課程設(shè)計(jì)---正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第一章 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><h3>　　第一節(jié)：設(shè)計(jì)題目：正弦波振蕩電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</h2><p><b>　　第二節(jié)：設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p>　　振蕩頻率: f=7MHZ；</p><p><b>　　頻率穩(wěn)定度:；</b>

2、</p><p>　　電源電壓：V=12V；</p><p><b>　　波形質(zhì)量 較好；</b></p><p>　　第三節(jié)： 方案設(shè)計(jì)與選擇</p><p>　　LC振蕩器的電路種類比較多，根據(jù)不同的反饋方式，又可分為互感反饋振蕩器，電感反饋三點(diǎn)式振蕩器，電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用

3、于低頻，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率可以做得較高。</p><p>　　所以選擇電容反饋三點(diǎn)式振蕩器是不容置疑的，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器又分為考畢茲振蕩器，克拉波振蕩器，西勒振蕩器。本次課程設(shè)計(jì)我們選擇考畢茲振蕩器,因?yàn)榇苏袷庪娐愤m用于較高的工作頻率。</p><p><b>　　第二章 設(shè)計(jì)原理</b></p><p&g

4、t;　　第一節(jié) 自激振蕩的工作原理</p><p>　　正弦波振蕩器：一種不需外加信號(hào)作用，能夠輸出不同頻率正弦信號(hào)的自激振蕩電路。</p><p>　　LC回路中的自由振蕩如圖1(a)所示。</p><p>　　自由振蕩——電容通過電感充放電，電路進(jìn)行電能和磁能的轉(zhuǎn)換過程。</p><p>　　阻尼振蕩——因損耗等效電阻R將電能轉(zhuǎn)換成熱能

5、而消耗的減幅振蕩。圖1(b)所示。</p><p>　　等幅振蕩——利用電源對(duì)電容充電，補(bǔ)充電容對(duì)電感放電的振蕩過程，圖1(c)所示。這種等幅正弦波振蕩的頻率稱為LC回路的固有頻率，即</p><p>　　圖1 LC回路中的電振蕩</p><p><b>　　一、自激振蕩的條件</b></p><p>　　振蕩電路如圖

6、2所示。</p><p>　　振蕩條件：相位平衡條件和振幅平衡條件。</p><p><b>　　1．相位平衡條件</b></p><p>　　反饋信號(hào)的相位與輸入信號(hào)相位相同，即為正反饋，相位差是180?的偶數(shù)倍，即 =2n 。其中， 為vf與vi的相位差，n是整數(shù)。vi、vo、vf的相互關(guān)系參見圖3。</p><p&g

7、t;<b>　　2.振幅平衡條件</b></p><p>　　反饋信號(hào)幅度與原輸入信號(hào)幅度相等。即?AVF=1 </p><p>　　圖2 變調(diào)諧放大器為振蕩器 圖3 自激振蕩器方框圖</p><p>　　二、自激振蕩建立過程</p><p>

8、　　自激振蕩器：在圖2中，去掉信號(hào)源，把開關(guān)S和點(diǎn)“2”相連所組成的電路。</p><p>　　圖4 振蕩的建立過程</p><p>　　自激振蕩建立過程：電路接通電源瞬間，輸入端產(chǎn)生瞬間擾動(dòng)信號(hào)vi，振蕩管V產(chǎn)生集電極電流iC，因iC具有跳變性，它包含著豐富的交流諧波。經(jīng)LC并聯(lián)電路選出頻率為f0的信號(hào)，由輸出端輸出vo，同時(shí)

9、 通過反饋電路回送到輸入端，經(jīng)過放大、選頻、正反饋、再放大不斷地循環(huán)過程，將振蕩由弱到強(qiáng)的建立起來。當(dāng)信號(hào)幅度進(jìn)入管子非線性區(qū)域后，放大器的放大倍數(shù)降低到?AVF=1時(shí)，振幅不再增加，自動(dòng)維持等幅振蕩。如圖4所示。</p><p>　　第二節(jié) 正弦波振蕩器的電路組成</p><p><b>　　基本電路組成： </b></p&g

10、t;<p>　　(1)放大電路：保證放大信號(hào)，并向電路提供能量。</p><p>　　(2)反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使之滿足相位和幅度平衡條件。</p><p>　　(3)選頻網(wǎng)絡(luò)：選擇某一頻率，滿足起振條件，保證輸出為單一頻率的正弦波信號(hào)</p><p>　　(4)穩(wěn)幅措施的電路：保證正弦波振蕩器輸出具有穩(wěn)定幅度的正弦波信號(hào)。</p>&

11、lt;p>　　三點(diǎn)式振蕩電路的基本模型電路</p><p>　　圖5 三點(diǎn)式振蕩電路</p><p>　　第三章 選擇合適的振蕩電路</p><p>　　振蕩電路的組成：振蕩回路模塊、偏置電路模塊、輸出緩沖電路模塊。</p><p>　　振蕩電路的選擇主要是根據(jù)所給定的工作頻率（或工作頻段）頻率穩(wěn)定度的要求。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的電路要求是高頻

12、信號(hào)，故選擇LC振蕩電路。</p><p>　　LC正弦波振蕩電路： </p><p>　　一、變壓器耦合式LC振蕩器</p><p>　　電路特點(diǎn)：用變壓器耦合方式把反饋信號(hào)送到輸入端。常用的有以下兩種。</p><p>　　1．共發(fā)射極變壓器耦合LC振蕩器</p><p><b>　　(1)

13、 電路結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　如圖6(a)所示。圖中V為振蕩放大管，電阻R1、R2、R3為分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路，C1、C2為旁路電容，LC并聯(lián)回路為選頻振蕩回路，L3-4為反饋線圈，L7-8為振蕩信號(hào)輸出端，電位器RP和電容C1組成反饋量控制電路。</p><p><b>　　(2) 工作原理</b></p><p>

14、　　交流通路如圖6(b)所示。對(duì)頻率f=f0的信號(hào)，LC選頻振蕩回路呈純阻性，此時(shí)和vf，反相，即φ1為180º。輸出電壓vo再通過反饋線圈L3-4，使4端為正電位，即與的φ2?為180º。于是，保證了正反饋，滿足了相位條件。如果電路具有足夠大的放大倍數(shù)，滿足振幅條件，電路就能振蕩。調(diào)節(jié)RP可改變輸出幅度。</p><p>　　圖6 共發(fā)射極變壓器耦合振蕩器</p><p

15、>　　2．共基極變壓器耦合LC振蕩器</p><p><b>　　(1) 電路結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　如圖7(a)所示。圖中V為振蕩放大管，電阻R1、R2、R3為分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路，C1為基極旁路電容，C2為隔直耦合電容，L2為反饋線圈，L與C串聯(lián)組成選頻振蕩電路。</p><p><b>　　(2) 工作原理&

16、lt;/b></p><p>　　交流通路如圖7(b)所示。接通電源瞬間，LC回路振蕩電壓加到管子基射之間，形成輸入電壓，經(jīng)V放大后，輸出信號(hào)經(jīng)反饋線圈L2與L之間的互感耦合反饋到管子基射之間，若形成正反饋。在滿足振幅平衡條件下，電路產(chǎn)生振蕩。綜上分析，變壓器反饋電路的反饋強(qiáng)度，可通過L2與L1之間的距離來調(diào)節(jié)。變壓器耦合振蕩電路的振蕩頻率為 若調(diào)節(jié)L、C，可改變振蕩頻率。</p><p

17、>　　圖7 共基極變壓器耦合振蕩電路</p><p>　　二、三點(diǎn)式LC振蕩電路</p><p>　　電路特點(diǎn)：LC振蕩回路三個(gè)端點(diǎn)與晶體管三個(gè)電極相連。</p><p>　　圖8 電感三點(diǎn)式振蕩器 圖9 電容三點(diǎn)式振蕩器</p><p>　　1．電感三點(diǎn)式振蕩器</p>&l

18、t;p>　　電路如圖8(a)，交流通路如圖8(b)所示。</p><p>　　相位條件：當(dāng)線圈1端電位為“”時(shí)，3端電位為“”，此時(shí)2端電位低于1端而高于3端，即vf與vo反相，經(jīng)倒相放大后，形成正反饋，即滿足相位條件。</p><p>　　振幅條件：適當(dāng)選擇Ｌ2和Ｌ1的比值。使，滿足振幅條件。電路就能振蕩。</p><p>　　由于反饋電壓vf取自Ｌ2兩端，

19、故改變線圈抽頭位置，可調(diào)節(jié)振蕩器的輸出幅度。Ｌ2越大，反饋越強(qiáng)，振蕩輸出越大，反之，Ｌ2越小，反饋越小，不易起振。電路振蕩頻率為其中M是Ｌ1與Ｌ2之間的互感系數(shù)。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：工作頻率范圍為幾百kHz~幾MHz；反饋信號(hào)取自于L2， 其對(duì)f0的高次諧波的阻抗較大，因而引起振蕩回路的諧波分量增大，使輸出波形不理想；</p><p>　　缺點(diǎn)：波形失真較大。</p>

20、<p>　　2．電容三點(diǎn)式振蕩器</p><p>　　電容三點(diǎn)式振蕩器電路如圖9(a)所示，交流通路如圖9(b)所示。</p><p>　　相位條件：當(dāng)線圈1端電位為“”時(shí)，3端電位為“”。此電壓經(jīng)Ｃ1、Ｃ2分壓后，2端電位低于1端而高于3端，即vf與vo反相，經(jīng)V倒相放大后，使1端獲“”電位，形成正反饋，滿足相位條件。</p><p>　　振幅條件：適

21、當(dāng)?shù)倪x擇Ｃ1、Ｃ2的數(shù)值，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)生振蕩。電路振蕩頻率為 而 </p><p>　　電路特點(diǎn)：頻率較高，可達(dá)100?MHz以上; 反饋電壓中高次諧波分量較小; 電容三點(diǎn)式電路的反饋系數(shù)決定于兩個(gè)電容容抗的比值，調(diào)節(jié)振蕩頻率，電容三點(diǎn)式電路反饋系數(shù)就會(huì)隨著頻率改變而改變。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：輸出波

22、形好;電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可以做得較高，可達(dá)到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍.</p><p>　　缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率不方便。</p><h2>　　第四章 設(shè)計(jì)的結(jié)果與分析</h2><h3>　　靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)振蕩器的影響分析：</h2><p>　　對(duì)于一個(gè)振蕩器，當(dāng)其負(fù)載阻抗及反饋系數(shù)F已經(jīng)確定的情況，靜態(tài)工作點(diǎn)的位置對(duì)振

23、蕩器的起振以及穩(wěn)定平衡狀態(tài)（振幅大小、波形好壞）有著直接或間接的關(guān)系。工作點(diǎn)偏高，振蕩器工作范圍容易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出的阻抗的降低將會(huì)使振蕩波形嚴(yán)重失真，嚴(yán)重時(shí)甚至是振蕩器停振。工作點(diǎn)偏低，避免了晶體管工作范圍進(jìn)入飽和區(qū)，對(duì)于小功率振蕩器，一般都取在靠近截止區(qū)，但不能太低，否則不易起振。</p><h3>　　第二節(jié) 設(shè)計(jì)合適的偏置電路及靜態(tài)工作點(diǎn)分析</h2><p>　　靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇

24、及偏置電路元件的估算合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系。－般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離飽和區(qū)而靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流ICQ大約在0.5~2mA之間選取，各極電壓大致可取為：集電極對(duì)地電壓：Vco=(1~0.6)Vcc；發(fā)射極對(duì)地電壓：Veo=0.2Vcc</p><p>　　圖10振蕩管的偏置電路</p>

25、<p>　　對(duì)于振蕩器來說，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的主要措施是采用高穩(wěn)定度的偏置電路。目前廣泛采用的是混合反饋式偏置電路。對(duì)于這種電路，各偏置元件可按下列公式選?。?  Rb2>(2~6)Re發(fā)射極電阻旁路電容CE可按下式計(jì)算：。為了滿足 <<Rb的關(guān)系,隔直電容CB可按下面經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算： 。其中，Rb=Rb1//Rb2//hie；f為工作頻率，單位為MHz。需要指出

26、的是，CERE之值不能太大，否則將會(huì)產(chǎn)生間歇振蕩現(xiàn)象。</p><p>　　靜態(tài)工作點(diǎn)的確立：ICQ=2mA，VCEQ=6V，β=60，則：RC+RE=3K,取RC=2K，RE=3.6K，RB1=150K，RB2=30K，IBQ=33.3UA</p><h3>　　第三節(jié) 振蕩頻率分析</h2><p>　　圖11中L1、L2、C1組成諧振回路,L2兼作反饋網(wǎng)絡(luò),通

27、過耦合電容C2將L2上反饋電壓送到三極管的基極。由交流通路看出,諧振回路有三個(gè)端點(diǎn)與三極管的三個(gè)電極相連,而且與發(fā)射極相接的是L1、L2,與基極相接的是L2、路必然滿足相位平衡條件。當(dāng)回路的Q值較高時(shí),該電路的振蕩頻率基本上等于LC回路的諧振頻率,即</p><p>　　式中L = L1＋L2＋2M為回路總電感。該電路的特點(diǎn)與變壓器反饋式振蕩電路極為相似。須指出：它的輸出波形較差,這是由于反饋電壓取自電感的兩端,

28、而電感對(duì)高次諧波的阻抗較大,不能將它短路,從而使Uf中含有較多的諧波分量,因此,輸出波形中也就含有較多的高次諧波。不難證明其振蕩頻率為：</p><p><b>　　圖11</b></p><h3>　　振蕩電路總原理圖及元件清單</h2><p>　　設(shè)計(jì)的考畢茲振蕩器的振蕩電路原理圖：</p><p>　　圖12

29、 考畢茲振蕩器</p><p>　　理論計(jì)算振蕩器的頻率f 7MHz 調(diào)解C1C2改變頻率時(shí)，反饋系數(shù)改變。</p><p>　　頻率穩(wěn)定度：。LC諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性和Q值都不高，頻率穩(wěn)定度不高于數(shù)量級(jí)。</p><p><b>　　二、 元件清單</b></p><p><b>　　第六章 設(shè)計(jì)體會(huì)<

30、;/b></p><p>　　第十九周，我們進(jìn)行通信高頻電子線路的課程設(shè)計(jì)。通過此次課程設(shè)計(jì)，我能對(duì)正弦波振蕩器的原理有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)這門課的理解。在這次的正弦波振蕩電路的設(shè)計(jì)任務(wù)中，我是負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)LC振蕩電路畫圖這一環(huán)節(jié)，是本次課程設(shè)計(jì)不可或缺的部分。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中，遇到過不少的困難，但是，通過網(wǎng)上查找相關(guān)資料，及參考書本，得到了意想不到的結(jié)果。</p><p>　　通過

31、這次課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。實(shí)踐能更好的檢驗(yàn)理論的正確與否，實(shí)踐能更好的幫助我們探求自身的不足，實(shí)踐能更好的鞏固我們的知識(shí)。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)，使我明白了很多東西，做任何事情都需要我們有一顆細(xì)膩的心，外加認(rèn)真的態(tài)度。不管做什么，都需要我們有堅(jiān)忍不拔的毅力和端正的態(tài)度。&

32、lt;/p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在此我們表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和老師表示忠心的感謝！</p><p>　　第七章 參考文獻(xiàn)</p><p>　　《高頻電子線路》 主編：張肅文 出版社：高等教育出版社 2

33、004年11月第四版</p><p>　　《電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試》 主 編：謝自美 出版社：華中理工大學(xué)出版 2003年</p><p>　　《高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》 楊翠娥主編，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005年</p><p>　　《高頻電子電路》 主編：王衛(wèi)東 傅佑麟 電子工業(yè)出版社</p><