反饋振蕩器課程設計

1、課程設計說明書 no.12 反饋振蕩器1.課程設計的目的通過解決比較簡單的實際問題鞏固和加深在高頻電子電路課程中所學的理論知識和實驗技能。綜合運用學過的電子技術基礎知識，在教師指導下完成查找資料、選擇、論證方案、設計電路、安裝調試、分析結果、撰寫課程設計說明書等工作。初步掌握數字電子電路設計的一般方法步驟。高頻電子電路課程設計是理論教學之后的一個綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，是對課程理論和課程實驗的綜合和補充。學會并利用一種電路分析軟件，對電路進行分析、計算和仿真，通過查找資料，選擇方案，設計電路，撰寫報告，完成一個較完整的設計過程，將抽象的理論知識與實際電路設計聯系在一起，在掌握電路基本設計方法的同時

2、，加深對課程知識的理解和綜合應用，培養(yǎng)綜合運用基礎理論知識和專業(yè)知識解決實際工程設計問題的能力，以及創(chuàng)新能力。不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的內容。理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程遇到各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設計，把以前所學過的知識重新溫故，鞏固所學的知識。2.設計方案論證2.1設計思路及方法2.1.1基于multisim的

3、高頻功率放大器的仿真multisim是interactive image technologies (electronics workbench)公司推出的以windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應不同的應用場合，multisim推出了許多版本，用戶可以根據自己的需要加以選擇。在multisim master中有實際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實際元器件的型號、參數值以及封裝都相對應的元器件，在設計中選用此類器件，不僅可以使設計仿真與實際情況有良好的對應性

4、，還可以直接將設計導出到ultiboard中進行pcb的設計。另一種器件的參數值是該類器件的典型值，不與實際器件對應，用戶可以根據需要改變器件模型的參數值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們在工具欄和對話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標與該類實際器件的圖標形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實際器件沒有。本次課程設計，我們采用multisim軟件進行仿真2.1.2電路工作原理 與放大器一樣，振蕩器也是一種能量轉換器，但不同的是振蕩器不需要外部激勵，就能自動的將直流電源供給的功率轉換為指定頻率和振幅的交流信號功率輸出。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作

5、為振蕩器。由我們所學過的知識知道，構成一個振蕩器必須具備下列一些最基本的條件：（1）任何一個振蕩回路，包含兩個或兩個以上儲能元件。在這兩個儲能元件中，當一個釋放能量時，另一個就接收能量。接收和釋放能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數值。（2）電路中必須要有一個能量來源，可以補充由振蕩回路電阻所產生的損耗。在電容三點式振蕩器中，這些能量來源就是直流電源。（3）必須要有一個控制設備，可以使電源在對應時刻補充電路的能量損失，以維持等幅震蕩。這是由有源器件（電子管，晶體管或集成管）和正反饋電路完成的。正弦波振蕩器一般是有晶體管等有源器件和具有某種選頻能力的無源網絡組成的一個反饋系統(tǒng)。振蕩器的種類很多

6、，從振蕩電路中有源器件的特性和形成振蕩的原理來看，顆分為反饋振蕩器行業(yè)負阻式振蕩器；根據所產生的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器；根據選頻網絡所采用的器件可分為lc振蕩器、晶體振蕩器、rc振蕩器及壓控振蕩器。隨著集成技術的發(fā)展，又出現了集成振蕩器。圖1 系統(tǒng)總體框圖提出設計指標小組討論擬定電路方案電路連接程序編寫運行正確仿真調試結果測量指標滿足？設計結束程序編譯連接重編程序修改電路方案3.主要部分電路圖及原理分析3.1反饋振蕩器3.1.1原理分析利用正反饋方法來獲得等幅的正弦振蕩器，這就是反饋振蕩器的基本原理。反饋振蕩器是由主網絡和反饋網絡組成的一個閉合環(huán)路。其主網絡一般由放大器和選頻網

7、絡組成，反饋網絡一般由無源器件組成。一個反饋振蕩器必須滿足三個條件：起振條件（保證接通電源后能逐步建立起振蕩），平衡條件（保證進入維持等幅持續(xù)振蕩的平衡狀態(tài)）和穩(wěn)定條件（保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞）。圖2反饋振蕩器原理圖起振-非線性過程-穩(wěn)幅振蕩在反饋振蕩器中，lc并聯諧振回路是最基本的選頻網絡。反饋振蕩器是一個非線性閉環(huán)系統(tǒng)，其特性需用非線性系統(tǒng)的分析方法來加以分析。但在振蕩的初始階段，系統(tǒng)內流通的信號比較微弱，因此可以引用線性系統(tǒng)的分析方法，來確定這一時期振蕩器的工作狀態(tài)。3.1.2振蕩條件起振過程是指接通電源后，振蕩從無到有的建立過程。起振條件又稱自激條件。它表示振蕩電

8、路在接通電源時，輸出信號從無到有建立起來應滿足的條件。振蕩器最初的激勵：第一，來源于放大管基極電壓，電壓在開機后由零升至定值，就相當于接入一個階躍信號，此階躍信號含有多種頻率分量；第二，電路各部分存在許多形式的擾動，如管子的內部噪聲、輸入回路電阻的熱噪聲等，這些噪聲和干擾所含有的頻率成分十分豐富。這些微小的擾動電壓或電流經過振蕩器放大管的放大，加至負載回路及反饋網絡，由于負載諧振回路的選頻作用，只有與諧振回路的固有諧振頻率相同的那個頻率成分才能在負載回路兩端產生電壓。由于正反饋的存在，這一微弱信號經過放大，反饋，再放大，再反饋，往復循環(huán)在信號較小的起振階段，每次返回至輸入端信號的幅度總要比前一

9、次的大，振蕩幅度不斷增加，完成起振過程。圖3反饋型振蕩器組成框圖將閉合環(huán)路在“x”處斷開，并定義環(huán)路增益 根據上述分析，可直接寫出振蕩器的起振條件為 即環(huán)路增益 （5.2.5）式（5.2.5）為復數形式，。令，式（5.2.5）可表示為振幅起振條件 （5.2.6a） 相位起振條件 （5.2.6b）式中表示開環(huán)環(huán)路增益的相角，為基本放大器輸出電壓與輸入電壓的相位差，為反饋網絡的相移。 振幅的起振條件（5.2.6a）要求，即反饋信號幅度大于前一次的信號輸入；（5.2.6b）為相位起振條件，要求在環(huán)路起振過程中，環(huán)路始終保持正反饋。3.1.3平衡條件記閉環(huán)電壓放大倍數ku(s)，開環(huán)電壓放大倍數 k(

10、s)，電壓反饋系數 f(s)，環(huán)路增益 t(s)，反饋系數 f(j)=-f(j)。 自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1， 即t(j)=k(j)f(j)=1，通常又稱為振蕩器的平衡條件。 振蕩器的平衡條件又可細分為振幅平衡條件（|t(j)|=1）和相位平衡條件（(t)=(k)+(f)=2n, n=0,1,2）。 其中：(1) 當|t(j)|1，形成增幅電路振蕩；當t|(j)|1時，形成減幅振蕩。 (2) 平衡時電源供給的能量等于環(huán)路消耗的能量； (3) 通常的環(huán)路只在某一特定才滿足相位條件。3.1.4穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件相應地可分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。 (1) 振幅穩(wěn)定條件 要使振幅穩(wěn)定

11、，振蕩器在其平衡點必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說，就是在平衡點附近，當不穩(wěn)定因素使振幅增大時，環(huán)路增益將減小，從而使振幅減小。 (2)相位穩(wěn)定條件 同理，要使相位穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點必須具有阻止相位變化的能力。 3.1.5頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化, 引起振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度, 它是振蕩器的一個很重要的指標。頻率穩(wěn)定度又可分為：長期頻率穩(wěn)定度（一般是指一天以上甚至幾個月的時間間隔內頻率的相對變化）、短期頻率穩(wěn)定度（一般是指一天以內，以小時、分鐘或秒記的時間間隔內頻率的相對變化）和瞬時頻率穩(wěn)定度（一般是指秒或毫秒的時間間隔內頻率的相對變化）。一般

12、所說的頻率穩(wěn)定度是指短期穩(wěn)定度。一般短波、超短波發(fā)射機的的頻率穩(wěn)定度為10-410-5，電視發(fā)射臺的頻率穩(wěn)定度為510-7左右。 提高頻率穩(wěn)定度的措施有： (1)提高振蕩回路的標準性（指回路元件和電容的標準性，溫度是影響的主要因素） (2) 減少晶體管的影響 (3) 提高回路的品質因數 (4) 減少電源、負載等的影響3.2用multisim軟件進行仿真（1）啟動multisim9，并畫出如下電路圖3負反饋電路圖（2）條節(jié)信號發(fā)生器v2的大小，是輸出端10在開環(huán)情況下輸出不失真。（3）啟動直流工作點分析，記錄數據，填入下表三極管q1三極管q2vbvcvevbvcve3.7167.1653.077

13、3.4144.5032.762 表1直流工作點數據記錄（4）交流測試rl（圖中r11）vi（mv）v0(v)av開環(huán)rl=無窮（s2打開）203.122156.1rl=1.5k（s2閉合）201.7688閉環(huán)rl=無窮（s2打開）20410.22420.5rl=1.5k（s2閉合）20365.7461.03 表2開環(huán)、閉環(huán)交流測試表（5）負反饋對失真的改善在開環(huán)情況下適當加大vi的大小，使其輸出失真，記錄波形圖4失真波形圖閉合開關s1，并記錄波形圖5閉合開關s1波形圖 （6）測試放大頻率特性 如圖所示，進入交流分析圖6交流分析如下所示，輸入參數，包括frequency parameters和o

14、utput兩項圖7參數設置圖8開環(huán)時的圖形和閉環(huán)時的圖形4.課程設計心的體會通過本次課程設計，初步掌握數字電子電路設計的一般方法步驟，學會并利用一種電路分析軟件，對電路進行分析、計算和仿真，通過查找資料，選擇方案，設計電路，撰寫報告，完成一個較完整的設計過程，將抽象的理論知識與實際電路設計聯系在一起，在掌握電路基本設計方法的同時，加深對課程知識的理解和綜合應用，培養(yǎng)綜合運用基礎理論知識和專業(yè)知識解決實際工程設計問題的能力，以及創(chuàng)新能力。通過設計電路，既復習了以前所學過的知識，又學習了許多新的東西。理論上的東西不經過實際的檢驗是沒有什么說服力的。而設計正是理論與實踐的結合，通過設計，提高了我的動

15、手能力和解決實際問題的能力，讓我對所學課程的應用有了新的認識。最重要的是得到了很多寶貴的經驗。通過這次課程設計，提高了我對本專業(yè)的興趣，讓我在以后的學習中更加努力。經過這次課程設計，讓我對前面的路有了更多的信心，因為在這個過程中，我學到了不少實用的東西，對于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨立解決問題的能力。雖然這次課程設計中我對電路進行了仿真，并且認真的對電路的每一部分進行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定，我們在學習理論知識的同時還要努力培養(yǎng)自己的動手操作能力，對于通信工程的我們更是如此，通過這次課程設計我也看到了自己的差距，今后會努力提高自己的動手操作能力，以求真正領會通信專業(yè)里邊的各種知識，為將來的工作打下良好的基礎。5.參考文獻1張肅文.高頻電子線路m.高等教育出版社,2005.82康華光.電子技術基礎m.高等教育出版社,2004.43聶典.multisim10計算機仿真m.電子工業(yè)出版社,2003.54于洪珍.通信電子線路m.清華大學出版社,2000.45林春方.高頻電子線路m.電子工業(yè)出版社,2004.66于海勛，鄭長明.高頻電子實驗與仿真m科學出版社,2005.87胡宴茹.高頻電子線路m.高等教育出版社,2005.88魏群.怎樣選用無線電電子元器件m.人民郵電出版社,2000.149 曾興雯. 高頻電子線路m. 高等教育出版