高频调集型振荡器电路设计.doc

辽 宁 工 业 大 学
高频电子线路课程设计（论文）

题目： 调集型振荡器电路设计

院 （系）：电子与信息工程学院
专业班级： 通信 072
学 号： 070305057
学生姓名： 刘 畅
指导教师： 于 玲
教师职称： 讲师
起止时间：2010.7.3—2010.7.11

课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电子与信息工程学院 教研室：通信教研室
学 号
070305057
学生姓名
刘畅
专业班级
通信072
课程设计（论文）题目
调集型振荡器电路设计
课程设计（论文）任务

设计内容：1．设计电路。
2．进行参数分析。
3．分析其工作原理。
4．分析其振荡频率。
设计参数：自定
设计要求：
1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2 .确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

指导教师评语及成绩

平时成绩 答辩成绩 论文成绩
总成绩：
指导教师签字：

年 月 日

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）
目 录
第1章 调集型振荡器电路设计方案论证 1
1.1调集型振荡器的应用意义 1
1.2调集型震荡器设计的要求及技术指标 1
1.3设计方案论证 1
1.4总体设计方案框图及分析 2
第2章 调集型振荡器整体电路设计 3
2.1整体电路图及工作原理 3
2.2电路参数计算 4
2.3整机电路性能分析 7
第3章 设计总结 9
参考文献 10
附录：器件清单

第1章 调集型振荡器电路设计方案论证
1.1调集型振荡器的应用意义
振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能抓换为交流电能的装置。凡是能完成这一目的的装置都可以作为振荡器。用电子管、晶体管等器件与L、C、R等元件组成的振荡器则完全取代了以往所有产生振荡的方法，振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式接收机的主要部分。
调集型震荡器是众多振荡器中的一种，而且电路简单、应用方便、灵活性大，它能够产生正弦波，各种电子测试仪器如信号发生器、数字式频率计等，其核心部分都离不开正弦波振荡器，它们均可以由调集型震荡器来完成。
1.2调集型震荡器设计的要求及技术指标
设计要求：
1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。
2 .确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。
3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。
4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。
技术指标：
1.振荡频率
2.振荡频率稳定度
3.振荡幅度
4振荡波形
1.3设计方案论证
根据振荡器电路组成的不同，可分为以下三种。
1） 共基调集型：晶体管基极交流接地，选频网络接于集电极电路。
2） 共射调基型：晶体管发射极交流接地，选频网络接于基极电路。
3） 共基调射型：晶体管基极交流接地，选频网络接于发射极电路。
所以调集型振荡器属于共基调集型。
电路主要由放大器、反馈网络构成，放大器可由晶体管电路既三极管来完成，由LC回路为振荡电路，又与L1,M等组成晶体管的正反馈电路，完成控制作用。
电路组成简单，成本低廉，制作容易，功能稳定，元件应用较少便能完成振荡功能输出稳定振幅。所以此方法可行性高。

1.4总体设计方案框图及分析
总体方案框图：

放大器A（s）

Us(s) Ui（s） Uo(s)

Uf（s）
反馈网络F(s)

分析：
1.构成一个振荡器必须具备下列三个条件：
1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接受能量。释放和接受能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。
2）一个能量来源，可以补充有振荡回路电阻产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这能量源就是电源Vcc。
3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，一维持等幅振荡。

第2章 调集型振荡器整体电路设计
2.1整体电路图及工作原理

调集型震荡器实际电路
1.电路图分析
图中的LC回路既是振荡电路，又与L1,M等组成晶体管的正反馈电路，完成控制作用。因而本电路满足上述的三个条件。Rb1、Rb2与Re分别为基极偏置和发射极偏置电阻，Cb与Ce为旁路与隔直电容。
2.由实际电路图可以得到调集型振荡器的h参数等效电路，如下
（图中r为回路损耗电阻，将电流源hfbie与内阻hob并联改为等效电压源(hfbie)(1/hoe)与内阻1/hob串联，并假定通过1/hob的电流为i）
2.2电路参数计算
1）震荡角频率
由图可列出下列方程组：

由上列方程组消去i、ic、Vc,可得：

式中，

可以看出是由于互感M与晶体管的正反馈作用所产生的负电阻成分，显然，M与hfb越大，越容易起振。
得到的振荡角频率为
当r很小时

应当指出，用这种近似的方法只能解决起始振荡条件和震荡频率的问题，不能决定稳定振幅的大小。由此种方法确定的稳定振幅完全取决于起始条件。如果震荡器所得到的第一次冲击非常有力，那么震荡幅度也会很大；假如第一次冲击很微弱，那么震荡幅度也就很小。事实上，振荡器稳定振幅值完全与起始条件无关，要决定稳定振幅的大小，就必须由振荡器的非线性理论出发，课本并未提及。概略说来振荡器的振荡频率主要取决于储能回路参数；震荡振幅则主要取决于电路中大的非线性元件，不论初始条件冲击强还是弱，最终都要达到某一稳定振幅值。
2）起振条件
由电路中的瞬变现象来决定起始振荡所需满足的条件
假设电路在三极管基极前断开。当输入信号为+Vi时，输出电压为+Vo(-Vc)，在经由反馈网络输出的反馈电压为Vf。若Vf与Vi的振幅和相位完全相同，那么如果将基极接通，撤去外加信号Vi,而以Vf代替它，放大器将继续维持工作。由此可见没有外加信号它变成了振荡器。
由图可知
， 产生振荡时，Vf应等于Vi。
因此震荡条件为
反馈系数 或
3)振荡的稳定条件
由于放大器的放大倍数随着振幅的增大而下降，如果电路只是刚好满足起振条件，那么经放大、选频后的信号仍然只能维持在很低的电平上。这样，具有频率为的信号虽然存在，但却淹没在同样电平的噪声中，而得不到所需要的一定强度的振荡输出，因此，要维持一定振幅的振荡，反馈系数F就应该设计得比起振条件中的F大一些。一般取F=~~。这样就可以使得>1的情况下起振，而后随着振幅的增强就向过渡。直到振幅增大到某一程度。出现时，起振就达到了平衡状态。
因此，振荡器的平衡条件为
4） 频率稳定度
振荡器的频率稳定度是极其重要的技术指标。因为通信设备、电子测量仪器等的频率是否稳定，取决于这些设备中的主振器的频率稳定度。通信系统的频率不稳，就会影响通信的可靠性，测量仪器的频率不稳，就会引发测量误差。
已知调集型振荡器的振荡频率为

影响震荡频率有如下三要素：
(1) 振荡回路参数L与C
若回路损耗电阻r很小，则振荡频率可近似的用回路固有频率来表示，即

(2)回路电阻r r是由振荡器负载决定的。负载重时，r大；负载轻时，r小。r越小，回路Q值越小，频率稳定度越高。
（3）有源器件的参数 为维持晶体管参数不变，应采用稳压电源和恒温措施。

2.3整机电路性能分析
EWB仿真图（1）

EWB仿真（2）

有仿真图可知，此电路图能够很好的产生震荡波形。

第3章 设计总结
紧张而又繁忙的高频电子线路课程设计已经完成了，这周的课程设计，使我受益匪浅。这次课设，使我真正意思到自己对高频电子线路相关知识的缺乏以及动手能力的缺欠。没有实践，再好的理论也只是空话。正所谓，实践是检验真理的唯一标准。
课程设计最重要的一个方面就是要认真；其次就是要耐心，勇于克服困难，不断解决问题，迎难而上；再次就是要有清晰的思路，能够理清各个器件之间的联系，明确各器件的功能；最后还要和同学多多交流，多问老师，参考书籍。通过这次课程设计，我了解并发现了许多设计电路的方法，而且懂得了如何处理错误。拥有足够的耐力和信心，对课程设计每一步的顺利进行极其重要。
从设计开始到现在，我学到了很多东西，不仅可以巩固以前学过的知识，而且学到了许多在课本上没有学过的东西。通过这次课设我懂得了把所学的理论与实际结合起来，只有理论知识远远不够，只有做到结合实际才能真正的提高自己的动手能力和独立思考的能力。
感谢牛老师为我们进行耐心的讲解，对我而言，这次的课程设计中，我在知识上的收获很重要，在实践能力上的收获也不少，学到了许多关于振荡器的知识，这次的课程设计将为我今后的学习与工作打下坚实的基础。

参考文献
[1]张肃文.非线性震荡引论.北京：高等教育出版社，1983
[2] A.A.安德罗诺夫等.振动理论(上﹑下册).北京:科学出版社,1981
[3] H.M.卡普钦斯基.无线电技术的振荡理论方法.北京:科学出版社,1964
[4]张肃文.高频电子线路.北京:高等教育出版社,2004.11
[5]荆震.高稳定晶体振荡器.北京:国防工业出版社,1975

附录：器件清单
器件名称
个数（个）
电阻
2
1电阻
1
三极管
1
100电容
2
1电容
1
变压器
1
12直流稳压电源
1

11