電感三點式振蕩器課程設計論文

1、<p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　正文3</b></p><p>　　1 設計目的及任務要求3</p><p>　　1.1設計的目的和意義3</p><p>　　1.2設計要求及相關參數(shù)3</p><p><b>　

2、　1.3軟件介紹3</b></p><p><b>　　2理論基礎4</b></p><p><b>　　2.1振蕩器4</b></p><p>　　2.2三點式振蕩器4</p><p>　　2.3電感三點式（哈特萊）振蕩器5</p><p>　　2.4

3、原電路的工作原理7</p><p><b>　　3電路設計7</b></p><p>　　3.1設計電路的組成7</p><p>　　3.1.1電感振蕩部分參數(shù)分析8</p><p>　　3.1.2輸出緩沖級部分9</p><p>　　3.2整體電路圖9</p><

4、p>　　3.3 仿真結果10</p><p>　　3.4結果分析15</p><p>　　3.4.1 誤差說明15</p><p>　　3.5參數(shù)說明16</p><p><b>　　總結17</b></p><p><b>　　致謝17</b></p

5、><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　振蕩器是用來產(chǎn)生重復電子訊號（通常是正弦波或方波）的電子元件。其構成的電路叫振蕩電路，能將直流信號轉換為具有一定頻率的交流電信號輸出。振蕩器的種類很多，按振蕩激勵方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結構可分為阻容振蕩

6、器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學研究等方面。</p><p>　　三點式振蕩器是指LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而組成的一種振蕩器。 三點式振蕩器電路用電容耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點, 是一種廣泛應用的振蕩電路, 其工作頻率可達到幾百兆赫。本次課程設計將圍繞高頻電感

7、三點式正弦波振蕩器進行具有具體功能的振蕩器的參數(shù)分析及仿真模型。</p><p><b>　　正文</b></p><p>　　1 設計目的及任務要求</p><p>　　1.1設計的目的和意義</p><p>　　培養(yǎng)較為扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；加深對電路形式的選擇的了解；提高高頻電子電路的基本設計能

8、力及基本調試能力；強化使用實驗儀器進行電路的調試檢測能力。熟練運用Multisim 10 File軟件對電子電路的仿真模型，深層次了解電子電路的工作情況。</p><p>　　1.2設計要求及相關參數(shù)</p><p>　　1、采用晶體三極管或集成電路、場效應管構成高頻電感三點式正弦波振蕩器；</p><p>　　2、額定電源電壓5.0V ，電流1～3mA；</

9、p><p>　　輸出頻率 8 MHz （頻率具較大的變化范圍）；</p><p>　　3、通過跳線可構成發(fā)射極接地、基極接地及集電極接地振蕩器；</p><p>　　4、有緩沖級，在100歐姆負載下，振蕩器輸出電壓≥ 1 V (D-P)；</p><p>　　5、本次課程設計將主要使用Multisim10軟件進行仿真。</p>&l

10、t;p><b>　　1.3軟件介紹</b></p><p>　　本次課程設計將主要使用Multisim10軟件進行仿真。Multisim10是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠

11、快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借Multisim，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。</p><p><b>　　2理論基礎</b></p><p><b>　　2.1振蕩器</b></p><p>　　振蕩器是一種能自動地將直流電源能量轉換為一定波形的交變振蕩信號

12、能量的轉換電路，根據(jù)其結構特點主要分為RC，LC振蕩器和晶體振蕩器。其中采用RC網(wǎng)絡作為選頻移相網(wǎng)絡的振蕩器統(tǒng)稱為RC正弦振蕩器,屬音頻振蕩器；而采用LC振蕩回路作為移相和選頻網(wǎng)絡的正反饋振蕩器稱為LC振蕩器。至于晶體振蕩器，則是使用石英晶體作為主要諧振器件的振蕩器。</p><p>　　在本次課程設計實驗中，我們主要研究的是LC三點式振蕩器中的電感三點式（哈特萊）振蕩器。</p><p>

13、;　　LC振蕩器可以分為如下幾類：</p><p>　　變壓器耦合式：單管LC正弦振蕩器；差分對管LC正弦振蕩器；</p><p>　　三點式：電容三點式(考畢茲)振蕩器；電感三點式(哈特萊)振蕩器 ；</p><p>　　改進三點式：克拉潑振蕩器；西勒振蕩器；</p><p><b>　　2.2三點式振蕩器</b>&l

14、t;/p><p>　　三點式振蕩器是指LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而組成的一種振蕩器。 三點式振蕩器電路用電容耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點, 是一種廣泛應用的振蕩電路, 其工作頻率可達到幾百兆赫。三點式電路圖基本結構如圖3.1</p><p>　　圖2.1 三點式振蕩器基本結構</p><p>　　根據(jù)具體

15、元件選擇與接法的不同又可以分為電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器）與電感三點式（哈特萊振蕩器）兩種，其主要特點如下：</p><p>　　電容三點式：反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形好，接近正弦波。反饋系數(shù)因與回路電容有關，如果用該變回路的方法來調整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。</p><p>　　電感三點式：便于用改變電容的方法來調整振蕩頻率，而不會影響反饋系數(shù)，但是反

16、饋電壓中高次諧波分量比較多，輸出波形差。</p><p>　　2.3電感三點式（哈特萊）振蕩器</p><p>　　電感三點式振蕩電路是指原邊線圈的3個段分別接在晶體管的3個極。又稱為電感反饋式振蕩電路或哈特萊振蕩電路。其典型電路圖與交流等效電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖2.2 電感三點式（哈特萊）振蕩器原電路圖</p><p&g

17、t;　　圖2.3 電感三點式振蕩器交流等效電路</p><p>　　電感三點式電路的特點：</p><p><b>　　1.容易起振</b></p><p>　　2.改變諧振回路的電容C，可方便的調節(jié)振蕩頻率</p><p>　　3.輸出波形較差，不能抑制高次諧波的反饋</p><p>　　2.

18、4原電路的工作原理</p><p>　　電感三點式振蕩器的原理電路如圖2.2所示，圖2.3是其交流等效電路。圖2.2中， Rb1、Rb2和Re為分壓式偏置電阻；Cb和Ce分別為隔直流電容和旁路電容；L1、L2和C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極交流負載。諧振回路的三個端點分別與晶體管的三個電極相連，符合三點式振蕩器的組成原則。由于反饋信號由電感線圈L2取得，故稱為電感反饋三點式振蕩器。</p><

19、p>　　采用與電容三點式振蕩電路相似的方法可求得反饋系數(shù)F的公式如下：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　其中M為L1、L2 的互感系數(shù)。當線圈繞在封閉瓷芯的瓷環(huán)上時，線圈兩部分的藕合系數(shù)接近于1，反饋系數(shù)F近似等于兩線圈的匝數(shù)比，即F=N2/N1。振蕩頻率的近似為</p><p><b>　　(2

20、)</b></p><p>　　以上是對電感三點式振蕩電路的基本分析,由于要考慮到加入負載以后電感三點式振蕩器的一些失真情況，因此引入緩沖級部分來作為負載加以仿真對比。</p><p><b>　　3電路設計</b></p><p>　　3.1設計電路的組成</p><p>　　本次設計的電路主要由電感振蕩電

21、路部分與輸出緩沖級部分構成。電感振蕩電路部分振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡三個部分組成；輸出緩沖級是在電路的輸出端加一射極跟隨器。相關電路見下圖：</p><p>　　圖3.1.1電感振蕩電路部分</p><p>　　圖3.1.2緩沖級部分</p><p>　　3.1.1電感振蕩部分參數(shù)分析</p><p>　　如圖2.5.1所示的

22、電感振蕩電路部分，它由基本放大器、選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡三個部分組成。為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應該等于1，即AF=1，因為在諧振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為C3/C1，所以維持振蕩所需的電壓增益是：</p><p>　　放大網(wǎng)絡：放大網(wǎng)絡就是通過加在基極的直流電壓來控制集電極的電壓輸出。放大網(wǎng)絡對于靠近諧振頻率的信號，有較大的增益，對于遠離諧振頻率的信號，增益迅速下降。</p><p>　

23、　選頻網(wǎng)絡：由電感及電容組成的選頻網(wǎng)絡分為兩類，一類是串聯(lián)諧振回路，另一類是并聯(lián)諧振回路，回路諧振時，電感線圈中的磁能與電能中的磁能周期性的轉換著。電抗元件不消耗外交電動勢能量。外加電動勢只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路中的等幅振蕩。所以在串聯(lián)諧振時，回路中電流達到最大值，并聯(lián)諧振中，負載電壓達到最大值。</p><p>　　正反饋網(wǎng)絡：反饋，指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統(tǒng)功能

24、的過程，即將輸出量通過恰當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程。正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用。正反饋網(wǎng)絡是電感反饋三點式振蕩網(wǎng)絡中比較重要的一個環(huán)節(jié)。</p><p>　　3.1.2輸出緩沖級部分</p><p>　　如圖2.5.2緩沖級部分電路，通過在輸出端加入射極跟隨器電路，從而提高帶負載能力。以滿足設計要求的100歐姆負載

25、。</p><p>　　射極跟隨器輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)略低于1，帶負載能力強，具有較高的電流放大能力，它可以起到阻抗變換和極間隔離的作用，因而可以減小負載對于振蕩回路的影響。</p><p><b>　　3.2整體電路圖</b></p><p>　　整體電路原理圖如下：</p><p>　　圖3.2.1設

26、計后電感三點式整體電路圖</p><p><b>　　3.3 仿真結果</b></p><p>　　根據(jù)有無緩沖級，仿真結果呈現(xiàn)兩種狀態(tài)：</p><p>　　圖3.3.1仿真結果</p><p>　　圖3.3.1為未加入輸出緩沖級時的仿真結果，可以看到輸出波形有一定程度的失真（頂部與底部有微小削平跡象）。</p&

27、gt;<p>　　圖3.3.2仿真結果</p><p>　　圖3.3.2為加入緩沖級之后的仿真結果，可以看出正弦波明顯變得平滑，失真度變小，但頻率未變，基本滿足實驗要求。</p><p>　　圖3.3.3仿真結果</p><p>　　圖3.3.3為增大電容C5后的仿真結果。將電容C5由100nF增大至200nF后，觀察仿真結果可發(fā)現(xiàn)輸出波形振蕩頻率降低

28、，但是波形仍然平滑，接近標準正弦波，無明顯失真；</p><p>　　圖3.3.4仿真結果</p><p>　　圖3.3.4為減小電容后的仿真結果。將電容C5由100nF減小至50nF后，觀察仿真結果可發(fā)現(xiàn)輸出波形振蕩頻率升高，但是波形仍然平滑，接近標準正弦波，同樣無明顯失真。</p><p>　　圖3.3.5仿真結果</p><p>　　從

29、圖3.3.5的仿真圖，可看出振蕩波形的產(chǎn)生了明顯的失真。這說明電感三點式正弦波振蕩器在很高振蕩頻率狀態(tài)下的反饋電壓中高次諧波分量較多，導致輸出波形差。</p><p>　　通過圖3.3.3和圖3.3.4的仿真結果，可說明電感三點式正弦波振蕩器可以用改變電容的方法來調整振蕩頻率，而不會影響反饋系數(shù)。</p><p><b>　　3.4結果分析</b></p>

30、<p>　　3.4.1 誤差說明</p><p>　　原電路在無緩沖級時，即作為傳統(tǒng)哈特萊振蕩電路時也可以產(chǎn)生比較不錯的正弦振蕩波，但是有微小失真，且電壓較高，不符合最終要求。當增加緩沖級即在輸出端加上射極跟隨器之后，振蕩波形振幅降低且失真被稍微修復，證明射極跟隨器輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)低于1，帶負載能力強，具有較高的電流放大能力，可以起到阻抗變換和極間隔離的作用，從而減小負載對于振蕩

31、回路的影響。</p><p>　　之后，改變電容C5的值，由100nF增加至200nF，即電容增大為原來的2倍，發(fā)現(xiàn)振蕩頻率略微降低，大概變?yōu)樵瓉淼?/。而50nF時的振蕩頻率大概為200nF時的2倍，滿足公式。</p><p>　　此外，電容C5增大與減小過程中出現(xiàn)的各種情況也與理論情況接近，故可以認為本次仿真在誤差允許的范圍內是準確的。</p><p><

32、b>　　3.5參數(shù)說明</b></p><p><b>　　總結</b></p><p>　　本次課程設計的題目是高頻電感三點式正弦波振蕩器的設計，主要應用了高頻電子線路三點式振蕩器電路內容。因為高頻的知識本來就不容易懂，所以查找資料和查閱基礎知識，花了很長的時間。這些都應歸咎于自己基礎知識的匱乏。通過查找資料，結合書本中所學的知識，我最終完成了課程

33、設計的內容。把書中所學的理論知識和具體的實踐相結合，有利于我們對課本中所學知識的理解，并加強了我們的動手能力。</p><p>　　這次設計讓我更好地掌握了常用元件的識別和測試，更加深刻地理解了課本知識。在此次做課程設計的過程中，我深深地感受到了自己所學到知識的有限和自身的不足，并且學會了對所找內容的取舍及分析。總之，從中我學習到了如何解決遇到的困難，而且進一步熟悉了晶體管的應用并掌握了其工作原理和具體的使用方法

34、，增強了對實驗的思考能力。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次課程設計歷時兩周，在周圍同學，特別是指導老師的詳細幫助下，圓滿完成。在這里，特別感謝指導老師和同學的幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】 市川裕一 青木勝《高頻電

35、子設計與制作》，科學出版社，2005.9</p><p>　　【2】 胡宴如《高頻電子線路》，高等教育出版社，2008.7</p><p>　　【3】 康華光《電子技術基礎》，高等教育出版社，2000.6</p><p>　　【4】 王志綱《現(xiàn)代電子線路》，清華大學出版社，2003.4</p><p>　　【5】 張肅文《高頻電子線路》，高等