電子線路課程設(shè)計(jì)-高頻LC振蕩器

1、高頻LC振蕩器專業(yè)班級： 12級電信三班 姓 名： 彭祝凡 趙騫 秦海華 學(xué) 號： 080212129 080212123 08021125 指導(dǎo)教師： 李強(qiáng) 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2014年12月11日 物理與電氣工程學(xué)院 2014 年 12 月 11 日摘要在信息飛速發(fā)展的時(shí)代，對信息的獲取,傳輸與處理的方法越來越受到人們的重視。如何高速快捷且沒有失真的傳遞信息成為關(guān)注的熱點(diǎn)。通過對高頻電子線路的學(xué)習(xí)，了解到高頻信號發(fā)生器主要用來向各種電子設(shè)備和電路提供高頻信號或高頻標(biāo)準(zhǔn)信號，以便測試各種電子設(shè)備和電路的電器特性.一般采用LC諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的刻度讀出。高頻信號發(fā)生器主要是產(chǎn)生高頻正弦

2、震蕩波，故電路主要是高頻振蕩電路構(gòu)成。振蕩器的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的信號源，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。為此，振蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子線路。振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路。其中三點(diǎn)式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時(shí)為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進(jìn)的電容反饋振蕩器。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，震蕩頻率可以做得很高。通過對各電路的比較，以及根據(jù)課設(shè)要求頻率穩(wěn)定度等綜合

3、考慮，最終選擇西勒振蕩器，繼而通過multisim設(shè)計(jì)電路和仿真，并完成相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵字：三點(diǎn)式，振蕩器，西勒電路，multisim目 錄摘要.21. 概述.42. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.42.1 設(shè)計(jì)任務(wù).42.2 設(shè)計(jì)要求.43. 理論設(shè)計(jì).43.1方案論證.43.2系統(tǒng)設(shè)計(jì).53.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明.53.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理.53.3 單元電路設(shè)計(jì).63.3.1單元電路工作原理.63.3.2元件參數(shù)選擇.84. 安裝調(diào)試.94.1 安裝調(diào)試過程.94.2 故障分析.105. 結(jié)論.106. 使用儀器設(shè)備清單.107. 收獲、體會(huì)和建議.118. 參考文獻(xiàn).11.1 概述在

4、本次課程設(shè)計(jì)中，為了熟悉高頻電子線路課程，著眼于LC正弦波振蕩器的分析和研究。振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路。其中三點(diǎn)式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時(shí)為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進(jìn)的電容反饋振蕩器。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，震蕩頻率可以做得很高。2. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)高頻LC振蕩器，純硬件。2.2 設(shè)計(jì)要求要求中心頻率為10.7MHz

5、小信號諧振放大器，峰峰值大約為2V，可調(diào)電容改變振蕩頻率，滑動(dòng)變阻器改變靜態(tài)工作點(diǎn)。3 理論設(shè)計(jì)3.1方案論證振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路。其中三點(diǎn)式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時(shí)為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進(jìn)的電容反饋振蕩器。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，震蕩頻率可以做得很高。通過對各電路的比較，以及根據(jù)課設(shè)要求頻率穩(wěn)定度等綜合考慮，最終選擇西勒振蕩器，繼而通

6、過multisim設(shè)計(jì)電路和仿真，并完成相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明圖1 構(gòu)成一個(gè)LC振蕩器必須具備以下三個(gè)條件：1)一套振蕩回路，包含兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件。在這兩個(gè)元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就能接收能量。釋放和接收能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定元件數(shù)值。 2）一個(gè)能量來源，補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量損失。在晶體管振蕩器中，這個(gè)能量就是直流電源。 3）一個(gè)控制設(shè)備，可以使電源功率在正確的時(shí)刻補(bǔ)充電路的能量損失，以維持等幅振蕩，這是由有源器件和正反饋電路完成的。3.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理圖2 振蕩器是不需要外激勵(lì)信號，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置

7、。LC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。振蕩器根據(jù)自身輸出的波形可分為正弦和非正弦振蕩器，這個(gè)是正弦振蕩器。3.3 單元電路設(shè)計(jì) 3.3.1單元電路工作原理 直流電源補(bǔ)充振蕩電路電阻所引起的能量損失，C1和C2兩個(gè)電容一個(gè)接受能量時(shí)另一個(gè)就釋放能量，釋放和接收可以往返進(jìn)行，有源器件和正反饋電路使電源正確時(shí)刻補(bǔ)充能量。反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理振蕩器是不需要外信號激勵(lì)，自身將直流電能轉(zhuǎn)化為交流的裝置。反饋式振蕩器有兩部分組成：放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)。框圖如下所示。放大器的增益：A=V0/V1反饋系數(shù)：F=Vf/V0圖3振蕩器必須滿足的條件（1）起振

8、條件振蕩電路在剛接通電源的時(shí)候，晶體管的電流從零越變到某一數(shù)值，同時(shí)電路中還有噪聲，它們具有很寬的頻譜。由于放大器負(fù)載回路的選頻作用，其中只有某個(gè)頻率分量才能通過反饋網(wǎng)絡(luò)加到放大器的輸入端，這就是振蕩器最初激勵(lì)信號。為了使振蕩器在接通直流電源后能夠自動(dòng)起振，則要求反饋電壓在相位上與放大器輸入電壓同相，在幅度上則要求Vf>Vi，起振的充分必要條件?？梢詫懗桑篎A>1 (振幅起振條件)A+F=2n n=0,1，2，3（相位起振條件）(2)平衡條件振蕩器幅度不能無限增長下去，當(dāng)達(dá)到某數(shù)字時(shí)候，振蕩器將保持幅度不變，這時(shí)候有Vf=Vi，所以平衡條件為AF=1，或者可以寫成： AF=1 （振

9、幅平衡條件） A+F=2n n=0,1，2，3（相位平衡條件）（3）穩(wěn)定條件當(dāng)振蕩器受到外部因數(shù)的擾動(dòng)（如電源電壓波動(dòng)，溫度變化，噪聲干擾等會(huì)），將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變壞破壞原來的平衡狀態(tài)。如果通過放大器和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致振蕩器或突變到新的平衡狀態(tài)，則表明原來的平衡條件是不穩(wěn)定的，反之，如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的趨勢，并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài)，則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。1） 振幅穩(wěn)定條件要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說，就是在平衡點(diǎn)附件，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大，環(huán)路增益將

10、減小，從而振幅減小。2） 相位平衡條件同理，要使相位穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止相位變化的能力，既有振蕩器的相位穩(wěn)定條件。 3.3.2元件參數(shù)選擇合理的地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系。一般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離飽和區(qū)靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流Icq大約在0.4到4mA之間。故本次設(shè)計(jì)中：選Icq=1.5mA，Vceq=6V, =100則有 Re+Rc=(Ucc-Uceq)/Icq=(12-6)/1.4=4K為提高電路穩(wěn)定性Rc的值適當(dāng)增大，取Re=1K,Rc=4K因：Ieq=Icq/ 則：I

11、eq=0.015mA一般流過Rb2的電流為510Ibq，若取7Ibq因：Rb2=Vbq/Ibq Vbq=Veq+0.7 Rb2=2.2/(0.015*7)=21 K所以取標(biāo)稱電阻2 0K因：Rb1=Rb2*(Vcc-Vbq)/Vbq=90K根據(jù)本文對該LC振蕩器提出的指標(biāo)要求，選取的電感、電容參數(shù)要滿足以下關(guān)系表達(dá)式（1） 所以可調(diào)電容選20PF與電感選10uH并 聯(lián)，再與10PF電容串聯(lián)。 （2）（3）其中為中心頻率，為品質(zhì)因數(shù)，為等效諧振電阻故選C1=C2=220PF4. 安裝調(diào)試4.1 安裝調(diào)試過程圖4中心頻率圖5 震蕩波形頻率范圍可由158.6MHz變化，由可調(diào)電容改變。 4.2 故障

12、分析仿真出來的波形有略微失真，不是很穩(wěn)定。通過查找資料知道需要從以下方面下手：首先要看相位平衡條件是否滿足。對振蕩電路要看是否滿足對應(yīng)的相位平衡判斷標(biāo)準(zhǔn)。此外，還要看振福平衡條件所包含的各種因素中找原因。除此以外：1）靜態(tài)工作點(diǎn)選的太小 2）電源電壓過低，使震蕩管放大倍數(shù)太小 3）負(fù)載太重，振蕩管與回路間耦合過緊，回路Q值太低 4）回路特性阻抗或介入系數(shù)pce太小，使回路諧振阻抗RO太低 5)反饋系數(shù)Kf太小，不易滿足振幅條件。當(dāng)Kf并非越大越好，應(yīng)適當(dāng)選取，所以仍然需要尋找適當(dāng)方法進(jìn)而完善電路。5. 結(jié)論 在這個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我學(xué)會(huì)了振蕩電路的一些基礎(chǔ)理論知識，在設(shè)計(jì)電路元件參數(shù)時(shí)首先要考慮電路

13、起振條件和平衡條件，這分別包含振幅條件和相位條件。正反饋網(wǎng)絡(luò)是西勒振蕩器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，正反饋使輸出起到與輸入相似的作用是系統(tǒng)偏差不斷增大，是系統(tǒng)震蕩。我還明白普通電容三點(diǎn)式電路與克拉潑振蕩器以及西勒振蕩器之間的不同優(yōu)勢。 6. 使用儀器設(shè)備清單 精密可調(diào)電位器100k一個(gè)，直流12V1A開關(guān)電源適配器一個(gè)，電阻1k，20k，3k各一個(gè)，10uH電感一個(gè)，221pF兩個(gè)，20pF直插可調(diào)電容一個(gè)，0.1uF電容兩個(gè)個(gè)，10pF一個(gè)個(gè)，三極管S9018一個(gè)，7cm*9cm萬能電路板一個(gè)。7. 收獲、體會(huì)和建議 雖然電子線路課程設(shè)計(jì)只有短短四周時(shí)間，但是我收獲頗深。在本次課程設(shè)計(jì)中，我選擇的題目是LC振蕩器的設(shè)計(jì)，結(jié)合自己所學(xué)的高頻電路知識，了解到，電感三點(diǎn)式震蕩器調(diào)頻方便，容易起振且輸出波形不理想。電容式點(diǎn)式振蕩器震蕩波形好但頻率穩(wěn)定度低?？死瓭娬袷幤髡袷庮l率改變可不影響反饋系數(shù)，震蕩幅度比較穩(wěn)定但可調(diào)范圍小。西勒振蕩器震蕩幅度比較穩(wěn)定，振蕩頻率可以較高，波形覆蓋系數(shù)較大，波形范圍內(nèi)輸出電壓幅度比較穩(wěn)