<p><b>　　2、調(diào)頻電路 </b></p><p><b>　　2.1混頻原理</b></p><p>　　圖8 混頻原理圖 </p><p>　　上圖即為混頻電路原理圖，下面對(duì)其進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的分析：設(shè)為輸入高頻調(diào)幅波信號(hào)，亦為本地振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號(hào)且 ﹥﹥

16、，時(shí)變偏置電壓，由此可得集電極電流為</p><p>　　經(jīng)集電極諧振回路濾波后，得到中頻電流</p><p>　　式中=稱(chēng)為變頻跨導(dǎo)。</p><p>　　從以上分析結(jié)果可以看出：只有時(shí)變跨導(dǎo)的基波分量才能產(chǎn)生中頻分量，而其它分量會(huì)產(chǎn)生本振諧波與信號(hào)的組合頻率。變頻跨導(dǎo)是變頻器的重要參數(shù)，它不僅直接決定著變頻增益，還影響到變頻器的噪聲系數(shù)。變頻跨導(dǎo)=，只與晶體管特

17、性、直流工作點(diǎn)及本振電壓有關(guān)，與無(wú)關(guān)，故變頻跨導(dǎo)亦有上述性質(zhì)。</p><p>　　變頻電路是混頻器的核心部件。變頻電路本質(zhì)上說(shuō)是實(shí)現(xiàn)頻譜搬移的電路，是一個(gè)六端網(wǎng)絡(luò)。它有兩個(gè)輸入電壓，輸入信號(hào)和本地振蕩信號(hào)，其工作頻率分別為和；輸出信號(hào)為，稱(chēng)為中頻信號(hào)，其頻率是，=。由此可見(jiàn)，變頻器在頻域上起著（加）減法器的作用。變頻電路有多種形式，如二級(jí)管式、模擬乘法器式和三極管式。本電路采用的是應(yīng)用最廣泛的晶體三極管式變頻電

18、路。</p><p><b>　　圖7 調(diào)頻電路</b></p><p>　　2.2電路參數(shù)選擇及性能分析</p><p>　　由以上分析知在設(shè)計(jì)電路時(shí)須注意變頻跨導(dǎo)與本振電壓和偏置電壓的關(guān)系線(xiàn)。只有把握好這一關(guān)系，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路才能滿(mǎn)足我們的設(shè)計(jì)要求。本文混頻電路所采用的晶體三極管是2N3904，根據(jù)其變頻跨導(dǎo)與本振電壓和偏置電壓的關(guān)系曲線(xiàn)設(shè)

19、計(jì)電路如圖2.2所示。 </p><p>　　圖中V2為11MHZ的本振信號(hào)，V1為10.535MHZ的調(diào)幅輸入信號(hào)現(xiàn)對(duì)其參數(shù)做一簡(jiǎn)單推導(dǎo)，</p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　則二式相乘得</b></p&

20、gt;<p><b>　　經(jīng)過(guò)中頻濾波后為</b></p><p>　　此信號(hào)的載波頻率為，即我們所需要的中頻信號(hào)，其實(shí)際輸出波形的頻率為465～470MHZ的信號(hào)，振幅為0.835V左右，與理論值8.12mV不符，這主要是因?yàn)橹蓄l濾波網(wǎng)絡(luò)的放大以及變壓器的升壓作用的結(jié)果。</p><p>　　電路中其它一些重要的參數(shù)如下：電路圖中AM用來(lái)代表接收到的調(diào)

21、幅波，V2代表前面本振電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，C8=10pF,C9=2.2pF為輸入信號(hào)耦合電容，、為基極偏置電阻，為射極限流電阻，C5=1500pF為旁路電容。</p><p>　　另外在實(shí)際應(yīng)用中變頻器是存在干擾的，如果沒(méi)有采取有效地措施來(lái)抑制干擾，它會(huì)給從電路帶來(lái)大量諧波信號(hào)嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)電路無(wú)法工作，因此應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：</p><p>　　正確選擇中頻數(shù)值。當(dāng)輸出頻率確定后，在一

22、個(gè)頻段內(nèi)的干擾點(diǎn)就確定了，合理的選擇中頻頻率，可大大減少組合頻率干擾的點(diǎn)數(shù)，并將階數(shù)較低的干擾排除掉。</p><p>　　正確選擇變頻器的工作狀態(tài)，減少組合頻率分量。應(yīng)使的諧波分量盡可能的減少，使電路接近乘法器。</p><p>　　采用合理的電路形式。如平衡電路、環(huán)形電路、乘法器等，從電路上抵消一些組合分量。</p><p><b>　　四、心得體會(huì)

23、：</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)很快就過(guò)去了，開(kāi)始的時(shí)候，由于所學(xué)基礎(chǔ)不是很扎實(shí)，所學(xué)知識(shí)有些不太理解，所以思路不是很清晰，不知道該如何開(kāi)始設(shè)計(jì)。隨后通過(guò)閱讀教材，上網(wǎng)搜索，到圖書(shū)館查閱資料，終于有了一些清晰的想法。確定下了基本的設(shè)計(jì)方案。但是在設(shè)計(jì)的時(shí)候又出現(xiàn)了很多問(wèn)題。問(wèn)題的出現(xiàn)都是由于課本的基礎(chǔ)知識(shí)掌握的不夠牢固，理解的不夠深刻，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中的電路和理論上研究的電路之間的差異缺乏認(rèn)識(shí)。

24、而到仿真的時(shí)候，對(duì)于仿真軟件的應(yīng)用有成了問(wèn)題。最后，通過(guò)請(qǐng)教同學(xué)，以及自己認(rèn)真的閱讀和思考教材和參考資料，問(wèn)題得到了解決。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多。首先，對(duì)于以往所學(xué)的知識(shí)是一個(gè)檢驗(yàn)。通過(guò)設(shè)計(jì)電路，既復(fù)習(xí)了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，又學(xué)習(xí)了許多新的東西。理論上的東西不經(jīng)過(guò)實(shí)際的檢驗(yàn)是沒(méi)有什么說(shuō)服力的。而設(shè)計(jì)正是理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過(guò)設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓我對(duì)所學(xué)課程的

25、應(yīng)用有了新的認(rèn)識(shí)。最重要的是得到了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，提高了我對(duì)本專(zhuān)業(yè)的興趣，讓我在以后的學(xué)習(xí)中更加努力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張肅文 高頻電子線(xiàn)路 高等教育出版社 </p><p>　　康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分第五版）高等教育出版社 </p><p>