正弦波振蕩器設(shè)計通信電子線路課程作業(yè)綜述

1、摘要對于正弦波振蕩電路的設(shè)計，基本確定了電路可由正弦波振蕩電路和丙類高 頻諧振放大器等基本電路組成。振蕩器部分電路產(chǎn)生一個一定頻率的正弦波形， 然后經(jīng)過丙類功率放大器進行放大后輸出。該設(shè)計電路可分為正弦波振蕩電路， 丙類高頻諧振放大器等幾部分，然后對這幾部分一一進行設(shè)計，通過運用Multisim 軟件仿真基本上完成了設(shè)計的任務(wù)。此正弦波振蕩器包括電容三點式振蕩電路和 丙類功率放大器兩部分。正弦波振蕩器是一種不需外加信號，能自動將直流電能 轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流信號的自激振蕩電路。功率放 大器是依靠激勵信號放大管電流的控制，起到把集電極電源的直接功率變換成負 載回路的交流功

2、率的作用，其負載是兩個以互感方式耦合的耦合諧振回路，用以 提高對諧波的抑制能力，改善輸出波形。關(guān)鍵字：正弦波振蕩器；電容三點式；丙類功率放大器1. 概述(1) 課題研究：在電子技術(shù)領(lǐng)域，廣泛使用各種各樣的振蕩器。在廣播，電 視，通信設(shè)備，測控儀器，各種信號源中，都是它們的必不可少的核心組件。在測量、遙控、通信、自動控制、熱處理和超聲波電焊等加工設(shè)備之中，都 有正弦波振蕩器的應(yīng)用，也作為模擬電子電路的測試信號。在工程應(yīng)用中，例如 在實驗用的低頻及高頻信號產(chǎn)生電路中，往往要求正弦波振蕩電路的振蕩頻率有 一定的穩(wěn)定度，有時要求振蕩頻率十分穩(wěn)定，如通訊系統(tǒng)中的射頻振蕩電路、數(shù) 字系統(tǒng)的時鐘產(chǎn)生電路等。

3、振蕩器在無線電廣播、衛(wèi)星通信、電視機、開關(guān)電源、 收音機等電子設(shè)備中都要用到。(2) 課題分析：LC振蕩電路主要用來產(chǎn)生高頻正弦波信號，電路中的選頻網(wǎng) 絡(luò)由電感和電容組成。它們是儲能元件，當能量充到一個飽和值得時候它又會慢 慢放出來，電容電感的儲能和放能正好相反，所以在它們兩個之間就產(chǎn)生能量的 交互，形成交變電流。振蕩器的基本原理是反饋原理，正反饋使得電路產(chǎn)生振蕩。(3) 設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個振蕩器，產(chǎn)生高頻正弦波，并且輸出信號必須經(jīng)高 頻功率放大器放大。已知用于放大器的晶體管參數(shù)：Vcc=+12V B =60, Cbc=5pF, Cbe=205pF, Uces=1.5V,三極管的損耗功率Pcm

4、=1；用于振蕩器電路的三極管， 根據(jù)設(shè)計的實際電路情況自行選擇；高頻功率放大器的輸出采用互感變壓器耦合方式，負載電阻為75Q。 技術(shù)指標：振蕩器振蕩頻率變化范圍f0=6.58.5MHz可調(diào)；高頻功率放 大器輸出功率P-500mWV效率 一70%掌握三點式振蕩電路的基本原理、起振條件、振蕩電路設(shè)計及電路參數(shù)計算； 通過實驗掌握晶體管靜態(tài)工作點、反饋系數(shù)大小、負載變化對起振和振蕩幅度的 影響；根據(jù)電感三點式和電容三點式的穩(wěn)定度及頻率范圍，有選擇的應(yīng)用到電路 中。2. 工作原理說明運用電感三點式振蕩電路與丙類功率放大器相結(jié)合。LC振蕩器的電路種類比較多，根據(jù)不同的反饋方式，又可分為互感反饋振蕩 器，

5、電感反饋三點式振蕩器，電容反饋三點式振蕩器，其中互感反饋易于起振， 但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率 可以做得較高。選擇電容反饋三點式振蕩器，而電容反饋三點式振蕩器又分為考 電容三點式振蕩器，克拉潑振蕩器，西勒振蕩器。振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，由晶體管等有源器件和具有選頻作用的無源網(wǎng)絡(luò) 及反饋網(wǎng)絡(luò)組成，其框圖如圖2-1所示。圖2-1振蕩器框圖3. 電路設(shè)計3.1總體設(shè)計電路原理圖設(shè)計如圖31所示，該電路是由第一級放大器構(gòu)成的電容三點式 振蕩電路與第二級放大器構(gòu)成的丙類諧振電路組成。圖3-1正弦波振蕩器設(shè)計原理總電路圖3.2電容三點式振蕩電路的設(shè)計電容三點式改

6、進型振蕩電路，也叫克拉潑振蕩器，不需要外來激勵信號，自 身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的電路。由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋放大器組 成，振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。其電路圖的連接如圖3-1所示:電路中，直流電源向放大器提供直流電能，在放大器的輸出與輸入端接有正反饋 網(wǎng)絡(luò)（由C3構(gòu)成）。其中，Q1為高頻放大器；R1、R2 R3 R4為放大器提供靜態(tài)工作點；與可變電容、L2構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)；當反饋量足夠大時，放大器便會產(chǎn)生自激振蕩。同時，依靠選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻 特性，使得電路只在我們需要的頻率上產(chǎn)生自激振蕩，而且，選頻網(wǎng)絡(luò)還可以濾 除由于器件工作進入非線性區(qū)所產(chǎn)生的諧波，使得振蕩電路的輸出波形更接

7、近于 正弦形。這樣，此反饋型振蕩電路就可以產(chǎn)生我們需要的正弦信號。輸出信號的 頻率主要有選頻網(wǎng)絡(luò)來確定。這樣，此電路就符合了題目正弦波振蕩器的要求。參數(shù)設(shè)計：電源供電為12V,要求振蕩器振蕩頻率變化范圍fO=6.58.5MHz可調(diào).圖為電容三點式改進型電路即克拉潑電路，它被接成共基組態(tài)，C1為基極耦合電容，放大器的靜態(tài)工作點由 尺，R2, R, R4, R5決定。振蕩器的靜態(tài)工作電 流Icq 一般為1-4mA Icq偏大則振蕩幅度增加，但波形失真加重，頻率穩(wěn)定性變差。 C5 , C6 , C7，L2組成并聯(lián)諧振回路，其中C6兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓 VBE（1）靜態(tài)工作電流的確定選VCC

8、=12V，ICQ=1mA， VCEQ=6V， B =60VCC _UCEQR2 + R5 -i則有ICQ為提高電路的穩(wěn)定性RE值適當增大，取 尺=2k Q ,則R2=4KQVeq cq Re =12 = 2VIcq f 1.30mA取流過Rt的電流為10Ibq =0.17mA則巳=5.1 K，1r+R3= 54.6K。取 R=25K。， R3 = 29.6 KO計算主振回路元件值：諧振頻率的計算公式為:12 LC當 fO=7.2MHz 時，設(shè)=10uH ,電容C5 C6由反饋系數(shù)及電路條件所確定，若取 C5=100PF,則 C6=200PF, C4 =10nFVCC12V1OnFQ1 c 2N

9、2222O1 kQ5kR2L210uH33OuHC2 10nFC3 lOnF1OL1C51OOpF丄1OOpFP. Key=AkSOM200pF圖3-2正弦波振蕩器電路3.3丙類功率放大器的設(shè)計丙類功率放大器的基極偏置電壓是利用發(fā)射極電流的直流分量在射極電阻上 產(chǎn)生壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當放大器的輸入信號為正弦波時，集 電極的輸出電流為余弦脈沖波，禾I用諧振回路的選頻作用可輸出基波諧振電壓、 電流。參數(shù)計算：課設(shè)題目所給要求：Vcc=+12V晶體管的主要參數(shù)為：B =60, Cbc=5pF,Cbe=205pF, Ucs=1.5V,三極管的損耗功率 Pcm=1；主要技術(shù)指標：輸出功率

10、 P500mWV 效率耳-70% 負載 rl =510。確定放大器的工作狀態(tài)：為了能獲得較高的效率和最大的輸出功率P，選丙類放大器的工作狀態(tài)為臨 界狀態(tài)，導(dǎo)通角入=70 。其電路連接如圖3-3所示，其中振蕩器產(chǎn)生的正弦波信 號有放大器Q2進行放大，再由變壓器T2耦合到負載電阻RL，RL=5r。電源 VCC=12VR7,R8為三極管提供靜態(tài)工作點，C11為旁路電容。已知集電極損耗Pc=1Vy1 -Po=70%于 Pc=。代入數(shù)據(jù)，Po=2.33WVIRTUIAL圖3-3丙類功率放大器電路4. 性能的測試4.1振蕩器電路的性能測試將圖3-2所設(shè)計的電路在仿真軟件 multisim當中進行仿真，仿真

11、結(jié)果如圖4-1 所示：由仿真結(jié)果知道，振蕩器所產(chǎn)生的正弦波信號幅度為120mV頻率為6.4MHz 符合本次課設(shè)的設(shè)計要求，并且可以通過對圖3-2中可變電容的調(diào)節(jié)改變振蕩頻率。y卒圖4-1振蕩器部分的仿真結(jié)果4.2丙類功率放大器電路的性能測試:將圖3-3所設(shè)計的電路在仿真軟件 multisim當中進行仿真，仿真結(jié)果如圖4-2 所示：由仿真結(jié)果知道，信號經(jīng)過放大器之后幅度為 9.5V，頻率同樣為6.4MHz 電路中負載電阻為5V1，經(jīng)計算得輸出功率Po=2.4W符合設(shè)計要求。又因為PoPc=，已知Pc=800m,帶入數(shù)據(jù),=75%亦符合設(shè)計要求圖4-2功率放大電路仿真結(jié)果5. 結(jié)論該電路容易起振，

12、振蕩頻率咼，可達 100MHz以上。對于一定的失真，原因可 能是選擇的元器件參數(shù)：選擇的元器件參數(shù)不十分準確；電路調(diào)試中未能調(diào)制準 確；計算的時候因為有的估算致使參數(shù)不準確。由于C2對高次諧波阻抗小，使反饋電壓中的高次諧波成分較小，因而振蕩波形 較好。該設(shè)計中用到的三極管、電阻、電容等都是通信電子線路設(shè)計中常用的器 件，電路簡單易懂，可讀性強，制作簡單，經(jīng)濟實用。從器件選擇到設(shè)計整體都 考慮了器件的常見度與成本，所以從總體看遵循了性價比較高的原則。6. 課設(shè)體會及合理化建議為期一周的課程設(shè)計結(jié)束了，通過這次設(shè)計讓我更好的掌握了常用元件的識 別和測試；熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其

13、具體的使用方法。 更加深刻地理解課本知識。 在此次做課程設(shè)計的過程中，我深深地感受到了自己 所學到知識的有限和自身的不足，并且學會了對所找內(nèi)容的取舍及分析。總之， 從中我們學習到了如何解決遇到的困難，更進一步地熟悉了晶體管的應(yīng)用和芯片 的結(jié)構(gòu)及掌握了其工作原理和具體的使用方法，增強了對實驗的思考能力.培養(yǎng)了我們一絲不茍的科學態(tài)度和不厭其煩的耐心。設(shè)計是創(chuàng)造性的，所以方法不是唯 一的，用各種方法只要能能達到最優(yōu)才是要完成的。參考文獻1 鄔國揚高頻電路原理M.浙江大學出版社，2005年6月2 謝沅清.通信電子線路M.北京：電子工業(yè)出版社，2005年10月3 謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試M.華中

14、理工大學出版社，2004年4 .于洪珍.通信電子線路M.北京：清華大學出版社，2006年楊翠娥.高頻電子線路實驗與課程設(shè)計M.哈爾濱工程大學出版社，2005年1月致謝本本課程設(shè)計是在齊老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹 的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人 的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅是我樹立了遠 大的學術(shù)目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與人處事的 道路。本設(shè)計從選題到完成，每一步都是在齊老師的指導(dǎo)下完成了，傾注了老師 大量的心血。在此，謹向齊老師表示崇高的敬意和衷心的感謝 ！附錄I :總電路圖VCC12VL3330uHTC11c&T1“a15R6 WkL|汩盤背H蝕F . KajpA =TS_MISC,VIRTIJAL330uHC203：10nF=：lOnF二L1lOQhF附錄II:元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1R1電阻25 KO1個2R2電阻4KO1個3R3電阻29.6 KQ1個4R4電阻5.1 KQ1個5Rs電阻2KQ1個6艮電阻20001個7R7電阻70001個8R電阻11KQ1個9Rl電阻5101個10G電容1uF1個11C2 , C3 , C9 ,C10 , C11 , C12電容10nF6個12C4電