高频课设报告通信电子线路专业课程设计电容三点式正弦波振荡器.doc

目录一 课程设计目2二 课程设计题目2三 课程设计内容23.1 仿真设计某些23.1.1设计方案选取23.1.2振荡器原理概述33.1.3方案对比与选取53.1.4电路设计方案73.1.5元器件选取93.1.6电路仿真93.1.7元器件清单123.2系统制作和调试133.2.1系统构造133.2.2系统制作153.2.3调试分析16四 课后总结和体会17参照文献17一 课程设计目 高频电子线路课程是电子信息专业继电路理论、电子线路(线性某些)之后必修重要技术基本课，同步也是一门工程性和实践性都很强课程。课程设计是在课程内容学习结束，学生基本掌握了该课程基本理论和办法后，通过完毕特定电子电路设计、安装和调试，培养学生灵活运用所学理论知识分析、解决实际问题能力，具备一定独立进行资料查阅、电路方案设计及组织实验能力。通过设计，进一步培养学生动手能力。二 课程设计题目1、模块电路设计（采用Multisim软件仿真设计电路）1）采用晶体三极管或集成电路，场效应管构成一种正弦波振荡器；2）额定电源电压5.0V ，电流13mA；输出中心频率 6 MHz （具一定变化范畴）；2、高频电路制作、调试 LC高频振荡器制作和调试三 课程设计内容3.1 仿真设计某些3.1.1设计方案选取电容反馈式振荡电路基本电路就是普通所说三端式（又称三点式）振荡器，即LC回路三个端点与晶体管三个电极分别连接而成电路，如图2-0所示。由图可见，除晶体管外尚有三个电抗元件X1、X2、X3，它们构成了决定振荡器频率并联谐振回路，同步构成了正反馈所需网络，为此依照振荡器构成原则，三端式振荡器有两种基本电路，如图2-0所示。图2-0中X1和X2为容性，X3为感性，满足三端式振荡器构成原则，反馈网络是由电容元件完毕，称电容反馈振荡器 图2-1 三端式振荡器基本电路电容反馈式振荡电路设计及原理分析 电路由放大电路、选频网络、正反馈网络构成。总体设计方案框图如下：ViV0选频网络放大电路正反馈网络Vf 图2-2 电容反馈式振荡电路设计框图3.1.2振荡器原理概述不需外加输入信号，便能自行产生输出信号电路称为振荡器。按照产生波形，振荡器可以分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。按照产生振荡工作原理，振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器。所谓反馈式振荡器，就是运用正反馈原理构成振荡器，是当前用最广泛一类振荡器。所谓负阻式振荡器， 就是运用正反馈有负阻特性器件构成振荡器，在这种电路中，负阻所起作用，是将振荡器回路正阻抵消以维持等幅振荡。反馈式振荡电路，有变压器反馈式振荡电路，电感三点式振荡电路，电容三点式振荡电路和石英晶体振荡电路等。 电感三点式振荡器电感线圈对高次谐波呈现高阻抗因此反馈带中高次谐波分量较多输出波形较差。本次设计规定咱们采用是电容三点式振荡电路，由于电容三点式振荡电路有某些缺陷，通过改进，得到了西勒振荡器。振荡器LC回路三个端点与晶体管三个电极分别连接构成电路即为三端式振荡器，其示意图如下图2.1所示：图2.3 普通形式三点式振荡器三点式LC正弦波振荡器构成法则是：与晶体管发射极相连两个电抗元件应为同性质电抗，而与晶体管集电极基极相连电抗元件应与前者性质相反。也就是说上图中、与性质必要相反振荡器才干起振。设：、为纯电抗元件负号表达产生180o相移，与Vbe和Vce间180o相移合成为360o相移，满足正反馈条件。为此，Xce与Xeb必为同名电抗，而Xcb须是Xce与Xeb异名电抗。电容三点式原理示意图如下图2.2所示：图2.4 电容三点式振荡器 由图可见：与发射极连接两个电抗元件为同性质容抗元件C1和C2；与基极和集电极连接为异性质电抗元件L，依照前面所述班别准则为，该电路满足相位条件。其工作过程是：振荡器接通电源后，由于电路中电流从无到有变化 ，将产生脉动信号。振荡器电路中有一种LC谐振回路，具备选频作用，当LC谐振回路固有频率与某一谐振频率相等时，电路发生谐振。虽然脉动信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定限度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器倍数减小，最后达到平衡，此时振荡幅度不在增大。于是使振荡器只有在某一频率时才干满足振荡条件，于是得到单一频率振荡信号输出。该振荡器振荡频率为：反馈系数F为： 若要它产生正弦波，满足F=1/21/8,太小或者太大均不容易起振。一种实际振荡电路，在F拟定后，其振幅增长重要是靠提高振荡管静态电流值。但是如果静态电流值获得太大，振荡管工作范畴容易进入饱和区，输出阻抗减少使振荡波形失真。严重时，甚至使振荡器停振。因此在实用中，静态电流值普通取=0.5mA4mA。电容三点式长处是：1)振荡波形好；2）电路频率稳定度高，工作频率可以做得较高，达到几十赫兹到几百赫兹甚高波段范畴。电路缺陷：若调用C1或C2变化振荡回路工作频率，反馈系数也将变化使振荡器频率稳定度不高。3.1.3方案对比与选取改进型电容三点式分为两种：克拉泼振荡器、西勒振荡器。 克拉泼振荡器：电容三点式改进型“克拉泼振荡器”如下图3.1所示：图3.1 克拉泼振荡器电路电路特点是在共基电容三点式振荡器基本上，用一电容C5，串联于电感L支路上。其作用是增长回路总电容和减小管子与回路间耦合来提高振荡回路原则性。使振荡频率稳定度得到提高。由于C5为可调电容远不大于C1或C2，因此电容串联后等效电容约为C5。电路振荡频率为：与基本电容三点式振荡电路相比，在电感L支路上串联一种电容后有如下特点：振荡频率可变化不会影响反馈系数；振荡幅度比较稳定；电路中C5为可变电容，调节它即可以在一定范畴内调节振荡频率。但是C5不能太小否则会导致停振，因此克拉破振荡器频率覆盖率较小，仅达1.21.4；为此，克拉泼振荡器适合与做固定频率振荡器。西勒振荡器：电容三点式改进型“西勒振荡器”如下图3.2所示：图3.2 西勒振荡器电路电路特点是在克拉泼电路基本上，用一电容C4，并联于电感L两端。作用是保持了晶体管与振荡回路弱耦合，振荡频率稳定度高，调节范畴大。电路振荡频率为：西勒振荡电路有如下特点：1 .振荡幅度比较稳定；2 .振荡频率可以较高；频率覆盖率较大，可达1.61.8，因而在某些短波超、短波通信机，电视接受机中用较多。该电路振幅起振条件： 该电路相位起振条件： 振幅平衡条件： 相位平衡条件： 放大器电路由晶体三极管2N222、滤波电容、高频旁置电容、集电极旁置电阻R1、基极旁置电阻R2、R3、射极旁置电阻R5构成。放大器可选用如电子管、晶体管等，本设计采用晶体三极管2N222作为能量控制放大器。选频网络用来决定振荡频率，本设计采用LC并联谐振回路，由C2、C3、C4、L、C5构成，规定C2，C3C4，C5。反馈网络是将输出信号送回到输入端电容分压式正反馈网络，C3和晶体管构成正反馈。3.1.4电路设计方案电路选取：依照上述对比可知，西勒振荡器接入系数与克拉泼振荡器相似。西勒振荡器频率变化重要通过变化C5完毕，C5变化并不影响接入系数p，因而波段内输出较平稳。而C5变化，频率变化较明显，使得西勒振荡器频率覆盖系数较大。本次课设选取西勒振荡电路作为正弦波发生电路。电路原理图设计：电路原理图如下图4.1所示： 图4.1 改进型电容三点式振荡电路原理图电路构造：图4.1中电路重要由3某些构成：1.起能量放大作用三极管放大器；2.三点式回路构成正反馈网络；3.射极跟随器构成缓冲级。由于西勒振荡器输出阻抗比较大，带负载能力不强，因此有必要加一种缓冲极，来提高电路带负载能力。缓冲极不具备放大作用，只是原倍数将信号输出给下一级。静态工作点设立：合理选取振荡器静态工作点对振荡器起振、工作稳定性和波形质量好坏有着密切关系。普通小功率振荡器静态工作点应选在远离饱和区而接近截至区地方。依照上述原则，普通小功率振荡器集电极电流大概在0.84mA之间选用，故本实验电路中：选取=1.5mA =0.5V ， =40则 为提高电路稳定性值恰当增大，取=1，则=2又 1.5mA*1K=1.5V 取流过Rb2电流为10，则 ，取4可取=5，这样额定电流是2mA,满足任务规定。3.1.5元器件选取回路中电抗元件分为电容C和电感L两某些。普通满足接入系数C2/C3不能过大或者过小，否则不容易起振，普通适当1/81/2。振荡器工作频率为：当LC振荡时，=6MHz L=10H本电路中，回路谐振频率重要由C4和C5决定，即 取C4=30pf,C5为100pf可调电容，由于要遵循C2,C3C4,C5，C2/C3=1/81/2条件，故取C2=120pf，C3=560pf。3.1.6电路仿真在Multisim软件中绘制改进型电容三点式正弦波振荡器电路图，并更改好各元件数值连接好虚拟示波器，如下图4.2所示： 图4.2图4.3 三点式振荡器输出波形如上图4-2所示，得到了正弦波，阐明了电路起振了，并且得到了稳定波形，但是波形有一定失真，是由于噪声，温度等影响。 在西勒振荡器接缓冲级示。图4.4 加载100负载后波形输出和频率上图为通过缓冲器后加载100负载波形输出，大体保持了原有波形，波形失真应与缓冲器关于，单一射极跟随器无法完整保持波形不变。分析可见，缓冲级为射极跟随器，该电路输入阻抗高，可减小放大器从前级所取信号电流；而输出电阻低，可减小负载变动对前级影响。可由图可知加载100负载后输出电压不不大于1V，满足任务需求。且通过调节C5可以变化输出频率，使其输出范畴在6MHz左右变化，满足了设计任务需求。3.1.7元器件清单序号名称型号数量1电阻1K12电阻2K13电阻3K14电阻4K15电阻10016电位器2K、10K、200K各1个7瓷片电容33nF18瓷片电容120pF19瓷片电容560pF110瓷片电容30pF111电解电容10uF/16V112可变电容100pF113电感10uH114三极管2N222223.2系统制作和调试3.2.1系统构造1放大电路选用共基电路共基放大电路与共射放大电路相比，高频特性好，因此，本设计选用共基电路。高频放大和振荡电路选用、系列高频小功率三极管，属硅型。本题中振荡三极管选用，其，。2振荡管静态工作点设计（1）估算电阻、办法普通选，则有、，（2）估算电阻、办法（取）。由于，又，且，因此，。由于，因此，。（3）估算电容办法作基极交流接地，普通应满足，当较大时，取几几十欧姆。3主振回路设计（1）电路形式：采用西勒振荡电路，容易起振、波形好、稳定度,能满足设计规定。（2）估算电容、办法时，；时，。设，则由，得。（）（3）估算电容、办法选、（如果取几十皮法，则、可以取几百皮法至几千皮法），且。4缓冲放大电路设计在振荡管和负载之间，接入一种缓冲放大电路，可选取由固定分压与自给偏压相结合，具备稳定工作点偏置电路射极跟随器。隔离级晶体管也选用三极管。 （1）估算偏置电阻、办法（取）射极跟随器电源电压取值略不不大于最大输出电压与饱和电压之和，考虑到非常小，因此，足够了。设立在（负载线中点）处，能取出最大输出振幅，因此，。因此， ，取流过电流为，则有，。（2）估算高频耦合电容、办法由高频耦合电容形成高通滤波器截至频率应满足：。在输入耦合时，为源电阻与输入电阻之和；在输出耦合时，为输出电阻与负载电阻之和；振荡回路下限频率。若振荡频率选为，可选用。5电源退耦电路设计在电源上并联小容量电容和大容量电容，能在很宽频率范畴内减少电源对地阻抗。小容量电容要配备在电路近邻，减小电容引线长度，减少引线自身阻抗；而大容量电容不存在该问题。3.2.2系统制作 3.2.3调试分析 振荡频率:10.4772MHz-11.4343MHz输出电压：0.6V采用西勒振荡电路，由于西勒振荡器接入系数与克拉泼振荡器相似，由于变化频率重要通过C4完毕，C4变化并不影响接入系数p，因此波段内输出较平稳。并且C4变化，频率变化较明显，故西勒振荡器频率覆盖系数较大，可达1.61.8。四 课后总结和体会对于电路设计过程起初觉得电容三点式振荡器设计比较啰嗦，有静态工作点规定，各电阻、电容值设计，看起来较复杂。日后通过查资料，才理解到先要计算好各电阻值，再依照各电容作用，拟定电容值，画出电路图，慢慢变得简朴。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，一方面电路设计，查阅了不少资料，电容三点式虽然常用，但是要考虑到满足任务书规定，仍费了一番波折；另一方面是电路焊接，在焊完元件后检查了一遍，便开始调试，日后发现焊接过程中有两处线路焊接错误，导致成果没有出来，而一点一点排查过程是比较痛苦。通过这次课程设计，让我对前面路有了更多信心，由于在这个过程中，我学到了不少实用东西，对于高频电子电路有了更深层次掌握，并且提高了独立解决问题能力。虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，进一步熟悉了Multisim软件使用，对建立文献、绘制电路图、对其进行仿真等一系列过程都更加纯熟，并且认真对电路每一某些进行了修正，但最后出来波形还是不很稳定。咱们在学习理论知识同步还要努力培养自己动手操作能力，对于通信工程咱们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己差距，此后会努力提高自己动手操作能力，以求真正领略各种专业知识，为将来工作打下良好基本。参照文献1、高频电子线路 王卫东 电子工业出版社 .32、基于Multisim电子电路计算机仿真设计与分析 黄智伟 电子工业出版社 .73、Multisim 9在电工电子技术中应用 董玉冰 清华大学出版社 .11