1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名_通信電子電路課程設(shè)計(jì)學(xué)院電子信息學(xué)院專家班級(jí)取得學(xué)位姓名指導(dǎo)教師目錄摘要I1緒論12正弦波振蕩器22.1反饋振蕩器振蕩的原因及其工作原理22.2平衡條件32.3起振條件32.4穩(wěn)定條件4三電感三點(diǎn)式振蕩器53.1三點(diǎn)式振蕩器的構(gòu)成原則53.2感應(yīng)三點(diǎn)式振蕩器53.3振蕩器設(shè)計(jì)的模塊分析64模擬和制作104.1模擬. 104.2分析調(diào)試125須知13=參考文獻(xiàn)14摘要反饋振蕩器是常用的正弦波振蕩器，主要由確定振蕩頻率的頻率選擇網(wǎng)絡(luò)和保持振蕩的正反饋放大器構(gòu)成。 正弦波振蕩器被分成LC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等類型，這取決于采用在頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)中的元件。 介紹了高頻感應(yīng)三

2、點(diǎn)式振蕩器電路的原理和設(shè)計(jì)，但感應(yīng)三點(diǎn)式振蕩器容易振蕩，頻率容易調(diào)整，不影響電容反饋系數(shù)。正弦波振蕩器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備。 例如，各種測(cè)量器件(例如，無線發(fā)射機(jī)的載波信號(hào)源、接收設(shè)備的本地振蕩信號(hào)源、信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)、fT測(cè)量器件的核心部分、自動(dòng)控制環(huán)路等)與正弦波振蕩器分開。 根據(jù)發(fā)生的波形，振蕩器大致分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。 前者產(chǎn)生正弦波，后者產(chǎn)生矩形波、三角波、鋸齒波等。本文利用名為Multisim 11.0的軟件作為電路設(shè)計(jì)的仿真軟件，簡單介紹了由電容電感和其他電子部件組成的高頻電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器。 電路中采用晶體管作為電路放大器，電路的額定電源電壓為5.0 V，

3、電流為13 mA，電路的可輸出頻率為8 MHz (該頻率具有寬的變化范圍)。關(guān)鍵詞：高頻、電感、振蕩器甲類開發(fā)1緒言在現(xiàn)代社會(huì)，信息傳遞的作用越來越重要。 這要求我們改進(jìn)信息的傳遞方法，使信息的傳遞更迅速、更準(zhǔn)確、更安全。 無線通信的發(fā)展，信息加密技術(shù)的改進(jìn)這些便于迅速準(zhǔn)確的通信。 不用說，無線電技術(shù)帶來了信息交換的巨大變革。本課程的設(shè)計(jì)著眼于無線通信基礎(chǔ)電路LC正弦波振蕩器的分析和研究。 對(duì)感應(yīng)反饋式三端子振蕩器進(jìn)行分析、探討。 為了得到對(duì)實(shí)際應(yīng)用電路有用的結(jié)論。 在課程設(shè)計(jì)中，使用的模擬軟件是multisim11.0。 該軟件提供了強(qiáng)大的電子模擬設(shè)計(jì)界面和方便的電路圖和文件管理功能。 可以

4、讓使用者全面收集電路相關(guān)的數(shù)據(jù)，有助于電路的改善。常用正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的頻率選擇網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器構(gòu)成，其為反饋振蕩器。 正弦波振蕩器被分成LC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器等類型，這取決于采用在頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)中的元件。 其中，LC振蕩器和水晶振蕩器被用于產(chǎn)生高頻正弦波。 正反饋放大器可以由晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等個(gè)別元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成。LC振蕩器除互感耦合反饋型振蕩器外，基本上有三端子式(也稱為三點(diǎn)式)振蕩器。 三點(diǎn)式振蕩器有電容器三點(diǎn)式振蕩器和電感三點(diǎn)式振蕩器這種基本的類型。 本文介紹的是感應(yīng)三點(diǎn)式振蕩器。雙正弦波振蕩器振蕩器是將直流電源的能量自動(dòng)地轉(zhuǎn)換為

5、一定波形的交替振蕩信號(hào)的能量的轉(zhuǎn)換電路。 與放大器的不同：無需施加激勵(lì)信號(hào)，就能產(chǎn)生具有一定頻率、波形、振幅的交流信號(hào)。 由晶體管等有源器件和具有某個(gè)選擇頻率能力的無源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。正弦波振蕩器根據(jù)工作原理可以分為反饋式振蕩器和負(fù)電阻式振蕩器兩種。 反饋式振蕩器向放大器電路施加正反饋，正反饋?zhàn)銐虼髸r(shí)，放大器振蕩，成為振蕩器。 發(fā)生振蕩是指此時(shí)放大器不需要施加激勵(lì)信號(hào)，用自己的正反饋信號(hào)施加激勵(lì)信號(hào)而起作用。 負(fù)電阻式振蕩器將顯示負(fù)電阻特性的有源元件直接與諧振電路連接，產(chǎn)生振動(dòng)。2.1反饋振蕩器振蕩的原因及其工作原理反饋型振蕩器是用正反饋耦合方式實(shí)現(xiàn)等幅正弦振動(dòng)的電路。 該電路由兩部分組成，一個(gè)是放

6、大電路，兩個(gè)是反饋網(wǎng)絡(luò)。 圖2.1顯示了反饋振蕩器的框圖和對(duì)應(yīng)電路。 如從圖中可以看出，當(dāng)開關(guān)s處于第一位置時(shí)，向放大器的輸入施加具有一定頻率和幅度的正弦波信號(hào)。當(dāng)該信號(hào)被放大器放大時(shí)，在輸出側(cè)產(chǎn)生輸出信號(hào)，輸出信號(hào)的大小與經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)在反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出側(cè)獲得的反饋信號(hào)的大小相同此時(shí)，如果去除施加信號(hào)，將開關(guān)從1端子轉(zhuǎn)到2端子，放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，則即使在沒有施加信號(hào)的情況下，輸出端子也維持一定幅度的電壓輸出，可以實(shí)現(xiàn)自振的目的。圖2.1反饋振蕩器的配置網(wǎng)絡(luò)圖為了使振蕩器輸出成為恒定頻率的正弦波，頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)必須包括在圖2.1中所示的閉環(huán)中。 只有頻率選擇網(wǎng)絡(luò)的中心頻率的信號(hào)滿足相同

7、條件，自振，其他頻率的信號(hào)不滿足相同條件，不振蕩。 所選頻率網(wǎng)絡(luò)可與放大器相耦合來配置所選頻率放大器，或者可與所選頻率網(wǎng)絡(luò)相耦合來配置所選頻率反饋網(wǎng)絡(luò)。2.2平衡條件振蕩器的平衡條件是振幅平衡條件和相位平衡條件。 在平衡狀態(tài)下，由電源提供的能量正好抵消了整個(gè)環(huán)路損耗的能量，平衡時(shí)的輸出幅度不變：幅度平衡條件確定振蕩器的輸出信號(hào)幅度的大?。涵h(huán)路只能在特定頻率滿足相位平衡條件：相位平衡條件確定振蕩器的輸出信號(hào)頻率的幅度。2.3諧振條件振蕩器在實(shí)際應(yīng)用中不應(yīng)該施加信號(hào)，一施加電就應(yīng)該發(fā)出輸出的振動(dòng)的第一源是振蕩器接通電源時(shí)不可避免地存在的電擊和各種熱噪聲。 振蕩開始時(shí)激勵(lì)信號(hào)弱，為了在振蕩中增加輸出

8、振幅，必須使反饋信號(hào)大于輸入到放大器的信號(hào)，即，在振蕩開始時(shí)進(jìn)行放大來進(jìn)行振蕩。被稱為自激振蕩的振蕩條件是分別稱為起振的振幅條件和相位條件，其中起振的相位條件為正反饋條件。 22.4穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件可分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。(1)振幅穩(wěn)定條件為了穩(wěn)定幅度，振蕩器必須具有阻止在平衡點(diǎn)處幅度變化的能力。 具體地說，在平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)定的要素增大振幅時(shí)，環(huán)增益變小，振幅變小。(2)相位穩(wěn)定條件振蕩器的相位平衡條件是T(0)=2n。 振蕩器工作時(shí)，不穩(wěn)定的因素可能破壞平衡條件。 例如，電源電壓的變動(dòng)和工作點(diǎn)的變化使晶體管內(nèi)部的電容參數(shù)變化，引起相位的變化，有可能產(chǎn)生偏移量。由于瞬時(shí)角

9、頻率是瞬時(shí)相位的導(dǎo)數(shù)，所以瞬時(shí)角頻率也發(fā)生變化。 為了確保相位穩(wěn)定，振蕩器的相位頻率特性需要阻止在振蕩頻率點(diǎn)上的相位變化的能力。 具體地說，在平衡點(diǎn)=0附近不穩(wěn)定的要素使瞬時(shí)角頻率增大的情況下，相位頻率特性T(0 )產(chǎn)生一個(gè)-，產(chǎn)生一個(gè)-，從而減少瞬時(shí)角頻率。 3三感應(yīng)三點(diǎn)式振蕩器3.1三點(diǎn)式振蕩器的構(gòu)成原則基本電路一般是三端子式(也稱為三點(diǎn)式)振蕩器，是將LC電路的三端子和晶體管的三電極分別連接的電路，如圖3.1所示。 X1、X2、X3三個(gè)電抗元件構(gòu)成了決定振蕩頻率的并聯(lián)諧振電路，同時(shí)構(gòu)成了正反饋所需的反饋網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)諧振電路的性質(zhì)的不同，諧振時(shí)電路必須是純電阻性的3個(gè)電抗元件不能同時(shí)為電感或

10、電容阻抗，是必須的由兩種性質(zhì)的電抗元件構(gòu)成。三端子式振蕩器能否振蕩的原則： (1)X1和X2的電抗性相同；(2)X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反。 即射同馀異、源同馀異。3.2感應(yīng)三點(diǎn)式振蕩器X1和X2是電感性的，X3是電容性的，滿足三端子振蕩器的構(gòu)成原則，反饋網(wǎng)絡(luò)由電感元件構(gòu)成，也被稱為電感反饋振蕩器，也稱為心形振蕩器。圖3.2是兩種基本三端子式振蕩器(a )的電容反饋振蕩器，(b )感應(yīng)反饋振蕩器上圖是電感反饋振蕩器電路(a )實(shí)電路，(b )交流等效電路(c )高頻等效電路在電感反饋振蕩器中，電感通常纏繞在同一芯線圈骨架上，它們之間存在互感，并由m表示。 與電容反饋振蕩器的分析一樣，振蕩器

11、的振蕩頻率可以用電路的諧振頻率來近似，公式中的l是電路的總電感，在相位平衡條件下進(jìn)行分析，振蕩器的振蕩頻率公式式中的gl與電容反饋振蕩器相同，表示除了晶體管以外的電路的所有電導(dǎo)換算成CE兩端的總電導(dǎo)。 振蕩頻率的近似用電路的諧振頻率來表示時(shí)，其偏差變小，線圈耦合越強(qiáng)，偏差就越小。 4感應(yīng)反饋式三端子振蕩器的優(yōu)點(diǎn)(1)容易振蕩(2)容易調(diào)整頻率，使電容變化而不影響反饋系數(shù)。 缺點(diǎn)(1)振蕩波形不好，諧波反饋強(qiáng)，波形失真大。 (2)不適合高頻率工作。3.3振蕩器設(shè)計(jì)的模塊分析如圖所示，是設(shè)計(jì)的最初模塊，也是本次設(shè)計(jì)的主要模塊振蕩電路模塊。圖2是振蕩電路模塊電路圖與之前的振蕩器電路的分析同樣，圖3.

12、2的R1、R2、R3是電路的偏置電阻，C1、C2分別是旁路電容器和直流切斷電容器，C1、L1、L2的連接方式也遵循電感三點(diǎn)式振蕩器的原則，所以電路整體構(gòu)成了設(shè)計(jì)所需要的振蕩電路由振蕩器原理可以理解，振蕩器實(shí)際上是具有反饋的非線性系統(tǒng)，精確的計(jì)算困難，并且也不需要。 因此，振蕩器的設(shè)計(jì)通常需要考慮和估計(jì)幾種設(shè)計(jì)，選擇合理的線路和工作點(diǎn)，確定零件的參數(shù)值，并在調(diào)整中確定工作狀態(tài)和零件的準(zhǔn)確數(shù)值。 在設(shè)計(jì)時(shí)，一般需要考慮幾個(gè)問題晶體管的選擇為了穩(wěn)定頻率，應(yīng)該選擇高晶體管，這種晶體管的內(nèi)部相移很小。 通常選擇(310 )。 希望增大電流放大率，容易振蕩，減小晶體管和電路之間的耦合。 振蕩器的晶體管輸出

13、多少功率并不要求，但考慮到穩(wěn)定頻率等，晶體管的額定功率也十分充裕。因此，在這次的設(shè)計(jì)中，選擇2N2222作為振蕩電路的晶體管。 該晶體管的集電極電流的最大值為800mA，25下功率為0.5W，最大集電極電壓為30V，足以滿足本次設(shè)計(jì)各方面的要求。2 .直流供電線的選定由于振蕩器的振蕩幅度條件，振蕩工作點(diǎn)必須設(shè)置在線性放大區(qū)的頻率穩(wěn)定，穩(wěn)定狀態(tài)在當(dāng)前區(qū)域，不是飽和區(qū)域，而是電路的有負(fù)載質(zhì)量系數(shù)降低。 因此，通常把晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū)域，電路必須采用自偏置。 在小功率晶體管的情況下，集電極電流約為14mA。3振蕩電路元件的選定由于穩(wěn)頻，振蕩電路中電容器c必須盡可能地大，但是c太大，對(duì)頻

14、帶的動(dòng)作不利，因此在前頁的圖3.2中，將各電容器選定為0.1uF可以滿足電路的設(shè)計(jì)要求。 另外，電感l(wèi)也必須盡可能地大，但l大時(shí)，體積大，分布電容大，l過小，電路的質(zhì)量系數(shù)過小，應(yīng)該合理地選擇l的大小。 根據(jù)這次設(shè)計(jì)的要求，輸出頻率為8MHz，根據(jù)計(jì)算式(式中L=L1 L2 2M，m是L1和L2之間的互感)和反饋系數(shù)的要求，如圖3.2所示，只要選擇L1=2.2uH，L2=0.5uH，就能滿足設(shè)計(jì)的要求。 3.4發(fā)射器從動(dòng)件模塊分析與前面介紹的振蕩電路模塊相比，發(fā)射極跟隨器模塊非常簡單，如圖所示，由一個(gè)反饋電阻和晶體管構(gòu)成。 晶體管對(duì)電路中輸入信號(hào)不太影響，對(duì)電路輸出的振蕩信號(hào)也不太影響放大作用

15、。 其主要功能是構(gòu)成發(fā)射極跟隨器，提高電路的負(fù)載能力。圖發(fā)射器從動(dòng)件模塊電路圖4的模擬和制作4.1模擬在課程設(shè)計(jì)中，使用的模擬軟件是multisim9.0。 該軟件提供了強(qiáng)大的電子模擬設(shè)計(jì)界面和方便的電路圖和文件管理功能。 可以讓使用者全面收集電路相關(guān)的數(shù)據(jù)，有助于電路的改善。模擬電路圖：當(dāng)設(shè)電感器L1和L2的值為0.33UH 0.1UH時(shí)，可以僅以開環(huán)增益A1進(jìn)行振蕩。 如果振蕩頻率f=8MHz，則可獲得=1/，此時(shí)電感C=800PF。為了確保晶體管能正常放大，合理地設(shè)定了靜態(tài)偏置，包括R1=10k、R2=100 k、Vb=R2/(R1 R2 )、Ve=Vb-0.7、Ve=5V、VeVbVc、發(fā)射極電平正偏置、集電極反偏置為了避免高頻信號(hào)干擾直流電源，連接濾波電容器C5來消除影響。由于頻率高，如果在輸出側(cè)直接連接示波器，則振蕩電路的頻率會(huì)受到示波器電容的影響發(fā)生變化。 為了減少示波器對(duì)振蕩電路的影響，接通發(fā)射極跟隨器。旁路電容器C4、C6都為0.1uf，作為隔行掃描來發(fā)揮功能模擬示波器的顯示如下所示：4.2分析調(diào)試從模擬波形可以看出，電感三點(diǎn)式振蕩器有一定的失真，其自身的缺點(diǎn)是其原因。由于晶體管中存在極間電容，所以在感應(yīng)反饋振蕩器中極間電容和電路電感并聯(lián)，頻率高時(shí)極間電容的影響大，電抗的性質(zhì)有可能變化