改進(jìn)型電容三點式正弦波振蕩器

1、改進(jìn)型電容三端式振蕩器設(shè)計班級: 021213班 姓名：聶清 學(xué)號：02121221 摘 要振蕩器的種類很多，使用范圍也不相同，但是它們的基本原理都是相同的，都要滿足起振、平衡和穩(wěn)定條件。本次課設(shè)設(shè)計了改進(jìn)型電容三點式高頻振蕩器，介紹了設(shè)計步驟，比較電容三端振蕩電路和西勒振蕩電路的優(yōu)缺點，最終選擇了西勒振蕩電路。繼而通過Multisim設(shè)計電路與仿真，并用規(guī)定的電源、示波器和頻率計進(jìn)行測試與調(diào)整，得到了與理論值相近的結(jié)果。最終完成的設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：電容三點式 西勒振蕩器 Multisim 仿真II1緒 論高頻信號發(fā)生器主要用來向各種電子設(shè)備和電路提供高頻能量或者高頻標(biāo)準(zhǔn)信號，以便測試各種電子

2、設(shè)備和電路的電氣特性。它是指產(chǎn)生信號頻率為 100千赫30兆赫的高頻、30300兆赫的甚高頻信號發(fā)生器。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。高頻信號發(fā)生器主要是產(chǎn)生高頻正弦振蕩波，故電路主要是由高頻振蕩電路構(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，也是從事電子技術(shù)工作人員必須要熟練掌握的基本電路。振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC振蕩器，本次實驗采用LC振蕩器。LC振蕩器中的基本電路就是通常所說的三端式振蕩器，即LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路。其中三端式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋

3、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。同時為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過對電容三端式振蕩器的改進(jìn)可以得到西勒振蕩器。本次課設(shè)的目的就是構(gòu)成西勒振蕩器，并完成相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。2基本原理介紹2.1振蕩器的概述不需外加輸入信號，便能自行產(chǎn)生輸出信號的電路稱為振蕩器。按照產(chǎn)生的波形，振蕩器可以分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。按照產(chǎn)生振蕩的工作原理，振蕩器分為反饋式振蕩器和負(fù)阻式振蕩器。所謂反饋式振蕩器，就是利用正反饋原理構(gòu)成的振蕩器，是目前用的最廣泛的一類振蕩器。所謂負(fù)阻式振蕩器， 就是利用正反饋有負(fù)阻特性的器件構(gòu)成的振蕩器，在這種電路中，負(fù)阻所起的作用，是將振蕩器回路的正阻抵消

4、以維持等幅振蕩。反饋式振蕩電路，有變壓器反饋式振蕩電路，電感三點式振蕩電路，電容三點式振蕩電路和石英晶體振蕩電路等。 電感三點式振蕩器的電感線圈對高次諧波呈現(xiàn)高阻抗所以反饋帶中高次諧波分量較多輸出波形較差。本次設(shè)計要求我們采用的是電容三點式振蕩電路，由于電容三點式振蕩電路有一些缺陷，通過改進(jìn)，得到了西勒振蕩器。2.2振蕩器的原理振蕩器LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接構(gòu)成的電路即為三端式振蕩器，其示意圖如下圖2.1所示：圖2.1 一般形式的三點式振蕩器三點式LC正弦波振蕩器的組成法則是：與晶體管發(fā)射極相連的兩個電抗元件應(yīng)為同性質(zhì)的電抗，而與晶體管集電極基極相連的電抗元件應(yīng)與前者性質(zhì)相

5、反。也就是說上圖中、與的性質(zhì)必須相反振蕩器才能起振。設(shè)：、為純電抗元件負(fù)號表示產(chǎn)生180o相移，與Vbe和Vce間的180o相移合成為360o相移，滿足正反饋條件。為此，Xce與Xeb必為同名電抗，而Xcb須是Xce與Xeb的異名電抗。2.3電容三點式振蕩器電容三點式的原理示意圖如下圖2.2所示：圖2.2 電容三點式振蕩器 由圖可見：與發(fā)射極連接的兩個電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件C1和C2；與基極和集電極連接的為異性質(zhì)的電抗元件L，根據(jù)前面所述的班別準(zhǔn)則為，該電路滿足相位條件。其工作過程是：振蕩器接通電源后，由于電路中的電流從無到有變化 ，將產(chǎn)生脈動信號。振蕩器電路中有一個LC諧振回路，具有選頻

6、作用，當(dāng)LC諧振回路的固有頻率與某一諧振頻率相等時，電路發(fā)生諧振。雖然脈動的信號很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當(dāng)增大到一定程度時，導(dǎo)致晶體管進(jìn)入非線性區(qū)域，產(chǎn)生自給偏壓，使放大器倍數(shù)減小，最后達(dá)到平衡，此時振蕩幅度不在增大。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件，于是得到單一頻率的振蕩信號輸出。該振蕩器的振蕩頻率為：反饋系數(shù)F為： 若要它產(chǎn)生正弦波，滿足F=1/21/8,太小或者太大均不容易起振。一個實際的振蕩電路，在F確定后，其振幅增加的主要是靠提高振蕩管的靜態(tài)電流值。但是如果靜態(tài)電流值取得太大，振蕩管工作范圍容易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗降低使振蕩波形失真。嚴(yán)重時，甚至使

7、振蕩器停振。所以在實用中，靜態(tài)電流值一般取=0.5mA4mA。電容三點式的優(yōu)點是：1)振蕩波形好；2）電路的頻率穩(wěn)定度高，工作頻率可以做得較高，達(dá)到幾十赫茲到幾百赫茲的甚高波段范圍。電路缺點：若調(diào)用C1或C2改變振蕩回路的工作頻率，反饋系數(shù)也將改變使振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。3系統(tǒng)設(shè)計方案3.1西勒振蕩器電容三點式改進(jìn)型“西勒振蕩器”如下圖3.1所示： 圖3.1 西勒振蕩器電路電路的特點是在電容三點式振蕩器的基礎(chǔ)上，用一電容C4，并聯(lián)于電感L兩端。作用是保持了晶體管與振蕩回路弱耦合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。電路的振蕩頻率為：f0=12L(C3+C4)西勒振蕩電路有以下特點：1 .振蕩幅度

8、比較穩(wěn)定；2 .振蕩頻率可以較高；頻率覆蓋率較大，因而在一些短波超、短波通信機(jī)，電視接收機(jī)中用的較多。該電路振幅起振條件： 該電路相位起振條件： 振幅平衡條件： 相位平衡條件： 放大器電路由晶體三極管2N222、濾波電容、高頻旁置電容、集電極旁置電阻R1、基極旁置電阻R2、R3、射極旁置電阻R5組成。放大器可選用如電子管、晶體管等，本設(shè)計采用晶體三極管2N222作為能量控制的放大器。選頻網(wǎng)絡(luò)用來決定振蕩頻率，本設(shè)計采用LC并聯(lián)諧振回路，由C2、C3、C4、L、C5組成，要求C2，C3>>C4，C5。反饋網(wǎng)絡(luò)是將輸出信號送回到輸入端的電容分壓式正反饋網(wǎng)絡(luò)，C3和晶體管構(gòu)成正反饋。根據(jù)

9、上述對比可知。西勒振蕩器的頻率改變主要通過改變C5完成，C5的改變并不影響接入系數(shù)p，因而波段內(nèi)輸出較平穩(wěn)。而C5改變，頻率變化較明顯，使得西勒振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較大。本次課設(shè)選擇西勒振蕩電路作為正弦波發(fā)生電路。3.2電路結(jié)構(gòu)電路原理圖如下圖3.2所示： 圖3.2 改進(jìn)型電容三點式振蕩電路原理圖圖3.2中的電路主要由3部分構(gòu)成：1.起能量放大作用的三極管放大器；2.三點式回路組成的正反饋網(wǎng)絡(luò)；另外由于西勒振蕩器的的輸出阻抗比較大，帶負(fù)載的能力不強，所以有必要加一個緩沖極，來提高電路的帶負(fù)載能力。緩沖極不具有放大作用，只是原倍數(shù)的將信號輸出給下一級。3.2.1靜態(tài)工作點設(shè)置合理選擇振蕩器的靜態(tài)

10、工作點對振蕩器的起振、工作的穩(wěn)定性和波形質(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)工作點應(yīng)選在遠(yuǎn)離飽和區(qū)而靠近截至區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流大約在0.84mA之間選取，故本實驗電路中：選擇=2mA =6V ， 則 為提高電路的穩(wěn)定性值適當(dāng)增大，取=1，則=2又 2mA*1K=2V 取流過Rb2的電流為10，則 VEQ = Rb2*VccRb2+Rb1=2V，Rb20.3*Rb1可取Rb2=5.1，Rb1=17K則這樣額定電流是2mA,滿足任務(wù)要求。3.2.2振蕩回路元件確定回路中的電抗元件分為電容C和電感L兩部分。通常滿足接入系數(shù)C2/C3不能過大或者過小，否則不

11、容易起振，一般適宜1/81/2。振蕩器工作頻率為：f0=12L(C3+C4)當(dāng)LC振蕩時，=1MHz L=20H本電路中，回路諧振頻率主要由C3和C4決定，即 C3+C4=142f2L=2.533nf取C3=285pf,C4為1.0nf，因為要遵循C1,C2>>C3,C4，C1/C2=1/81/2的條件，故取C1=5.1nf，C2=10nf。3.3 電路仿真在Multisim軟件中繪制改進(jìn)型電容三點式正弦波振蕩器的電路圖，并更改好各元件數(shù)值連接好虛擬示波器，如下圖3.3所示：圖3.3 電路仿真連接圖 其中起振電路顯示波形如圖3.4所示：圖3.5為通過緩沖器后加載100K負(fù)載的波形輸出 圖3.4 加載100負(fù)載后的波形輸出和頻率5小結(jié)與體會高頻電子線路的課程設(shè)計實際操作起來卻相當(dāng)復(fù)雜。對于波形的失真，要求我們自己想辦法解決。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，而更多的任務(wù)要求實現(xiàn)需要我們?nèi)ゲ殚嗁Y料和聯(lián)系各個知識點。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