资源描述
通信电子线路课程设计
设计汇报
学院： 计算机和信息学院
姓名：
学号：
班级： 通信工程14-2班
指导老师： 刘正琼
目录
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设计课题一 LC正弦波振荡器设计
1. 设计内容和关键技术指标要求
l 设计内容：设计一个LC正弦波振荡器
l 已知条件：Vcc=+12V 三极管9013 负载 RL =1kΩ
l 关键技术指标要求：
谐振频率ƒ0 = 5MHz
频率稳定度≤5×10–4/小时
输出峰峰值Uop-p≥1V
2. 设计方案选择
l 方案选择
电感三点式振荡器
优点：因为和之间有互感存在，所以轻易起振。其次是频率易调（调C）。
缺点：和电三点式振荡器相比，其输出波形差。这是因为反馈支路为感性支路，对高次谐波展现高阻抗，波形失真较大。其次是当工作频率较高时，因为和上分布电容和晶体管极间电容均并联于和两端，这么，反馈系数F随频率改变而改变。工作频率愈高，分布参数影响也愈严重，甚至可能使F减小到满足不了起振条件。所以，优先选择还是电容反馈振荡器。
电容三点式振荡器
优点：高次谐波成份小，输出波形好，其次振荡频率能够做得很高，所以本电路适适用于较高工作频率。
缺点:频率不易调（调L,调整范围小），调或来改变震荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在L两端并上一个可变电容器，并令和为固定电容，则在调整频率时，基础上不会影响反馈系数。
克拉波振荡器
优点：频率可调，ω0=1LC3，调整C3可改变ω0,其次C3改变F不受影响，f0和CieCoe无关，故比较稳定。
缺点：频率不能太高，波段范围不宽，波段覆盖系数通常约为1.2~1.3，波段内输出幅度不平稳，实际中常见于固定频率振荡器。
西勒振荡器
优点：振荡频率能够很高，且在波段内振幅比较稳定，调谐范围比较宽，克拉波电路中是改变C3来调整频率，而C3改变会影响接入系数P,从而可能停振。但西勒电路中，改变C4来调整频率，而C4改变不会影响接入系数P。
最终选择方案
经过对以上多个电路分析，能够看出：
电感三点式振荡器：轻易起振，调频方便，但波形失真较大；
电容三点式振荡器：波形好，频率稳定性好，但调频不方便；
克拉泼振荡器：调频方便但可调范围小；
西勒振荡器：频率稳定性高，振幅稳定，调频方便。
所以，在本设计中拟采取并联改善型西勒电路振荡器。
l 设计电路图
l 工作原理
振荡器是不需外信号激励、本身将直流电能转换为交流电能装置。LC振荡器是一个能量转换器，由晶体管等有源器件和含有选频作用无源网络及反馈网络组成。正弦波振荡器原理框图以下：
放大电路
选频网络
正反馈网络
输出
振荡器原理框图
放大器增益: A=V0/Vi
反馈系数:F=Vf/V0
振幅起振条件:AF>1
相位起振条件:φA+φF=2nπ+
振幅平衡条件:AF=1
相位平衡条件: φA+φF=2nπ+
西勒电路是一个改善型电容反馈振荡器，是在克拉泼电路上改善来，有效改善了克拉泼电路可调范围小缺点。其基础电路图以下：
Rb1、Rb2、Re提供直流偏压；Cb作为耦合电容，直流开路，交流短路；L、C1、C2、C3、C4组成谐振回路，作为晶体管放大器负载阻抗。反馈信号从电容C2两端取得，送回放大器基极b上。C3≪C1,C3≪C2,C4是可调电容，和C3同一数量级，∁∑=11C1'+1C2'+1C3+C4≈C3+C4，振荡频率f0=12πL∁∑=12πL(C3+C4), f0和CieCoe无关，故比较稳定。
3．电路参数计算、元器件选择
l 偏置电阻值计算和选择
偏置电阻决定静态工作点，所以，要先确定振荡器静态工作电流ICQ。通常小功率振荡器静态工作电流ICQ为（1～4）mA，取ICQ=2 mA，在试验室取得三极管β值用万用表测得为237。则：
通常取VE=0.2VCC，试验中VCC=12V,则VE=0.2VCC=0.2×12=2.4V,则Re=VEIE≈VEICQ=2.4V2mA=1.2kΩ；
由Re+RC=VCC-VCEQICQ,通常取VCEQ=VCC2=6V,确定Rc=VCC-VCEQICQ-Re=12-62-1.2=1.8kΩ;
由流过Rb2电流IB2=10IBQ=10ICQ/β,VEQ=ICQ∙Re,确定Rb2=VBQIB2=VEQ+VBEIB2=2.4+0.710×2mA237=3.1V0.08mA=38.75kΩ;
由VBQ=Rb2Rb1+Rb2∙Vcc,确定Rb1=Rb2(VCCVBQ-1)=38.75×123.1-1=111.25kΩ；
综上，Re=1.2kΩ，Rc=1.8kΩ，Rb1=111.25kΩ，Rb2=38.75kΩ
依据以上计算出各电阻值，我选择了最靠近标称电阻值，为了便于调整静态工作点，在实际电路中Rb1用固定值电阻和电位器串联。
实际使用标称电阻值为Re=1.2kΩ，Rc=1.8kΩ，Rb1=100kΩ电位器+51kΩ电阻，Rb2=33kΩ
l 振荡回路元件值计算
依据西勒振荡器原理，C3≪C1,C3≪C2，回路振荡频率f0关键由C3、C4和L决定，即f0=12πL(C3+C4),通常谐振回路电感L和电容∁∑值之间关系为L∁∑=105~106，其中∁∑≈C3+C4。反馈系数,F=C1C1+C2=18~12,为了便于起振，取C1=C2=1000pF,取C3=C4=100pF，由f0=12πL(C3+C4)，得到L=14×π2×f02×(C3+C4)≈5μH。
综上，C1=C2=1000pF，C3=C4=100pF，L=5μH。
实际使用标称值为C1=C2=1000pF，C3=200 pF，C4为可变电容， L=4.7μH。
l 旁路电容值选择
通常应使旁路电容Cb容抗为和其并联电阻值1/20～1/10。不过，当和其并联电阻值较大时，应该使Cb容抗为几十欧姆甚至几欧姆。这里选择标称值Cb=0.01μF。
4. 电路安装和调试
l 关键技术指标测量
静态工作点
电极
射极e
基极b
集电极c
电压值/V
1.93
2.57
8.58
谐振频率f0
试验实际测得谐振频率f0=4.99MHz,靠近于所设计标称频率，满足频率要求。
输出峰峰值Uop-p
在未接负载时，输出峰峰值为4.18V，为减小接入负载影响，和负载串联一15pF电容后和电感并联，接入负载后输出峰峰值有所减小，后调整滑动变阻器取得满足要求输出峰峰值，在示波器上测得其输出峰峰值Uop-p=2.44V>1V,满足幅度要求。
频率稳定度
在一分钟内，用频率计测得实际工作频率最大偏离标称频率数值以下图：
频率稳定度=∆fmaxfc|∆t=|f-fc|maxfc=|4.99783-5|5=4.34×10-4<5×10-4,满足频率稳定度要求。
l 调试中所碰到问题和处理方法(调整电路参数直至满足要求)
问题：在没有接负载情况下，示波器上没有显示出正弦波，没有起振。
处理方法：在设计电路时，计算出上拉电阻值是111.25kΩ，不过在试验室并没有相对应电阻，于是我用100kΩ电阻和10kΩ电阻进行串联，不过输出没有显示出正弦波，说明没有起振，说明可能是没有设置适宜静态工作点，将上拉电阻设为固定值不能够调整静态工作点，于是我将上拉电阻换为51kΩ固定电阻和100kΩ电位器串联，合适调整电位器后，示波器上有了符合要求输出波形。
问题：在接入负载后，振荡器不能够起振，示波器上没有显示正弦波。
处理方法：在没有接入负载时振荡器负载为无穷大，在接入负载后，负载从无穷大减小，电导增大，增益A减小，AF减小，若小于1则停振，在西勒振荡器和负载之间串联一个15pF小电容以后，减小了负载对振荡器影响，振荡器能够起振，合适调整电位器，输出峰峰值满足要求。
附录：LC振荡器定制电路图和PCB图及元件明细表
l LC振荡器定制电路图
l LC振荡器PCB图
l 元件明细表
标志符
元件参数/型号
元件类型
Re
1.2kΩ
电阻
Rc
1.8kΩ
电阻
Rb1
100kΩ
电位器
Rb1
51kΩ
电阻
Rb2
33kΩ
电阻
RL
1kΩ
电阻
C1
1000pF
电容
C2
1000pF
电容
C3
200 pF
电容
C4
>5pF
可变电容
C5
15 pF
电容
Cb
0.01μF
电容
L
4.7μH
电感
T
9013
三极管
设计课题二 AM和DSB调制电路设计
1. 设计内容和关键技术指标要求
l 设计内容：设计一个由MC1496组成调幅器
l 关键技术指标：
载波频率f0=5MHz
载波幅度峰峰值Ucp-p=2.4V
调制信号频率F =1kHz
调制信号幅度峰峰值UΩp-p=1.5V
输出峰峰值Uop-p>0.3V
l 已知条件：Vcc=+12V VEE=-8V MC1496 负载R L=1kΩ
2. 设计方案选择
l 设计电路图
l 工作原理
振幅调制就是使载波信号振幅随调制信号改变规律而改变技术。通常载波信号为高频信号，调制信号为低频信号。设载波信号表示式为vct=Vcmcosωct, 调制信号表示式为vΩt=VΩmcosΩt，则调幅信号表示式为 vo（t）=Vcm1+mcosΩtcosωct=Vcmcosωct+12mVcmcosωc+Ωt+12mVcmcosωc-Ωt,式中，m为调幅系数,m=VΩm/Vcm; Vcmcosωct为载波信号；12mVcmcosωc+Ωt为上边带信号；
12mVcmcosωc-Ωt为下边带信号。它们波形及频谱以下图所表示：
调幅波波形 调幅波频谱
由图可见，调幅波中载波分量占有很大比重，所以，信息传输效率较低，称这种调制为有载波调制。为提升信息传输效率，广泛采取抑制载波双边带或单边带振幅调制。双边带调幅波表示式为v0t=12mVcmcosωc+Ωt+12mVcmcosωc-Ωt=mVcmcosωctcosΩt。
由MC1496组成振幅调制电路以下图所表示：
其中，载波信号vc经高频耦合电容C2从脚输入，C3为高频旁路电容，使脚交流接地；调制信号vΩ经低频耦合电容C1从脚输入，C4为低频旁路电容，使脚交流接地。调幅信号vo从脚单端输出。脚和脚间接入负反馈电阻RE，以扩展调制信号vΩ线性动态范围；RE增大，线性范围增大，但乘法器增益随之减小。
3. 电路参数计算及元器件选择
l 静态偏置电压设置
静态偏置电压设置应确保各个晶体管工作在放大状态，即晶体管集-基间电压应大于或等于2V，小于或等于最大许可工作电压。对于所设计电路，在应用时，静态偏置电压应满足下列关系：
V8=V10 V1=V4 V6=V12
15V≥(V6-V8)≥2V15V≥(V8-V1)≥2.7V15V≥(V1-V5)≥2.7V
电阻R6、R7、R8及 Rc1、Rc2提供静态偏置电压，确保乘法器内部各个晶体管工作在放大状态，所以阻值选择应满足静态偏置电压关系。静态时（），测量器件各引脚电压以下：
引脚
电压/V
6.0
6.0
0.0
0.0
8.6
8.6
-0.7
-0.7
-6.8
0.0
-8.0
R1、R2和电位器RP组成平衡调整电路，改变RP值能够使乘法器实现抑制载波振幅调制或有载波振幅调制。
l 静态偏置电流确实定
静态偏置电流关键由恒流源值确定。当器件为单电源工作时，脚接地，脚经过电阻接正电源（经典值为+12V），因为是镜像电流，所以改变能够调整大小，即
当器件为双电源工作时，脚接负电源（通常接-8V），脚经过电阻接地，所以，改变也能够调整大小，即
MC1496组成振幅调制器电路如设计电路图所表示。采取双电源供电方法，所以脚偏置电阻接地，由上式可计算静态偏置电流
由上式可计算静态偏置电流I5或I0，即
I5=I0=-VEE-0.7VR5+500Ω=1mA
依据MC1496性能参数，器件静态电流应小于4mA。通常取I0≈I5=1mA左右。器件总耗散功率可由下式估算：
PD应小于器件最大许可耗散功率33mA。
4. 电路安装和调试
l 关键技术指标测量
当输出为一般调幅波时
vc频率为5MHz,幅度峰峰值为2.1VvΩ频率为1kHz,幅度峰峰值为1.5V 输出vo峰峰值为500mV>300mV
当输出为双边带调幅波时
vc频率为5MHz,幅度峰峰值为2.1VvΩ频率为1kHz,幅度峰峰值为1.5V 输出vo峰峰值为328mV>300mV
l 调试中所碰到问题和处理方法
问题：电路连接完成后，加入调制信号和载波信号后示波器上没有显示输出
处理方法：一开始认为是电路搭建错了，于是对照参考书将面包板上电路又检验了一遍，不过再三检验也没有发觉连错，后我又检验了各个电阻阻值，又更换了多个元器件，再次连接示波器还是没有输出，然后又用万用表测量了每一个引脚电压值，和书上理论电压值相对照，结果发觉除了脚和脚电压值没有问题以外，其它引脚电压值全部和理论值相差很多，最终怀疑可能是芯片问题，结果换了芯片后示波器上就有了输出，每个引脚电压也全部正确了，输出峰峰值也能够达成指标要求。
附录：AM和DSB调制电路定制电路图和PCB图及元件明细表
l AM和DSB调制电路定制电路图
l AM和DSB调制电路PCB图
l 元件明细表
元件参数
标志符
元件类型
C1
20uF
电解电容
C4
20uF
电解电容
C2
0.1uF
电容
C3
0.1uF
电容
C5
0.1uF
电容
RP
10kΩ
电位器
R1
750Ω
电阻
R2
750Ω
电阻
R3
51Ω
电阻
R4
51Ω
电阻
R5
6.8kΩ
电阻
R6
1kΩ
电阻
R7
51Ω
电阻
R8
1kΩ
电阻
RC1
3.3kΩ
电阻
RC2
3.3kΩ
电阻
Re
1kΩ
电阻
级联调试
1. 设计内容和关键技术指标要求
将第一级电路和第二级电路级联，加入对应调制信号，示波器上输出调幅波（AM或DSB），输出峰峰值均大于0.3V。
2. 设计方案选择
设计电路电路图
3. 电路安装和调试
l 关键技术指标测量
当输出为一般调幅波时
vΩ频率为1kHz,幅度峰峰值为700mV，输出vo峰峰值为316mV>300mV,符合指标要求
当输出为双边带调幅波时
vΩ频率为1kHz,幅度峰峰值为1.5V，调滑动变阻器，输出vo峰峰值为312mV>300mV（vΩ幅度峰峰值仍为700mV时，DSB峰峰值未达成300mV，后增大vΩ幅度峰峰值到1.5V时，DSB峰峰值大于300mV）
l 调试中所碰到问题和处理方法
问题：输出调幅波出现上下不对称波形
处理方法：在同学提议下，我在输出调幅波之前加一个LC滤波电路，由电容电感并联而成，频率为5MHz,实际使用电容电感及其连接以下图所表示：
附录：级联定制电路图和PCB图及元件明细表
l 级联定制电路图
l 级联PCB图
l 元件明细表
标志符
元件参数
元件类型
Re
1.2kΩ
电阻
Rc
1.8kΩ
电阻
Rb1
100kΩ
电位器
Rb1
51kΩ
电阻
Rb2
33kΩ
电阻
RL
1kΩ
电阻
C1
1000pF
电容
C2
1000pF
电容
C3
200 pF
电容
C4
>5pF
可变电容
C5
15 pF
电容
Cb
0.01μF
电容
L
4.7μH
电感
T
9013
三极管
C1
20uF
电解电容
C4
20uF
电解电容
C2
0.1uF
电容
C3
0.1uF
电容
C5
0.1uF
电容
C6
100pF
电容
L
10uH
电感
RP
10kΩ
电位器
R1
750Ω
电阻
R2
750Ω
电阻
R3
51Ω
电阻
R4
51Ω
电阻
R5
6.8kΩ
电阻
R6
1kΩ
电阻
R7
51Ω
电阻
R8
1kΩ
电阻
RC1
3.3kΩ
电阻
RC2
3.3kΩ
电阻
Re
1kΩ
电阻
课程设计收获及心得体会
这次高频课程设计过程还是有些坎坷，不过却也让我收获了很多。尤其是学会了怎样去分析问题和处理问题，更是对之前学书本知识巩固。
在课程设计第一天我们了解了课程设计能够自选设计课题，第一天我确定了我要做课题，电路前一级是LC正弦波振荡器，后一级是调幅波电路，将二者进行级联，第二级电路我参考了谢自美主编电子线路试验指导书，第一级电路我进行了对应参数计算，在计算电阻阻值时需要用到β值用100带入，算出了各个电阻值，不过到了试验室后用万用表测得我三极管实际β值是237，于是我又重新计算了我所需要电阻阻值，在设计电路阻值上进行了对应改动。在设计放大器上拉电阻时，我用了靠近于我计算阻值固定电阻，后发觉这么就不便于调整静态工作点，于是我将上拉电阻换成了固定阻值电阻和一电位器串联，这么电路调试就方便多了，尤其是对于输出峰峰值调试。实际完成电路后，所用元器件和我所计算元器件参数还是有部分差异，尤其是要达成我所设计频率值，这需要不停进行调试，最终才能完成指标要求。
在振荡器接入负载后，可能原来不接负载能够起振电路变得无法起振，以后在老师提醒下，我在负载和振荡器间接了一小电容，电路又能够起振了，问题顺利得到了处理。
在第二级电路搭建完成后，我对第二级电路单独进行了测试，不过示波器上并没有出现调幅波，一开始认为是电路搭建错了，于是对照参考书将面包板上电路又检验了一遍，不过再三检验也没有发觉连错，示波器上仍然没有任何显示，后又怀疑可能是元器件用错了，又用万用表检验了各个电阻阻值，又更换了多个新电阻、电容等，再次连接示波器还是没有输出，最终又在同学提议下用万用表测量了每一个引脚电压值，和书上理论电压值相对照，结果发觉除了脚和脚电压值没有问题以外，其它引脚电压值全部和理论值相差很多，最终怀疑可能是芯片问题，结果换了芯片后示波器上就有了输出，每个引脚电压也全部正确了，输出峰峰值也能够达成指标要求。芯片坏了是确实没有想到，最终万不得已换了芯片，没有想到就出现了调幅波，因为芯片问题花费了很多时间去调试检验，耽搁了很多时间。
这次课程设计让我们愈加好复习巩固并利用了上学期学习通信电子线路知识，在碰到问题时，之前学习高频知识就显得尤为关键，理论联络实际，问题总是能够迎刃而解，在实践中不停学习，在学习中不停进步。
参考文件
1. 谢自美 主编 . 电子线路设计 • 试验 • 测试 （第三版） . 华中科技大学出版社
2. 赵淑范 董鹏中 主编 . 通信电子线路试验和课程设计 . 清华大学出版社
3．阳昌汉 主编 . 高频电子线路 . 哈尔滨工程大学出版社
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