高頻電子線路課程設(shè)計--高頻振蕩器的設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要：2</b></p><p><b>　　一、設(shè)計要求2</b></p><p>　　二、總體方案設(shè)計2</p><p>　　三、工作原理說明2</p><p><

2、b>　　1、振蕩器概念2</b></p><p>　　2、靜態(tài)工作點的確定3</p><p>　　3、振蕩器的起振檢查3</p><p>　　4、高頻功率放大器4</p><p>　　5、電路設(shè)計原理框圖4</p><p><b>　　四、電路設(shè)計5</b></

3、p><p>　　1、正弦波振蕩器的設(shè)計5</p><p>　　2、高頻功率放大器的設(shè)計8</p><p>　　五、實驗電路性能的測試9</p><p>　　1、振蕩器振蕩頻率為2MHz9</p><p>　　2、振蕩器振蕩頻率為4MHz10</p><p>　　3、高頻功率放大器電路10

4、</p><p><b>　　4、輸出功率10</b></p><p>　　六、結(jié)論及分析10</p><p>　　七、課程設(shè)計小結(jié)及體會10</p><p><b>　　八、參考文獻11</b></p><p>　　附錄.......................

5、....................................................................................................12</p><p><b>　　高頻振蕩器的設(shè)計</b></p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　

6、　本次課程設(shè)計通過對課本知識的運用，介紹了高頻正弦波振蕩器的設(shè)計方法，主要應(yīng)用LC振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再經(jīng)高頻功率放大器進行功率放大，并用Multisim仿真軟件進行仿真，以及對其性能進行測試，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試最終得到滿足課題要求的電路。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 正弦波 LC振蕩器 高頻功率放大器</p><p><b>　　一、設(shè)計要求</b></p

7、><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　1. 選擇合適的高頻正弦波振蕩器形式；</p><p>　　2. 從理論上分析振蕩器的各個參數(shù)及起振條件；</p><p>　　3. 設(shè)計高頻振蕩器，選取電路各元件參數(shù)，使其滿足起振條件及振幅條件。</p><p>　　主要技術(shù)指標：電源電

8、壓12V，工作頻率2M-4MHz，輸出電壓1V，頻率穩(wěn)定度較高。</p><p><b>　　二、總體方案設(shè)計</b></p><p>　　該課程設(shè)計主要涉及了振蕩器的相關(guān)內(nèi)容還有高頻功率放大器的內(nèi)容，正弦波振蕩器非常具有實用價值，通過該課題的研究，可以加深對振蕩器以及丙類高頻功率放大器的了解。</p><p><b>　　三、工作原

9、理說明</b></p><p><b>　　1.振蕩器概念</b></p><p>　　振蕩器主要分為RC，LC振蕩器和晶體振蕩器。其中電容器和電感器組成的LC回路，通過電場能和磁場能的相互轉(zhuǎn)換產(chǎn)程自由振蕩。要維持振蕩還要有具有正反饋的放大電路，LC振蕩器又分為變壓器耦合式和三點式振蕩器，現(xiàn)在很多應(yīng)用石英晶體的石英晶體振蕩器 ，還有用集成運放組成的LC振蕩

10、器。</p><p>　　振蕩器的作用主要是將直流電變交流電.它有很多用途.在無線電廣播和通信設(shè)備中產(chǎn)生電磁波.在微機中產(chǎn)生時鐘信號.在穩(wěn)壓電路中產(chǎn)生高頻交流電.。</p><p>　　題目要求產(chǎn)生高頻正弦波，所以選用電容三點式電路，進一步考慮從而選用并聯(lián)改進型電容三點式振蕩器（西勒電路），因為它具有輸出波形不易失真，作為可變振蕩器使用非常方便，而且幅度平穩(wěn)，頻率穩(wěn)定性高，最高振蕩頻率可達

11、百兆至千兆等特點。</p><p><b>　　靜態(tài)工作點的確定</b></p><p>　　靜態(tài)工作點的確定直接影響著電路的工作狀態(tài)和振蕩波形的好壞。由于振蕩幅度穩(wěn)定下來后，電路必然工作到非線性區(qū)，也就是說，可能進入截止區(qū)，也可能進入飽和區(qū)，靜態(tài)工作點偏高，易進入飽和區(qū)．實踐證明：當晶體管進入飽和區(qū)后，晶體管的輸出阻抗將急劇下降(由原來的線性工作區(qū)幾十千歐或幾百千歐

12、下降為幾百歐姆)，使諧振回路Q值大為降低，不僅使振蕩波形嚴重失真，而且頻率穩(wěn)定度大為降低，甚至停振，為了避免上述情況發(fā)生，一般小功率振蕩器將靜態(tài)工作點設(shè)計得遠離飽合區(qū)而靠近截止區(qū)，所以，c取1～4mA之間(可調(diào)整風確定)。</p><p>　　3.振蕩器的起振檢查</p><p>　　3.1 用三用表檢查</p><p>　　由于本振蕩電路采用基極自給偏置，起始工作

13、點在晶體管的放大區(qū)，故發(fā)射極應(yīng)有正向偏置，接通電源后，調(diào)節(jié)電位器R ，使振蕩管的靜態(tài)電流lco=(1～4)nlA(可用測發(fā)射極電壓Ve來得知，Ico的大小)。</p><p>　　若 Vb—Ve<0V可判定電路已起振，工作在丙類狀態(tài)，而且振蕩很強。</p><p>　　若Vb—Ve=0.4V，可斷定已起振，工作在甲乙類狀態(tài)，振蕩比較強。</p><p>　　若

14、Vb—Ve=0.4-0.8V，工作狀態(tài)可能在甲類，但不能判定是否起振，需進一步檢查。</p><p>　　3.2 用高頻毫伏表檢查</p><p>　　用高頻毫伏表接在振蕩器的輸出端，有讀數(shù)即有高頻電壓輸出，則起振，否則未起振。</p><p>　　3.3 用示波器檢查</p><p>　　用示波器接于振蕩器的輸出端，如有高頻振蕩波形顯示，說

15、明起振，否則未起振。</p><p>　　在實驗室條件下，可應(yīng)用示波器檢查起振，因為示波器不但能判定是否起振，還能觀察波形結(jié)構(gòu)，是否有失真及間歇振蕩現(xiàn)象，以致還可判斷是否有寄生振蕩產(chǎn)生。</p><p>　　若用上述方法檢查時，發(fā)現(xiàn)振蕩器未起振，可從兩方面著手解決：</p><p>　　檢查是否過小，難以滿足起振條件。</p><p>　　調(diào)

16、整反饋系數(shù)的大小。</p><p><b>　　4.高頻功率放大器</b></p><p>　　高頻功率放大器的主要作用是用小功率的高頻輸入信號去控制高頻功率放大器將直流電源供給的能量轉(zhuǎn)換為大功率高頻能量輸出, 它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機中。</p><p>　　信號的放大實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，是將電源提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流信號電能。大功率的放

17、大器，消耗功率大，所以效率的高低就變得非常重要，這不僅表現(xiàn)在放大器輸出相同功率時，高頻率工作可以節(jié)約直流電源的電能，還在于采用相同器件的條件下高效率工作可以輸出更大的功率，所以該電路選用丙類高頻放大器。</p><p>　　5.電路設(shè)計原理框圖</p><p>　　正弦波振蕩器原理框圖如下圖所示</p><p>　　輸入 </

18、p><p>　　控制 輸出 </p><p>　　控制字K

19、 </p><p>　　圖1 正弦波振蕩器原理框圖</p><p><b>　　四、電路設(shè)計</b></p><p>　　1.正弦波振蕩器的設(shè)計</p><p>　　1.1 正弦波振蕩器電路如圖2所示 </p><p>　　圖2 正弦波振蕩器電路圖&

20、lt;/p><p>　　LC振蕩部分是由晶體管組成的電容三點式振蕩器，所用改進型電路既西勒電路，對交流短路，因此是基極接地（共集）電路。對于振蕩電路選擇共集組態(tài)主要考慮電容的改變來調(diào)節(jié)頻率，因為變?nèi)荻O管加反向偏置電壓和調(diào)制電壓，需要有公共接地點，通常選用共基電路在電路連接上比較方便，晶體管的靜態(tài)工作點由決定。即</p><p>　　綜上所述，可以取振蕩器的靜態(tài)工作點=1.4，，設(shè)三極管60。

21、得</p><p>　　為了提高電路的穩(wěn)定性，的值可適當增大，取=，則。</p><p>　　所以 </p><p><b>　　若取流過的電流</b></p><p><b>　　0.23</b></p><p>　　則

22、 </p><p>　　所以 </p><p>　　即 </p><p>　　振蕩器的靜態(tài)工作電流通常選在（1~4）mA，偏大可使輸出電壓幅度增加，但波形失真加重。頻率穩(wěn)定度差，過小會使較小，起振困難。 </

23、p><p>　　諧振頻率的計算，，為總電容，如果選擇遠大于，遠大于，則。根據(jù)題目要求振蕩器振蕩頻率變化范圍=2~4MHz，所以取uH，pF，變化范圍是5~30pF.。</p><p><b>　　1.2 頻率穩(wěn)定性</b></p><p>　　頻率穩(wěn)定度a頻率穩(wěn)定度發(fā)信機的每個波道都有一個標稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。工作頻率的穩(wěn)定度取決于發(fā)

24、信本振源的頻率穩(wěn)定度。設(shè)實際工作頻率與標稱工作頻率的最大偏差值為Δf，則頻率穩(wěn)定度的定義為 頻率穩(wěn)定度式中為K為頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　穩(wěn)頻措施為一是減少外界因素的變化。二是合理選擇元器件。例如，選擇fT高且性能穩(wěn)定可靠的振蕩管，不但有利于起振（因在振蕩頻率上β較高），而且由于極間電容小，相移小，使振蕩頻率更接近回路的固有諧振頻率，有利于提高頻率穩(wěn)定度；選擇溫度系數(shù)小、Q值高的回路電感L（如在高頻瓷骨架

25、上用燒滲銀法制成的電感）和電容C，一方面使L和C在溫度改變時變化很小，振蕩頻率的變化也很小，另一方面由于Q值高，其頻率穩(wěn)定度也高；采用貼片元器件，可減小分布參數(shù)的影響，有利于振蕩頻率的穩(wěn)定。</p><p>　　電路的相位特性應(yīng)該滿足這樣的條件：由某一頻率變化所引起的相位變化，兩個變化量的符號必須相反，才能使頻率趨于穩(wěn)定。用數(shù)學(xué)表示為</p><p>　　寫成偏導(dǎo)數(shù)形式，則為</p&

26、gt;<p><b>　　1.3振幅穩(wěn)定性</b></p><p>　　在分析振蕩的產(chǎn)生過程中了解到：如果電路的環(huán)反饋系數(shù)AB>1，振幅增大，如果AB<1，振幅會衰減；若AB=1，則振幅維持不變。因此，當電路中出現(xiàn)增幅現(xiàn)象時，必定滿足振幅條件下的AB>1。要使振幅不繼續(xù)增大而趨于穩(wěn)定，必須使電路的AB值隨振幅的增大而減小，自動調(diào)整到AB=1。與此相反，當電路中

27、出現(xiàn)減幅現(xiàn)象時，必定滿足在該振幅條件下的AB<1。要使振幅不繼續(xù)減小下去，必須使電路的AB值能隨振幅的減小而增大，自動調(diào)整到AB=1。這就是說，欲使振蕩器的振幅在發(fā)生某種變化時能自動趨于穩(wěn)定，電路的反饋系數(shù)AB應(yīng)具有下述特性：振幅變化使AB值隨之變化，AB變化再次造成的振幅變化應(yīng)與原振幅變化相反。如果用數(shù)學(xué)式子表示既</p><p><b>　　=負值</b></p>&

28、lt;p><b>　　寫成偏導(dǎo)數(shù)的形式為</b></p><p>　　2.高頻功率放大器的設(shè)計</p><p>　　高頻功率放大器電路如圖3所示 </p><p>　　圖3 高頻功率放大器電路圖</p><p>　　2.1 確定放大器的工作狀態(tài)</p><p>　　圖中的作用是

29、得到基極偏壓，是直流供電電源的高頻旁路電容，用來使有用信號在供電電源兩端產(chǎn)生的電壓忽略不計。為了獲得較高的效率和最大的輸出功率，選丙類放大器的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，，所以，。</p><p><b>　　集電極輸出功率</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　所以諧振電阻<

30、;/b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　集電極基波電流振幅</b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　集電極電流脈沖最大值</p><p><b>　　；</b>

31、</p><p><b>　　直流分量</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　直流功率</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　總效率</b&

32、gt;</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　計算線圈砸數(shù)比</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　根據(jù)上面所得數(shù)據(jù)選擇可調(diào)式耦合線圈，把初級線圈電感設(shè)置為10uH，通過調(diào)節(jié)初級回路中的電容值以到達諧振頻率，并且設(shè)置

33、初級與次級線圈匝數(shù)比為1.47:1。</p><p>　　五、實驗電路性能的測試</p><p>　　1.振蕩器振蕩頻率為2MHz</p><p>　　正弦波振蕩器的仿真電路圖4所示 </p><p>　　圖4 正弦波振蕩器仿真電路圖</p><p>　　振蕩器振蕩頻率為2MHz時的示波器仿真圖形和頻率計示數(shù)分

34、別如圖5和圖6所示</p><p>　　圖5 振蕩器仿真波形圖</p><p><b>　　圖6 頻率計示數(shù)</b></p><p>　　因為儀器本身原因和計算的誤差，所以調(diào)節(jié)可變電容不能準確使諧振頻率達到4MHz。</p><p>　　2.振蕩器振蕩頻率為4MHz</p><p>　　同理可得振

35、蕩器振蕩頻率為4MHz時的示波器圖形和頻率計示數(shù)。</p><p>　　因為儀器本身原因和計算的誤差，所以調(diào)節(jié)可變電容不能準確使諧振頻率達到4MHz。</p><p>　　3.高頻功率放大器電路</p><p>　　當高頻功率放大器的輸入信號是振蕩器輸出4MHz的正弦波時，通過調(diào)節(jié)的大小，使LC回路達到諧振狀態(tài)。高頻功率放大器仿真電路圖如圖7所示。</p>

36、;<p>　　圖7 高頻功率放大器仿真電路圖</p><p><b>　　輸出功率</b></p><p>　　測量高頻功率放大器耦合輸出電壓為182</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　所以 </p><p>

37、<b>　　滿足任務(wù)要求。</b></p><p><b>　　六、結(jié)論及分析</b></p><p>　　經(jīng)過對該課題的通過該實驗電路最后得到振蕩器諧振頻率范圍f0=2~4MHz并且是可調(diào)的， 高頻功率放大器輸出功率P500mW，效率70%。</p><p>　　這次設(shè)計的電路，主要由正弦波振蕩器和高頻功率放大器兩部分構(gòu)

38、成。用到了許多以前所學(xué)的和本學(xué)期所學(xué)習(xí)的知識，綜合性比較強。</p><p>　　由于實驗儀器等原因，造成實驗結(jié)果存在一定誤差，但通過對比課程設(shè)計的要求，本次課程設(shè)計基本上達到了任務(wù)要求。</p><p>　　七、課程設(shè)計小結(jié)及體會</p><p>　　在這次課程設(shè)計的過程中遇到了不少問題，首先就是對高頻教材中提到的相關(guān)元件的概念、作用、以及參數(shù)等記得不是太清楚，在

39、做本次課程設(shè)計之前，我又重新翻看教材，鞏固了以前所學(xué)的大部分高頻電路基礎(chǔ)和模擬電子線路方面的知識。</p><p>　　在設(shè)計過程中，遇到了很多不懂得知識，通過同學(xué)的相互幫忙以及上網(wǎng)搜索以及對高頻電子線路課本的學(xué)習(xí)，最終完成了本次課程設(shè)計。由于對仿真軟件不太了解，缺乏操作技能，在仿真過程中也遇到了很大的問題，比如在開始使用仿真軟件時找不到設(shè)計相關(guān)元器件等。</p><p>　　本次課程設(shè)計

40、對本專業(yè)知識的運用進行了全方面的考核與檢測，經(jīng)過本次課設(shè)認識到了自身的不足，同時更加強了學(xué)習(xí)專業(yè)知識的決心，以及對以后從事電子方面的信心。</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1] 謝沅清、鄧鋼. 通信電子線路. [M]北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[2] 李秀人. 電子技術(shù)實訓(xùn)指導(dǎo).

41、[M]北京:國防工業(yè)出版社,2006</p><p>　　[3] 鈴木雅臣. 晶體管電路設(shè)計. [M]北京:科學(xué)出版社,2004</p><p>　　[4] 張肅文. 高頻電子線路（第四版）. 北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[5] 高吉祥、易凡、丁文霞. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><