LC調(diào)頻振蕩器說(shuō)明書

1、第1章 方案設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1.1 課程設(shè)計(jì)的目的1、通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)物制作解決相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和運(yùn)用在高頻電子線路中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握常用電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。2、掌握電子電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)初選電路；調(diào)查研究和設(shè)計(jì)計(jì)算確定電路方案；選擇元件、安裝電路、調(diào)試改進(jìn)；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。3、學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法，對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，能通過(guò)獨(dú)立思考、查詢工具書和參考文獻(xiàn)來(lái)尋找解決方案，掌握電路測(cè)試的一般規(guī)律；能通過(guò)觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷的基本方法解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一般故障。 4、掌握普通電子電路的生產(chǎn)流程

2、及安裝、布線、焊接等基本技能。5、鞏固常用電子儀器的正確使用方法，掌握常用電子器件的測(cè)試技能。培養(yǎng)一定的自學(xué)能力、獨(dú)立分析問(wèn)題的能力和解決問(wèn)題的能力。6、通過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并逐步建立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀，能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獨(dú)立地進(jìn)行分析，進(jìn)而做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。1.1.2 課程設(shè)計(jì)基本要求 設(shè)計(jì)一個(gè)LC調(diào)頻振蕩器，主要技術(shù)指標(biāo)為：（1）主振頻率=10；（2）頻率穩(wěn)定度；（3）輸出電壓；（4）最大頻偏；（5）調(diào)制靈敏度。1.2 LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)方法LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)，是根據(jù)LC調(diào)頻振蕩器的中心頻率、頻率穩(wěn)定度 /、輸出電壓Uo、最大

3、頻偏、調(diào)制靈敏度等性能指標(biāo)要求，正確地確定出LC正弦波振蕩器、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)可以分兩個(gè)方向進(jìn)行：1）LC正弦波振蕩器的確定根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)：中心頻率=10，頻率穩(wěn)定度確定LC振蕩電路的形式為電容三點(diǎn)式的克拉潑電路。 2）變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的確定根據(jù)頻率穩(wěn)定度/、最大頻偏選擇線路，確定變?nèi)荻O管的接入系數(shù)，確定調(diào)制信號(hào)電壓。1.2.1 LC振蕩器電路的實(shí)現(xiàn)方法 1）平衡條件振蕩建立起來(lái)之后，振蕩幅度不會(huì)無(wú)限制地增長(zhǎng)下去，因?yàn)殡S著振蕩幅度的增長(zhǎng)，放大器的動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)延伸到非線性區(qū)，放大器的增益將隨之下降，振蕩幅度越大，增益下

4、降越多，最后當(dāng)反饋電壓正好等于原輸入電壓時(shí)，振蕩幅度不再增大而進(jìn)入平衡狀態(tài)。平衡條件是研究振蕩器的理論基礎(chǔ)，利用振幅平衡條件可以確定振蕩幅度，利用相位平衡條件可以確定振蕩頻率。2）起振條件式（1-1）和（1-2）分別稱為振蕩器起振的相位條件和振幅條件。為了確保振蕩器能夠起振，設(shè)計(jì)的電路參數(shù)必須滿足AoF>1的條件。而后，隨著振蕩幅度的不斷增大，Ao就向A過(guò)渡，直到AF=1時(shí)，振蕩達(dá)到平衡狀態(tài)。顯然，AoF越大于1，振蕩器越容易起振，并且振蕩幅度也較大。但AoF過(guò)大，放大管進(jìn)入非線性區(qū)的程度就會(huì)加深，那么也就會(huì)引起放大管輸出電流波形的嚴(yán)重失真。所以當(dāng)要求輸出波形非線性失真很小時(shí)，應(yīng)使AoF

5、的值稍大于1。 n=0，1，2，. （1-1） （1-2）1.2.2 調(diào)頻電路的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法有兩大類，即直接調(diào)頻與間接調(diào)頻。1）直接調(diào)頻法直接調(diào)頻的基本原理是利用調(diào)制信號(hào)直接線性地改變載波振蕩的瞬時(shí)頻率。如果受控振蕩器是產(chǎn)生正弦波的LC振蕩器，則振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。將受到調(diào)制信號(hào)控制的可變電抗和諧振回路連接，就可以使振蕩頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻。它的主要缺點(diǎn)是會(huì)導(dǎo)致FM波的中心頻率偏移，頻率穩(wěn)定度差，在許多場(chǎng)合對(duì)載頻采取自動(dòng)頻率微調(diào)電路（AFC）來(lái)克服載頻的偏移或者對(duì)晶體振蕩器進(jìn)行直接調(diào)頻。2）間接調(diào)頻法 先將調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分處理，然后用它控制載波的

6、瞬時(shí)相位變化，從而實(shí)現(xiàn)間接控制載波的瞬時(shí)頻率變化的方法，稱為間接調(diào)頻法。間接調(diào)頻實(shí)現(xiàn)的原理框圖如圖 1-1所示。 圖1-1 借助于調(diào)相器得到調(diào)頻波無(wú)論是直接調(diào)頻還是間接調(diào)頻，其主要技術(shù)要求是：頻偏盡量大，并且與調(diào)制信號(hào)保持良好的線性關(guān)系；中心頻率的穩(wěn)定性盡量高；寄生調(diào)幅盡量??；調(diào)制靈敏度盡量高。根據(jù)題目要求，其頻率穩(wěn)定度/，最大頻偏，由上面分析知：直接調(diào)頻可獲得較大線性頻偏，但載頻穩(wěn)定度較差；間接調(diào)頻方式載頻穩(wěn)定度較高，但獲得的線性頻偏較小。經(jīng)過(guò)討論，我們決定采用直接調(diào)頻法來(lái)設(shè)計(jì)電路。第2章 各部分設(shè)計(jì)及原理分析2.1 LC振蕩器電路的設(shè)計(jì)2.1.1 LC振蕩器的基本工作原理振蕩器根據(jù)自身輸出

7、的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器，正弦波振蕩器在廣播通訊、自動(dòng)控制、儀器儀表、高頻加熱、超聲探傷等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用；而非正弦振蕩器能產(chǎn)生出矩形波(方波)、三角波、鋸齒波等信號(hào)，這些信號(hào)可以用于測(cè)量設(shè)備、數(shù)字系統(tǒng)、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)設(shè)備中。此次設(shè)計(jì)討論的就是LC正弦波振蕩器。設(shè)計(jì)其電路原理圖如圖1-2所示:圖1-2 LC正弦波振蕩原理圖2.1.2 LC正弦波振蕩電路的設(shè)計(jì)LC正弦波振蕩器的作用是產(chǎn)生高頻正弦波。如圖1-3所示，在圖中晶體管T組成電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電路即克拉潑電路，它被結(jié)為共基組態(tài)，為基極耦合電容，其靜態(tài)工作點(diǎn)又RB1,RB2 ,RE及Rc決定，即： （1-3） （1

8、-4） （1-5） （1-6）小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流一般為1到4毫安，偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重,頻率穩(wěn)定性變差。L1、C1與C2、C3組成并聯(lián)諧振回路，其中C3兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓,以滿足相位平衡條件。由C2/C3=F決定反饋電壓的大小，當(dāng)F=1時(shí)，振蕩器滿足相位平衡條件，電路起振條件為F>1。為減少晶體管的極間電容對(duì)回路振蕩頻率的影響，C2、C3的取值要大。若選C1C2，C1C3,則回路振蕩頻率主要由C1決定,即： （1-7）若取C1為幾十皮法，則C2、C3可取幾百到幾千皮法。反饋系數(shù)F一般取1/8到1/2。2.2 調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管和它的偏置電

9、路組成。其中R2與R3為變?nèi)莨芴峁╈o態(tài)時(shí)的反向直流偏置電壓VQ。即VQ=R3/(R2+R3)Vcc。電阻R1為隔離電阻，常取R1>>R3，R1 >>R2,以減小加入變?nèi)莨艿钠秒娐泛髮?duì)振蕩回路Q值的影響。高頻扼流圈ZL2與C6給u(t)提供通路，C5起高頻濾波作用。 變?nèi)荻O管通過(guò)C4部分接入振蕩回路，有利于提高中心頻率fo的穩(wěn)定度，減小調(diào)制失真。圖1-3為變?nèi)莨懿糠纸尤苏袷幓芈返牡刃щ娐?。變?nèi)莨芎虲4串聯(lián)，再和C3并聯(lián)構(gòu)成振蕩回路總電容C： （1-8）式中Cj為變?nèi)荻O管的結(jié)電容。它與外加電壓的關(guān)系為 （1-9）圖1-3 變?nèi)荻O管部分接入的等效電路2.3 LC調(diào)頻振

10、蕩器電路的確定LC調(diào)頻振蕩器的工作流程如下：LC調(diào)頻振蕩器一般由LC正弦波振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路兩大部分組成。其中，LC正弦波振蕩器用于產(chǎn)生一定頻率的幅度和信號(hào)，無(wú)須外加輸入信號(hào)的控制，就能自動(dòng)將電能轉(zhuǎn)換為所需要的交流能量輸出，即自激振蕩；而變?nèi)荻O管電容的改變是由調(diào)制信號(hào)決定的，再將變?nèi)荻O管通過(guò)電容Cc耦合接入LC振蕩回路中，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)LC正弦波振蕩器頻率的調(diào)制，即調(diào)頻。LC調(diào)頻振蕩器是由LC正弦波振蕩器和變?nèi)荻O管調(diào)頻電路兩個(gè)部分組成，如圖1-4所示。圖1-4 LC調(diào)頻振蕩器的組成框圖綜合以上分析確定電路原理圖如圖1-5所示。圖1-5 電路原理圖第3章 元件參數(shù)的確定3.1 LC振蕩

11、器電路模塊參數(shù)的確定3.1.1 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)取ICQ=2mA，VCEQ=6V，測(cè)得晶體管=60。因RE+RC=(Vcc - VCEQ)/ ICQ，為提高電路的穩(wěn)定性，RE的值可適當(dāng)增大，取RE=1k，則RC=2k。  因      VEQ=ICQ RE=2V若取流過(guò)RB2的電流IB2=10IBQ=10ICQ/=0.33mA 則       RB2=VBQ/IB28.2k 因 即      

12、; =28.2 kRB1用24k電阻與22k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。3.1.2 計(jì)算主振回路元器件值若取C1=50pF，且fo=10MHz，由公式 得 L1=5H （實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整的圈數(shù)或的值）。電容C2、C3由反饋系數(shù)F及電路條件C1<<C2，C1<<C3決定，若取C2=510pF，由F=C2/C3= 1/81/2，則取C3=3600pF，取耦合電容CB=0.01uF。3.2 調(diào)頻電路模塊參數(shù)的確定變?nèi)莨艿撵o態(tài)反偏壓U由電阻R1與R2分壓決定，即 VQ=R2/(R1+R2)Vcc已知VQ=4V，若取R2=10K，則R1

13、=(Vcc/VQ-1)R2=20K實(shí)驗(yàn)時(shí)R1用24k電阻與22k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)偏壓U。隔離電阻R3應(yīng)遠(yuǎn)大于R1、R2，取R3=150k。低頻調(diào)制信號(hào)U的耦合支路電容C5及電感L2應(yīng)對(duì)U提供通路，一般的頻率為幾 十赫至幾十千赫茲，故取C5=4.7uF，L2=47uH（固定電感）。高頻旁路電容C6應(yīng) 對(duì)調(diào)制信號(hào)U呈現(xiàn)高阻，取C6=5100pF。第4章 電路的調(diào)試與檢測(cè) 4.1 主振頻率的測(cè)試4.1.1 LC仿真測(cè)試LC振蕩器的輸出頻率fo稱為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量回路的諧振頻率fo，高頻電壓表測(cè)量諧振電壓Uo，示波器檢測(cè)振蕩波形。起振波形如圖1-6所示。LC仿真測(cè)試電路如圖

14、1-7所示，測(cè)得頻率為10MHZ，電壓為693mV,對(duì)比技術(shù)指標(biāo)中心頻率fo=10MHZ知符合技術(shù)要求指標(biāo)，所得波形為高頻正弦波，符合LC正弦波振蕩器所得波形。所測(cè)結(jié)果分別如圖1-8、1-9所示.圖1-6 起振波形圖1-7 仿真電路圖圖1-8 LC振蕩器波形圖1-9 頻率fo與輸出電壓Uo4.2 頻率穩(wěn)定度的測(cè)試主振頻率fo的相對(duì)穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定度/表示。對(duì)于調(diào)頻電路不僅要滿足頻偏要求，而且振蕩頻率必須保持足夠的頻率穩(wěn)定度。測(cè)量頻率穩(wěn)定度的方法是，在一定的時(shí)間范圍（如1小時(shí)）內(nèi)或溫度范圍內(nèi)每隔幾分鐘讀一個(gè)頻率值，然后取其范圍內(nèi)的最大值max與最小值min，則頻率穩(wěn)定度 設(shè)計(jì)中采用仿真電路測(cè)試如

15、圖1-7所示，其頻率穩(wěn)定度大約為（）/小時(shí)，對(duì)比課題中給出的頻率穩(wěn)定度為/知此電路符合要求。4.3 設(shè)計(jì)電路的性能評(píng)測(cè) 由于調(diào)頻振蕩器的工作頻率較高，三極管的結(jié)點(diǎn)電容、電感、電容的分布及測(cè)量?jī)x器對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有一定的影響。因此，在電路裝調(diào)及測(cè)試時(shí)應(yīng)盡量減小這些分布參數(shù)的影響，安裝時(shí)應(yīng)合理布局。4.3.1 測(cè)試點(diǎn)的確定選擇正確的測(cè)試點(diǎn)，減小儀器對(duì)被測(cè)電路參數(shù)的影響。在高頻情況下，測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗及連接線的分布參數(shù)都有可能影響被測(cè)電路的諧振頻率及諧振回路的Q值，為盡量減小這種影響，應(yīng)正確選擇測(cè)試點(diǎn)，使儀器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于電路測(cè)試點(diǎn)的輸出阻抗。對(duì)于圖1-7所示電路，高頻電壓表接于C點(diǎn)，示波器接于E點(diǎn)

16、，數(shù)字頻率計(jì)接于A點(diǎn)，C4的值要小，以減小數(shù)字頻率計(jì)的輸入阻抗對(duì)諧振回路的影響。所有測(cè)量?jī)x器如高頻電壓表、示波器、掃頻儀、數(shù)字頻率計(jì)等的地線都要與被測(cè)電路的地線連接好，接線應(yīng)盡量短，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.3.2 調(diào)試方法 為了保證元器件可靠焊接及連接導(dǎo)線固定，使電路的分布參數(shù)固定，我們決定采用印刷電路板為高頻電路的實(shí)驗(yàn)板，其調(diào)試方法與低頻電路的調(diào)試基本相同，即先調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，再觀測(cè)動(dòng)態(tài)波形并測(cè)量電路的性能參數(shù)。4.3.3 誤差分析1)誤差計(jì)算fo%=（10.001-10.000）100%/10.000=0.0001%2)誤差原因由于電路中測(cè)量?jī)x器的影響，電路參數(shù)的可調(diào)性大。LC振蕩器頻率

17、主要取決于諧振回路的參數(shù)，也與其他電路元器件參數(shù)有關(guān)，由于振蕩器使用中不可避免地會(huì)受到各種外界因數(shù)的影響，使得這些參數(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定。4.4 調(diào)試中的問(wèn)題實(shí)驗(yàn)中振蕩電路接通電源后，有時(shí)不起振，但有時(shí)在外界信號(hào)強(qiáng)烈觸發(fā)下會(huì)起振，或者在波段振蕩器中有時(shí)只在某一頻段振蕩，而在另一頻段不振蕩。經(jīng)過(guò)討論分析，知道這些現(xiàn)象無(wú)非是沒(méi)有滿足相位平衡條件或振幅平衡條件。如果在全波段內(nèi)不振蕩，首先要看相位平衡條件是否滿足。此外，還要在振幅平衡條件所包含的各種因素中找原因，例如：1、靜態(tài)工作點(diǎn)選的太小。2、電源電壓過(guò)底，使振蕩管放大倍數(shù)太小。3、負(fù)載太重，振蕩管與回路間耦合過(guò)緊，回路Q值太低。5、反饋系

18、數(shù)太小，不易滿足振幅平衡條件。但反饋系數(shù)并非越大越好，應(yīng)適當(dāng)選取。結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期左右的課程設(shè)計(jì)，我深深的體會(huì)到將平時(shí)所學(xué)的理論知識(shí)，應(yīng)用到實(shí)際中是一件十分困難的事情。然而經(jīng)過(guò)努力和思考后，最終還是完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，成功的喜悅是無(wú)法言喻的。在以往的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐中，大部分電路都是已給定的，而本次課題是通過(guò)自己所學(xué)，自行設(shè)計(jì)一個(gè)電路，給我的感觸頗深。在課程設(shè)計(jì)之前，我們通過(guò)各個(gè)渠道查找資料后分析驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)多次的修改和整理，作了如上的設(shè)計(jì)思路。雖然這次設(shè)計(jì)一開始是按照設(shè)計(jì)要求去完成的，但由于在實(shí)際操作中，出現(xiàn)了比較大的問(wèn)題，導(dǎo)致以上的準(zhǔn)備資料，在實(shí)際操作中都未能派上用場(chǎng)。在這次的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我懂得了很多，課程設(shè)計(jì)不光是讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計(jì)”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)通信電子線路又有了進(jìn)一步的了解，增加了對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。此外，在買元器件的過(guò)程中，懂得了各種元器件的型號(hào)命名方法及型號(hào)組成部分的符號(hào)及其意義、判斷各種元器件質(zhì)量判別方法、各種元器件的分類及一些應(yīng)用，例如：利用色標(biāo)法辨認(rèn)電阻、電容的大小，用萬(wàn)