通信基本電路課程設(shè)計報告

1、通信基本電路課程設(shè)計報告設(shè)計題目： LC正弦波振蕩器的設(shè)計 專業(yè)班級 電科11-2班 學(xué) 號 311108001717 學(xué)生姓名 孫世卿 指導(dǎo)教師 王立國 教師評分 2014年 1月 10日目錄目錄1摘要：2一、設(shè)計要求3二、總體方案設(shè)計3三、工作原理說明33.1、振蕩器概念33.2、靜態(tài)工作點(diǎn)的確定43.3、振蕩器的起振檢查43.4、高頻功率放大器53.5、電路設(shè)計原理框圖如圖1所示。5四、電路設(shè)計64.1、正弦波振蕩器的設(shè)計64.2、高頻功率放大器的設(shè)計94.3、性能的測試11五、課設(shè)心得體會14六、參考文獻(xiàn)15七、附錄15摘要：本次課程設(shè)計通過對課本知識的運(yùn)用，簡單介紹了高頻正弦波振蕩器

2、的設(shè)計方法，主要應(yīng)用LC振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再經(jīng)高頻功率放大器進(jìn)行功率放大，并用仿真軟件進(jìn)行仿真，以及對其性能進(jìn)行測試，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試最終得到滿足課題要求的電路。關(guān)鍵詞：正弦波；振蕩器；高頻功率放大器。一、設(shè)計要求設(shè)計要求：1. 選擇合適的高頻正弦波振蕩器形式；2. 從理論上分析振蕩器的各個參數(shù)及起振條件；3. 設(shè)計高頻振蕩器，選取電路各元件參數(shù)，使其滿足起振條件及振幅條件。主要技術(shù)指標(biāo)：電源電壓12V，輸出電壓1V，頻率穩(wěn)定度較高，電路能輸出穩(wěn)定正弦波信號，輸出頻率可調(diào)范圍為1020MHz；二、總體方案設(shè)計 該課程設(shè)計主要涉及了振蕩器的相關(guān)內(nèi)容還有高頻功率放大器的內(nèi)容，正弦波振蕩器非常具有實(shí)

3、用價值，通過該課題的研究，可以加深對振蕩器以及丙類高頻功率放大器的了解。三、工作原理說明1、振蕩器概念 振蕩器主要分為RC，LC振蕩器和晶體振蕩器。其中電容器和電感器組成的LC回路，通過電場能和磁場能的相互轉(zhuǎn)換產(chǎn)程自由振蕩。要維持振蕩還要有具有正反饋的放大電路，LC振蕩器又分為變壓器耦合式和三點(diǎn)式振蕩器，現(xiàn)在很多應(yīng)用石英晶體的石英晶體振蕩器 ，還有用集成運(yùn)放組成的LC振蕩器。 振蕩器的作用主要是將直流電變交流電.它有很多用途.在無線電廣播和通信設(shè)備中產(chǎn)生電磁波.在微機(jī)中產(chǎn)生時鐘信號.在穩(wěn)壓電路中產(chǎn)生高頻交流電.。 題目要求產(chǎn)生高頻正弦波，所以選用電容三點(diǎn)式電路，進(jìn)一步考慮從而選用并聯(lián)改進(jìn)型電容

4、三點(diǎn)式振蕩器（西勒電路），因?yàn)樗哂休敵霾ㄐ尾灰资д?，作為可變振蕩器使用非常方便，而且幅度平穩(wěn)，頻率穩(wěn)定性高，最高振蕩頻率可達(dá)百兆至千兆等特點(diǎn)。2、 靜態(tài)工作點(diǎn)的確定靜態(tài)工作點(diǎn)的確定直接影響著電路的工作狀態(tài)和振蕩波形的好壞。由于振蕩幅度穩(wěn)定下來后，電路必然工作到非線性區(qū)，也就是說，可能進(jìn)入截止區(qū)，也可能進(jìn)入飽和區(qū)，靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，易進(jìn)入飽和區(qū)實(shí)踐證明：當(dāng)晶體管進(jìn)入飽和區(qū)后，晶體管的輸出阻抗將急劇下降(由原來的線性工作區(qū)幾十千歐或幾百千歐下降為幾百歐姆)，使諧振回路Q值大為降低，不僅使振蕩波形嚴(yán)重失真，而且頻率穩(wěn)定度大為降低，甚至停振，為了避免上述情況發(fā)生，一般小功率振蕩器將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)計得遠(yuǎn)離

5、飽合區(qū)而靠近截止區(qū)，所以，c取14mA之間(可調(diào)整風(fēng)確定)。3、振蕩器的起振檢查(1)用三用表檢查由于本振蕩電路采用基極自給偏置，起始工作點(diǎn)在晶體管的放大區(qū)，故發(fā)射極應(yīng)有正向偏置，接通電源后，調(diào)節(jié)電位器R ，使振蕩管的靜態(tài)電流lco=(14)nlA(可用測發(fā)射極電壓Ve來得知，Ico的大小)若 VbVe<0V可判定電路已起振，工作在丙類狀態(tài)，而且振蕩很強(qiáng)。若VbVe=0.4V，可斷定已起振，工作在甲乙類狀態(tài)，振蕩比較強(qiáng)。若VbVe=0.4-0.8V，工作狀態(tài)可能在甲類，但不能判定是否起振，需進(jìn)一步檢查。(2)用高頻毫伏表檢查用高頻毫伏表接在振蕩器的輸出端，有讀數(shù)即有高頻電壓輸出，則起振，

6、否則未起振。(3)用示波器檢查用示波器接于振蕩器的輸出端，如有高頻振蕩波形顯示，說明起振，否則未起振。在實(shí)驗(yàn)室條件下，可應(yīng)用示波器檢查起振，因?yàn)槭静ㄆ鞑坏芘卸ㄊ欠衿鹫瘢€能觀察波形結(jié)構(gòu)，是否有失真及間歇振蕩現(xiàn)象，以致還可判斷是否有寄生振蕩產(chǎn)生。若用上述方法檢查時，發(fā)現(xiàn)振蕩器未起振，可從兩方面著手解決：(1)檢查 是否過小，難以滿足起振條件。(2)調(diào)整反饋系數(shù)的大小。4、高頻功率放大器 高頻功率放大器的主要作用是用小功率的高頻輸入信號去控制高頻功率放大器,將直流電源供給的能量轉(zhuǎn)換為大功率高頻能量輸出, 它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。信號的放大實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，是將電源提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流

7、信號電能。大功率的放大器，消耗功率大，所以效率的高低就變得非常重要，這不僅表現(xiàn)在放大器輸出相同功率時，高頻率工作可以節(jié)約直流電源的電能，還在于采用相同器件的條件下高效率工作可以輸出更大的功率，所以該電路選用丙類高頻放大器。將正弦波經(jīng)過高頻功率放大器振蕩電路將直流轉(zhuǎn)換為交流正弦波高頻功率放大器輸出采用互感耦合的方式5、電路設(shè)計原理框圖如圖1所示。 圖1 正弦波振蕩器原理框圖四、電路設(shè)計1、正弦波振蕩器的設(shè)計 （1）、正弦波振蕩器電路如圖2所示。圖2 正弦波振蕩器電路圖 LC振蕩部分是由晶體管組成的電容三點(diǎn)式振蕩器，所用改進(jìn)型電路既西勒電路，對交流短路，因此是基極接地（共集）電路。對于振蕩電路選擇

8、共集組態(tài)主要考慮電容的改變來調(diào)節(jié)頻率，因?yàn)樽內(nèi)荻O管加反向偏置電壓和調(diào)制電壓，需要有公共接地點(diǎn)，通常選用共基電路在電路連接上比較方便，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由決定。即 綜上所述，可以取振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)=1.4，設(shè)三極管60。得 為了提高電路的穩(wěn)定性，的值可適當(dāng)增大，取=，則。 所以 若取流過的電流 0.23則 所以 即 振蕩器的靜態(tài)工作電流通常選在（14）mA，偏大可使輸出電壓幅度增加，但波形失真加重。頻率穩(wěn)定度差，過小會使較小，起振困難。 諧振頻率的計算，為總電容，如果選擇遠(yuǎn)大于，遠(yuǎn)大于，則。根據(jù)題目要求振蕩器振蕩頻率變化范圍=24MHz，所以取uH，pF，變化范圍是530pF.。（2）、頻率

9、穩(wěn)定性 頻率穩(wěn)定度a頻率穩(wěn)定度發(fā)信機(jī)的每個波道都有一個標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。工作頻率的穩(wěn)定度取決于發(fā)信本振源的頻率穩(wěn)定度。設(shè)實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱工作頻率的最大偏差值為f，則頻率穩(wěn)定度的定義為 頻率穩(wěn)定度式中為K為頻率穩(wěn)定度。穩(wěn)頻措施為一是減少外界因素的變化。二是合理選擇元器件。例如，選擇fT高且性能穩(wěn)定可靠的振蕩管，不但有利于起振（因在振蕩頻率上較高），而且由于極間電容小，相移小，使振蕩頻率更接近回路的固有諧振頻率，有利于提高頻率穩(wěn)定度；選擇溫度系數(shù)小、Q值高的回路電感L（如在高頻瓷骨架上用燒滲銀法制成的電感）和電容C，一方面使L和C在溫度改變時變化很小，振蕩頻率的變化也很小，另一

10、方面由于Q值高，其頻率穩(wěn)定度也高；采用貼片元器件，可減小分布參數(shù)的影響，有利于振蕩頻率的穩(wěn)定。電路的相位特性應(yīng)該滿足這樣的條件：由某一頻率變化所引起的相位變化，兩個變化量的符號必須相反，才能使頻率趨于穩(wěn)定。用數(shù)學(xué)表示為寫成偏導(dǎo)數(shù)形式，則為（3）、振幅穩(wěn)定性在分析振蕩的產(chǎn)生過程中了解到：如果電路的環(huán)反饋系數(shù)AB>1，振幅增大，如果AB<1，振幅會衰減；若AB=1，則振幅維持不變。因此，當(dāng)電路中出現(xiàn)增幅現(xiàn)象時，必定滿足振幅條件下的AB>1。要使振幅不繼續(xù)增大而趨于穩(wěn)定，必須使電路的AB值隨振幅的增大而減小，自動調(diào)整到AB=1。與此相反，當(dāng)電路中出現(xiàn)減幅現(xiàn)象時，必定滿足在該振幅條件

11、下的AB<1。要使振幅不繼續(xù)減小下去，必須使電路的AB值能隨振幅的減小而增大，自動調(diào)整到AB=1。這就是說，欲使振蕩器的振幅在發(fā)生某種變化時能自動趨于穩(wěn)定，電路的反饋系數(shù)AB應(yīng)具有下述特性：振幅變化使AB值隨之變化，AB變化再次造成的振幅變化應(yīng)與原振幅變化相反。如果用數(shù)學(xué)式子表示既=負(fù)值寫成偏導(dǎo)數(shù)的形式為2、高頻功率放大器的設(shè)計 高頻功率放大器電路如圖3所示。圖3 高頻功率放大器電路圖（1）、確定放大器的工作狀態(tài)圖中的作用是得到基極偏壓，是直流供電電源的高頻旁路電容，用來使有用信號在供電電源兩端產(chǎn)生的電壓忽略不計。為了獲得較高的效率和最大的輸出功率，選丙類放大器的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，所以

12、，。集電極輸出功率；所以諧振電阻；集電極基波電流振幅；集電極電流脈沖最大值；直流分量；直流功率；總效率；計算線圈砸數(shù)比 所以根據(jù)上面所得數(shù)據(jù)選擇可調(diào)式耦合線圈，把初級線圈電感設(shè)置為10uH，通過調(diào)節(jié)初級回路中的電容值以到達(dá)諧振頻率，并且設(shè)置初級與次級線圈匝數(shù)比為1.47:1。3性能的測試（1）振蕩器振蕩頻率為2MHz 正弦波振蕩器的電路圖4所示，振蕩器振蕩頻率為2MHz時的示波器圖形和頻率計示數(shù)如圖5所示。圖4 正弦波振蕩器電路圖圖5 示波器和頻率計示數(shù)因?yàn)閮x器本身原因和計算的誤差，所以調(diào)節(jié)可變電容不能準(zhǔn)確使諧振頻率達(dá)到4MHz。（2）振蕩器振蕩頻率為4MHz 同理可得振蕩器振蕩頻率為4MHz

13、時的示波器圖形和頻率計示數(shù)。因?yàn)閮x器本身原因和計算的誤差，所以調(diào)節(jié)可變電容不能準(zhǔn)確使諧振頻率達(dá)到4MHz。（3）高頻功率放大器電路如圖7所示，當(dāng)高頻功率放大器的輸入信號是振蕩器輸出4MHz的正弦波時，通過調(diào)節(jié)的大小，使LC回路達(dá)到諧振狀態(tài)，此時的電極輸出波形如圖8所示。 圖7 高頻功率放大器電路（4）輸出功率 測量高頻功率放大器耦合輸出電壓為182 根據(jù)公式 所以 滿足任務(wù)要求。經(jīng)過對該課題的通過該實(shí)驗(yàn)電路最后得到振蕩器諧振頻率范圍f0=24MHz并且是可調(diào)的， 高頻功率放大器輸出功率P500mW，效率70%。這次設(shè)計的電路，主要由正弦波振蕩器和高頻功率放大器兩部分構(gòu)成。用到了許多以前所學(xué)的和

14、本學(xué)期所學(xué)習(xí)的知識，綜合性比較強(qiáng)。由于實(shí)驗(yàn)儀器等原因，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定誤差，但通過對比課程設(shè)計的要求，本次課程設(shè)計基本上達(dá)到了任務(wù)要求。五、課設(shè)心得體會高頻電子線路是一門同學(xué)們普遍反映很難學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，所以在這次課程設(shè)計中，難免會遇到不少問題。首先就是對教材中提到的相關(guān)元件的概念、作用、以及參數(shù)等不是很熟悉。在做本次課程設(shè)計之前我又重新翻看了一遍教材，鞏固了以前一些模棱兩可的知識點(diǎn)，也有了許多新的發(fā)現(xiàn)與感受，在理論上對自己進(jìn)行了一次全新的武裝。在設(shè)計過程中，也遇到了很多或大或小的問題。首先是對所運(yùn)用仿真軟件的不熟悉，比如開始使用時找一個相關(guān)的元件要花好長時間，以及元件參數(shù)設(shè)置也不是很熟，

15、不過通過一段時間的磨合這些問題都克服了然后就是理論知識的匱乏問題，通過同組同學(xué)之間的互相討論，以及去圖書館和上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，最終順利的解決了問題，也順利的完成可本次課設(shè)。本次選題的三點(diǎn)式看似十分簡單，然而緩沖級的設(shè)計卻有很大的拓展空間。在這方面，參考資料顯得十分重要。課本上只是簡單的介紹西勒振蕩器的基本原理，而跟多的任務(wù)要求實(shí)現(xiàn)需要我們?nèi)ゲ殚嗁Y料和聯(lián)系各個知識點(diǎn)。通過這次設(shè)計我對各種元件的識別和測試有了更深的了解，本次課程設(shè)計對我們專業(yè)知識的運(yùn)用進(jìn)行了一次全面的考核與檢測。經(jīng)過這次課程設(shè)計，讓我對前面的路有了更多的信心，因?yàn)樵谶@個過程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對于高頻電子電路有了更深層次的

16、掌握，并且提高了獨(dú)立解決問題的能力。雖然這次課程設(shè)計中我對電路進(jìn)行了仿真，進(jìn)一步熟悉了Multisim軟件的使用，對建立文件、繪制電路圖、對其進(jìn)行仿真等一系列過程都更加熟練，并且認(rèn)真的對電路的每一部分進(jìn)行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定。我們在學(xué)習(xí)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(shè)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(lǐng)會各種專業(yè)知識，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。六、參考文獻(xiàn)1張肅文.高頻電子線路（第四版）M.北京：高等教育出版社,20042張肅文.高頻電子線路（第五版）M.北京：高等教育出版社,20093曾興雯，劉乃安，陳健.高