電感反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)（論文）題目：電感反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)院 (系)： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 起止時(shí)間：課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：通信教研室學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目電感反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1用EWB仿真，設(shè)計(jì)一個(gè)電感反饋振蕩器。 2能夠觀察輸出的振蕩波形。 3測(cè)量其諧振頻率。4分析電路并計(jì)算其頻率是否與所測(cè)的頻率相同。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2

2、.確定合理的總體方案。以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)成績(jī)（20%）： 答辯成績(jī)（30%）： 論文成績(jī)（50%）： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì)（論 文）目 錄第1章 電路反饋振蕩器設(shè)計(jì)方案論證11.1電路反饋振蕩器的應(yīng)用意義11.2電感反饋振蕩器設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)11.3

3、 設(shè)計(jì)方案論證11.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析2第2章 電感反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)32.1電感反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)32.2 電感反饋振蕩器電路參數(shù)計(jì)算42.3電路仿真結(jié)果分析72.4電路性能分析7第3章 設(shè)計(jì)總結(jié)9參考文獻(xiàn)10第1章 電路反饋振蕩器設(shè)計(jì)方案論證1.1電路反饋振蕩器的應(yīng)用意義振蕩器是不需要外信號(hào)激勵(lì)，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。電感三點(diǎn)式振蕩電路是正弦振蕩電路中極重要的一種。它能產(chǎn)生各種頻率的正弦信號(hào)，不但能產(chǎn)生高頻，也能產(chǎn)生低頻。它在各種電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。例如，無線電發(fā)射機(jī)中的載波信號(hào)源，接收設(shè)備中的本地振蕩信號(hào)源，以及各種測(cè)量?jī)x器。1.2電感反饋振蕩器設(shè)計(jì)的要求及技

4、術(shù)指標(biāo)1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。1.3 設(shè)計(jì)方案論證電感三點(diǎn)式振蕩電路是正弦波振蕩電路中極為重要的一種。它由晶體管所構(gòu)成的放大電路，以及由LC所構(gòu)成的反饋電路所組成的。其中電感L1與L2組

5、成一個(gè)分壓器，它們通常繞在一個(gè)線圈架上，其間有互感M，其合成的電感量L成為L(zhǎng)= L1+ L2+2M。因此，其振蕩頻率f如下，要滿足振蕩條件，反饋信號(hào)的相位必須與信號(hào)的相位為一致。假設(shè)合成電感量L所發(fā)生的電壓為e，中間的接點(diǎn)E的左方線圈為L(zhǎng)1，右方線圈為L(zhǎng)2。此時(shí)，L1與L2所發(fā)生的電壓雖然為同一方向，但是，如果以E點(diǎn)為基準(zhǔn)，考慮到L1與L2的電壓時(shí)，L1所發(fā)生的電壓相對(duì)于所發(fā)生的電壓e成為逆相。因此，以接點(diǎn)E為基準(zhǔn)，電壓Vbe與Vce為逆相，也即是相位相差180°。而Vbe為晶體管放大器的輸入信號(hào)，與輸出信號(hào)Vce相位差l80°。結(jié)果，相位差合計(jì)為360°，使反饋

6、信號(hào)成為同相，達(dá)到產(chǎn)生振蕩的條件。1.4 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析晶體管放大電路LC振蕩回路信號(hào)輸出圖1-1總體方框圖第2章 電感反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)2.1電感反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)任何一種反饋式振蕩器，至少應(yīng)包括以下三個(gè)組成部分:1. 放大電路。自激振蕩器不但要對(duì)外輸出功率，而且還要通過反饋網(wǎng)絡(luò)，供給自身的輸入激勵(lì)信號(hào)功率。因此，必須有功率增益。當(dāng)然，能量的來源與放大器一樣，是由直流電源供給的。2. 反饋、選頻網(wǎng)絡(luò)。自激振蕩器必須工作在某一固定的頻率上。一般在放大器的輸出端接有一個(gè)決定頻率的網(wǎng)絡(luò)，即只有在指定的頻率上，通過輸出網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)，才有閉環(huán)相移的正反饋，其它頻率不滿足正反饋的條件。3. 穩(wěn)

7、幅環(huán)節(jié)。自激振蕩器必須能自行起振，即在接通電源后，振蕩器能從最初的暫態(tài)過度到最后的穩(wěn)態(tài)，并保持一定幅度的波形?？傮w電路圖如下：圖2-1總體電路圖2.2 電感反饋振蕩器電路參數(shù)計(jì)算在考慮互感M的情況下，振蕩頻率：代入數(shù)值 ；因此；在忽略互感M的情況下，反饋系數(shù)：；起振條件：；其中，為考慮振蕩回路阻抗后的晶體管等效輸出導(dǎo)納，；此處為輸出回路的諧振阻抗。接入系數(shù)： 振蕩的平衡條件: 上式稱為振蕩器的平衡條件，表明振蕩電路形成穩(wěn)定輸出后，放大電路的放大倍數(shù)和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)的乘積等于1。它包含兩層意思，其一，上式兩邊的模應(yīng)該相等，即 表明平衡時(shí)反饋系數(shù)和放大倍數(shù)幅值的乘積應(yīng)等于1，這一式子稱為幅值平

8、衡條件。兩邊相位也應(yīng)該相等，因此放大倍數(shù)的相位（即放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的相位差）和反饋系數(shù)相位（即反饋電壓與放大電路輸出電壓之間的相位差）之和應(yīng)等于2的整數(shù)倍，即：（n為正整數(shù)）。振蕩的穩(wěn)定條件：1. 振幅穩(wěn)定條件：在實(shí)際振蕩電路中，不可避免地存在各種電的擾動(dòng)，如電源電壓、溫度等外界因素的變化引起三極管和回路參數(shù)變化等。當(dāng)振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)后，上述原因均可能破壞平衡條件，使電路頻率發(fā)生變化或自激、停振等。如圖2-2所示為電壓增益曲線圖。圖中為放大器電壓增益，1/為反饋系數(shù)的倒數(shù)。由于反饋系數(shù)與輸入電壓的大小無關(guān)，因此在圖中為一平行于橫座標(biāo)的直線。當(dāng)較小時(shí)，隨著的增大，逐漸增大，這時(shí)晶

9、體管工作在甲類狀態(tài)；達(dá)到最大值后，又將隨的增大而減小，此時(shí)晶體管工作在甲乙類狀態(tài)。曲線與直線有兩個(gè)交點(diǎn)，和點(diǎn)。在兩個(gè)交點(diǎn)處，都是平衡點(diǎn)。在點(diǎn)，若增大，增大，1，振蕩越來越強(qiáng)。反之，若減小，減小，1，振蕩減弱。因此，是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。在點(diǎn)，若增大，減小，1，于是振蕩振幅減弱，又回到點(diǎn)；若減小，增大，這時(shí)1，于是振蕩振幅自動(dòng)增大，又回到點(diǎn)。因此，點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。所以振幅穩(wěn)定條件是：在穩(wěn)定平衡點(diǎn)附近，隨著的增加，減小?；蛘哒f，對(duì)的斜率是一負(fù)值。從以上分析可見，起振時(shí)應(yīng)大于點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫軸，這樣才能起振，并將平衡點(diǎn)建立在穩(wěn)定的點(diǎn)。圖2-2 振幅穩(wěn)定條件2. 相位穩(wěn)定條件： 由于電路中的擾動(dòng)，暫時(shí)破壞了相位平

10、衡條件，即 ，使振蕩頻率發(fā)生變化，當(dāng)擾動(dòng)離去后，振蕩頻率還能否回到原來的穩(wěn)定頻率點(diǎn)。如圖2-3所示為兩種相頻特性曲線，先研究圖2-3（a）的曲線。設(shè)原來的振蕩頻率為，由于外界干擾引入時(shí)，頻率提高到，頻率的變化量為。此頻率變量，通過其負(fù)載的相頻特性，引起的相位變量為。由此可見，相移變化的趨勢(shì)將加劇，而不是減弱，這勢(shì)必引起振蕩的相位平衡被破壞，因此不是穩(wěn)定平衡。而對(duì)于圖2-3（b）曲線。頻率的變化量，通過負(fù)載的相頻特性，引起的相位變量為。它與符號(hào)相反，可以互相補(bǔ)償，如果補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果使+（）= 0時(shí)，達(dá)到了新的平衡點(diǎn)，即頻率穩(wěn)定在新的振蕩頻率處。因此，當(dāng)相頻特性的形狀如圖2-3（b）所示時(shí)，受到擾動(dòng)后

11、振蕩將在原來的平衡點(diǎn)附近重新達(dá)到平衡。相位穩(wěn)定平衡的條件是：隨著頻率的提高，相位減小?；蛘哒f，相頻特性的斜率是負(fù)值。圖2-3 相位穩(wěn)定條件(a）不穩(wěn)定平衡 （b）穩(wěn)定平衡(a)(b) 電路仿真實(shí)現(xiàn)2.3電路仿真結(jié)果分析圖2-4 電路仿真結(jié)果在仿真過程中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不滿足電感三點(diǎn)式電路的起振條件時(shí)，電路不起振，幅值均呈一條直線；當(dāng)起振條件滿足后，電路起振，幅值基本呈正弦變化，從形成振蕩的過程可知，電路在起振之初為小信號(hào)工作狀態(tài)，隨著振蕩的不斷增長(zhǎng)，將進(jìn)入大信號(hào)工作狀態(tài)。由于晶體管特性曲線的非線性，使其集電極電流逐漸減小，此時(shí)的平均電流為起振后的直流電流，它必大于靜態(tài)時(shí)的工作點(diǎn)電流，主要根據(jù)起振前

12、后，發(fā)射極直流電壓是否變化。若發(fā)射極電壓大于靜態(tài)時(shí)的電壓，表明電路已發(fā)生振蕩。由圖可以計(jì)算得到，振蕩器產(chǎn)生信號(hào)的實(shí)際周期T=0.15ms，即頻率fo=6667Hz；分析可知實(shí)際頻率與計(jì)算所得頻率有誤差，這應(yīng)該是由于計(jì)算時(shí)忽略了互感M，使得計(jì)算頻率偏高所引起的；2.4電路性能分析電感反饋振蕩電路的優(yōu)點(diǎn)是：由于L1與L2之間有互感存在，而且L1、L2之間偶合很緊，并且正反饋較強(qiáng)，所以容易起振。其次是改變回路電容來調(diào)整頻率時(shí)，基本上不影響電路的反饋系數(shù)，比較方便。這種電路的主要缺點(diǎn)是：與電容反饋振蕩電路相比，其振蕩波形不夠好。這是因?yàn)榉答佒窞楦行灾?，?duì)高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故對(duì)于LC回路中的高次諧

13、波反饋較強(qiáng)，波形失真較大。其次是當(dāng)工作頻率較高時(shí)，由于L1和L2上的分布電容和晶體管的極間電容均并聯(lián)于L1與L2兩端，這樣，反饋系數(shù)F隨頻率變化而改變。工作頻率愈高，分布參數(shù)的影響也愈嚴(yán)重，甚至可能使F減小到滿足不了起振條件。因此，這種電路盡管它的工作頻率也能達(dá)到甚高頻波段，但是在甚高頻波段里，優(yōu)先選用的還是電容反饋振蕩器。第3章 設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次電子課程設(shè)計(jì),使我對(duì)電子這門學(xué)科有了更深層次的認(rèn)識(shí)并且使自己對(duì)電子這一學(xué)科產(chǎn)生了濃厚的興趣,在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中,通過圖書館閱覽室，借書處和上網(wǎng)查資料，都使自己對(duì)電子這一學(xué)科的知識(shí)得到了擴(kuò)展，也發(fā)散了自己的思維。在完成這個(gè)設(shè)計(jì)之后，我又重新將自己的

14、設(shè)計(jì)仔細(xì)思考了一番，不會(huì)的地方和可以向老師和同學(xué)請(qǐng)教。在開始進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，我基本上都是參照書本或者網(wǎng)上的例子進(jìn)行。這樣就可以為自己的設(shè)計(jì)方案定好位，樹立一個(gè)榜樣，可以讓我熟悉軟件的操作環(huán)境，了解設(shè)計(jì)方法和步驟，更加深刻理解基本概念及對(duì)本次課設(shè)的總體思路都有所了解和掌握。等到自己設(shè)計(jì)的時(shí)候，可能會(huì)在設(shè)計(jì)中碰到更多的問題，這就要求我要更多的去查資料，爭(zhēng)取盡快的解決問題同時(shí)這樣也能讓我學(xué)到更多的知識(shí)，而且在解決遇到的問題時(shí)會(huì)更加引發(fā)自己的思考，對(duì)自己的信心和毅力都是一種考驗(yàn)。我想我們不論在學(xué)任何一門課程的過程中，都應(yīng)當(dāng)有一種勇于探索和不斷創(chuàng)新的精神，同時(shí)毅力也是最好的催化劑。在這次課程設(shè)計(jì)的過程中使我學(xué)會(huì)了繪圖軟件的使用，如Protel、EWB等，因?yàn)檫@幾個(gè)軟件有它們很大的優(yōu)勢(shì)，在學(xué)習(xí)使用過程中我也深有體會(huì)，特別是EWB，功能很強(qiáng)大，基本上能滿足我在設(shè)計(jì)中的任何要求，為我在畫電路圖時(shí)提供了很大的方便。還有設(shè)計(jì)時(shí)所采用的公式，我可以利用Microsoft Word來對(duì)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)和編輯。這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期多左右，通過這一個(gè)多星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，理論知識(shí)還不夠扎實(shí)。 對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個(gè)人永