正弦波振荡器制作与调试.doc

《通信专业电子系统课程设计A 》

课程设计报告

题 目： 正弦波振荡器制作与调试
院 （系）：
专业班级：
学生姓名：
学 号：
指导教师：

目 录

一、课程设计目的和要求……………………………………………………………………5
二、课程设计内容要求………………………………………………………………………5
三、课程设计基本原理………………………………………………………………………5
四、课程设计内容……………………………………………………………………………6
4.1 设计与制作过程……………………………………………………………………6
4.2 测试步骤……………………………………………………………………………7
4.3 调测相关波形与数据………………………………………………………………7
五、设计结果分析……………………………………………………………………………9
六、设计过程出现的错误的分析……………………………………………………………10
七、实验总结…………………………………………………………………………………10

正弦波振荡器制作与调试
一、 课程设计目的和要求
目的：通过对正弦波振荡器安装调试
1.掌握三端式振荡电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算 。
2.通过测试掌握晶体管静态工作点、反馈系大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。
3.研究外界条件（温度 、电源电压 、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。
4.比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。
5.掌握变容二极管调频器电路的原理。
6.了解调频器调制特性及测量方法。
要求：能够正确安装和焊接。熟悉正弦波振荡器工作原理与调测方法；安装调测完成后将原理电路的工作过程，测试数据及遇到问题与处理情况、体会等写出实验报告。安装调试是由学生个人独立完成并按要求写出实验报告。
拿到套件后，对照元件清单清点数量，观察外观是否完好；再用万用表对电子元器件进行参数测量检查。安装之前画好布局、布线图，老师审查通过后才能焊接，焊接时，要焊点饱满、光洁，无虚焊、漏焊、错焊；防止焊接点焊锡过多造成元件或电路短路。

二、课程设计内容要求
1.熟悉振荡器模块个元件及其作用。
2.进行LC振荡器波段工作研究。
3.研究LC振荡器和晶体振荡器中静态工作点，反馈系数以及负载对振荡器的影响。
4.测试、分析比较LC振荡器与晶体振荡的频率稳定度。
5.测试变容二极管的静态调制特性。
6.观察调频波形。
7.观察调制信号振幅对频偏的影响。

三、课程设计基本原理
正弦波振荡器包含工作频率为10MHz左右的电容反馈LC三端振荡器和一个10MHz的晶体振荡器，其电路图如图1所示。由拨码开关S2决定是LC振荡器还是晶体振荡器（1拨向ON为LC振荡器，4拨向ON为晶体振荡器）
LC振荡器交流等效电路如图2所示。
由交流等效电路图可知该电路为电容反馈LC三端式振荡器，其反馈系数F＝（C11＋CT3）/CAP，CAP可变为C7、C14、C23、C19其中一个。其中Cj为变容二极管B910，根据所加静态电压对应其静态电容。
若将S2拨向“4”通，则以晶体JT代替电感L，此即为晶体振荡器。
图1中电位器VR2调节静态工作点。拨码开关S4改变反馈电容的大小。S3改变负载电阻的大小。
调频即为载波的瞬时频率受调制信号的控制。其频率的变化量与调制信号成线性关系，常采用变容二极管实现调频。
该调频电路将S2置于“1”为LC振荡电路，从J1处加入调制信号，改变变容二极管反向电压即改变变容二极管的结电容，从而改变振荡器频率，R1,R3和VR1为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压。电路见图1。
图1 正弦波振荡电路
图2 正弦波振荡电路的交流等效电路

四、课程设计内容
4.1设计与制作过程
拿到套件后，我对照元件清单清点数量，再用万用表对电子器件进行参数测量，再按照原理图1布线焊接，焊接时尽量做到焊点饱满、光洁，无虚焊、漏焊、错焊。最终得到了与原理图一致的正弦波振荡器作品，如图3、图4。

图3正弦波振荡器作品（正） 图4正弦波振荡器作品（反）
4.2测试步骤
1.检查电路板是否有虚焊，短路，再次确认元器件是否正确安装，原件参数是否正确。
2.静态工作点调测：
J1处加上12V直流电压，J2接地，S2，S3，S4全部断开，调节VR1使变容二极管负端到地电压为2V，通过调节VR2改变静态工作点，VT2三极管基极电压，参考电压7.4V
3.动态调测：
S2_4接上使晶体接入振荡器电路中，S4_3接上使360P电容接入振荡器电路中，
用无感起子调整CT3，用示波器观测振荡器是否工作。如果不工作排除故障，如果工作调整各相关元件使振荡器输出最大不失真波形。
4.指标要求
输出频率：10MHz，误差小于500Hz即误差小于十万分之五
输出幅度：空载大于500mV

4.3调测相关波形与数据

1.LC振荡器的波形及数据

图5 C7对应LC振荡器输出波形 图6 C14对应LC振荡器输出波形

图7 C23对应LC振荡器输出波形 图8 C19对应LC振荡器输出波形

表1 LC振荡器测试数据
电容（PF）
频率(MHZ)
幅值(V)
100
10.010
1.90
360
10.010
2.02
560
10.011
2.04
5000
——
——
数据分析： 从上图和表中可以看出，在LC振荡器时，改变电容值越来越大时，幅度也越来越大，但是会有失真，根据公式知，电容越大，频率越小，通过调节电路中的VR3、CT1、CT3可以使输出波形达到最大不失真，并且频率接近10MHZ，这时振荡器的性能最好。

2.晶体振荡器的波形及数据

图9 C7对应晶体振荡器输出波形 图10 C14对应晶体振荡器输出波形

图11 C23对应晶体振荡器输出波形 图12 C19对应晶体振荡器输出波形

表2 晶体振荡器测试数据
电容（PF）
频率(MHZ)
幅值(V)
100
10
2.96
360
10
3.06
560
10
3.02
5000
——
——
数据分析：从上图和表中可以看出，在晶体振荡器时，改变电容时，晶体振荡器的频率基本不变，这是因为晶体振荡器的频率稳定度高些。相同工作频率下，晶体振荡器的幅值比LC振荡器的大些。

五、设计结果分析
1.比较表1、表2所测得的结果，可以看出晶体振荡器的频率精度更高，并且晶体振荡器的频率稳定度也高一些，在相同频率下，晶体振荡器比LC振荡器的幅值要大一些。
晶体振荡器的优点：晶体振荡器选用晶体作为振荡回路元件，使振荡器的频率稳定度大大提高，这是因为首先石英晶体的物理和化学性能都十分稳定，因此，他的等效谐振回路有很高的标准性；其次，晶体具有正、反压电效应，而且在谐振频率附近，晶体的等效参数Lq很大、Cq很小、Rq也不高，因此，晶体的Q值可高达数百万数量级；再者，在串并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化有极灵敏的补偿能力。

2.a)静态工作点对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响：
晶体管的振荡条件是基极-发射极间电压是-0.1—-0.4V，如果达不到这个条件，是不会起振的，所以静态工作点要接近这个电压，然后加上正反馈后才可起振；
b) 反馈系数F对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响：
振荡器的起振条件是A0F>1，要维持一定振幅的振荡，反馈系数F要设计的比A0F=1中的F大一些，一般取F=1/2~1/8，这样，就可以使得在A0F>1的情况下起振，而后随着振幅的增强A0就向A过渡，直到振幅增大到某一程度，出现AF=1时，振幅就达到平衡状态，反馈系数F对振荡幅度的大小没有影响。

3.晶体振荡器的工作频率为10MHZ,LC振荡器的工作频率为9.2MHZ~11.4MHZ，两种振荡器中晶体振荡器的频率稳定度高一些。
六、设计过程出现的错误的分析
1.焊接过程出现的错误：
拿到元器件后，我有很多元器件都不是很熟悉，导致元件实物与电路图对不上号，在这方面耗费了很长时间，最后通过问同学、看模板慢慢把这些都搞清楚了，然后再开始布线；在布线时，我害怕焊错了，所以在摆放元器件时距离隔得很远，导致焊接时，需要很多导线连接，但是我尽量不穿线，飞线，以后再焊接时我会多注意元器件的布局问题；在焊接过程时，我是先将布好局的器件焊接好再来将各个元器件连接起来，这样焊起来很容易出现错误，在这块我也花了很多时间，一个一个元器件的对照去连接，以后我会先画好布局，然后没看一步焊一步，这样既不容易出错又很快；

2.调试过程出现的错误：
板子焊好后，就开始调试了，第一次调试时，测试静态工作点时，没有出现问题，符合基极参考电压7.4V，然后测试输出点，没有信号输出，我就开始检查板子哪里焊错了，结果发现三极管后的有几个位置虚焊了，就重来焊了，然后再次调试时，LC振荡器有输出，波形也蛮好，当把开关接到晶体振荡器时，又没有信号输出，向同学请教后，我知道了可能是晶振坏了，就换了一个晶振，焊好后在进行调试，这次有波形输出这说明了真的是晶振坏了。第二天准备给老师检查时再次调试，有没有信号输出，我测试变容二极管到地的电压为2V符合要求，然后继续测试三极管的静态工作点，出现了，基极电压最大，集电极和发射极电压相同，这说明我的三极管C、E极导通了、饱和了，我就检查三极管旁边的几个元器件，发现原来是三极管的偏置电阻引脚断了，然后将该电阻重来焊接了再次进行调试，终于有输出波形了，然后调节VR3让输出波形幅值得到最大，再调节可变电容使幅值足够大的同时频率也接近10MHZ，但最后发现我最大的幅值也只有mV级，然后将射随的两个偏置电阻互换位置后，幅值就足够大了，但是波形有点失真。

七、实验总结
这最后一周的课程设计，我们包括两个方面的实验，一个是焊接，一个是调试，虽然步骤不算太多，但是在这两个方面中锻炼了我很多能力。
我设计的课题是“正弦波振荡器制作与调试”，通过对实验的基本原理的理解，我对照原理电路图能够理解性的将板子焊出来，虽然在焊接的工艺上有很大欠缺，但是我总结了很多焊接时的问题，比如以后我会先画好元器件的布线图，再进行器件的焊接，其次，我以后会一步步的焊接电路，而不是先将器件焊好后在进行连线，并且多练习焊焊点，使焊点饱满、光洁、无虚焊，最重要的是，我一定会先了解试验在干什么、实验的原理、元器件的特性后在进行焊接，而不是照葫芦画瓢似的焊接。在调试的过程中，我也总结了自己的不足，我没有了解实验的调试步骤，仅仅只是将波形出来了作为目标，没有分析应该出现怎样的波形以及这些波形是怎样出来的，以后我会先了解清楚，然后按照原理步骤，一步一步调试，出现错误不是干着急，而是虚心向同学请教，再弄不懂就问老师，一定能够将问题解决，调试过程中，我学会了出现错误时，先将电路原理搞清楚后再分析电路是哪块出现问题，而不是盲目的将板子重复的拆了又焊，再调试，这样既费时又可能越来越错。
这个设计做完后，我得到最多的就是从不断的错误中找到自己的不足，并不断的改正将错误变成自己的经验。当然，在这个过程中要非常感谢老师的指导和同学的帮助。

课程设计成绩评定表
成
绩
评
定
项 目
比例
得 分
平时成绩（百分制记分）
30%

业务考核成绩（百分制记分）
70%

总评成绩（百分制记分）
100%

评定等级
优 良 中 及格 不及格
指导教师（签名）：

20 年 月 日

9