正弦波課程設(shè)計(jì)報(bào)告

PAGEPAGE3沈航北方科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書教學(xué)系部信息工程系專業(yè)電子信息工程課程設(shè)計(jì)題目正弦波振蕩器設(shè)計(jì)班級(jí)B041201學(xué)號(hào)B04120101姓名陳欣榮課程設(shè)計(jì)時(shí)間:2012年12月31日至2013年1月13日課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：（一）主要內(nèi)容本課題旨在根據(jù)已有的知識(shí)及搜集資料設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波振蕩器，要求根據(jù)給定參數(shù)設(shè)計(jì)電路，并利用multisim仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，達(dá)到任務(wù)書的指標(biāo)要求，最后撰寫課設(shè)報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容參照課設(shè)報(bào)告文檔模版的要求，主要包括有關(guān)理論知識(shí)介紹，電路設(shè)計(jì)過(guò)程，仿真及結(jié)果分析。主要技術(shù)指標(biāo)：輸出頻率10.5MHz，輸出幅度（有效值）5V。（二）基本要求根據(jù)題目及基本要求（技術(shù)指標(biāo)）查閱相關(guān)資料和書籍，設(shè)計(jì)（計(jì)算）電路，確定元器件參數(shù)（2天）。待電路設(shè)計(jì)完成后，上機(jī)進(jìn)行電路仿真（使用Multisim）。仿真過(guò)程中用到的儀器、調(diào)試方法、排故過(guò)程及電路技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量要做記錄，最終寫到報(bào)告中（6天）。報(bào)告正文按目錄要求撰寫，其他內(nèi)容見(jiàn)格式說(shuō)明（2天）。（三）主要參考書[1]謝沅清等.通信電子電路.北京：電子工業(yè)出版社，2008.[2]張肅文.高頻電子線路.（第六版）北京：高等教育出版社，2008.[3]從宏濤.Multisim8仿真與應(yīng)用實(shí)例開(kāi)發(fā).清華大學(xué)出版社，2005.3（四）評(píng)語(yǔ)（五）成績(jī)指導(dǎo)教師年月日摘要高頻信號(hào)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(hào)源，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。所以，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。本課設(shè)，首先，算出電路靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)，設(shè)置出電路的濾波電路,，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)試滑動(dòng)變阻器，得出滿足任務(wù)書要求的輸出頻率與輸出幅度。關(guān)鍵字：振蕩器；頻率；正弦波。正弦波振蕩器設(shè)計(jì)PAGEPAGE9配料車控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1,緒論 22、方案的確定 23、工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算 33.1三極管2N2222的介紹 33.2電路參數(shù)的設(shè)計(jì) 34、總體電路設(shè)計(jì)和仿真分析 44.1仿真電路和靜態(tài)工作點(diǎn) 44.2仿真的振蕩頻率和幅度 54.3誤差分析 75、心得體會(huì) 7參考文獻(xiàn) 8附錄 8附錄Ⅰ元器件清單 8附錄Ⅱ電路總圖 91,緒論電容三點(diǎn)式振蕩器，也叫考畢茲振蕩器，是自激振蕩器的一種，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形好。電容三點(diǎn)式振蕩器是自激振蕩器的一種，由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋放大器組成。因振蕩回路兩串聯(lián)電容的三個(gè)端點(diǎn)與振蕩管三個(gè)管腳分別相接而得名。它的優(yōu)點(diǎn)是：反饋電壓取自電容，而電容對(duì)晶體管非線性特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗，所有反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形很好。其缺點(diǎn)是：反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)，如果用改變電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。為了提高穩(wěn)定度，需要對(duì)電路作改進(jìn)，以減少晶體管極間電容的影響，可以通過(guò)采用減弱晶體管與回路之間耦合的方法，可以運(yùn)用西勒振蕩器。振蕩器是不需外信號(hào)激勵(lì)、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。一個(gè)振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號(hào)是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。本課題旨在根據(jù)已有的知識(shí)及搜索資料設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波振蕩器，要求根據(jù)給定參數(shù)設(shè)計(jì)電路，并利用multisim仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，達(dá)到任務(wù)書的指標(biāo)，最后撰寫課設(shè)報(bào)告。報(bào)道內(nèi)容按照課設(shè)報(bào)告文稿模版的要求進(jìn)行，主要內(nèi)容理論知識(shí)介紹，電路設(shè)計(jì)過(guò)程，仿真以及結(jié)果分析等。主要技術(shù)指標(biāo)：輸出頻率10.5.MHz，輸出幅度（有效值）大于等于5V允許某個(gè)特定頻率能通過(guò)，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。2、方案的確定正弦波振蕩器有很多種，例如LC，RC等振蕩器，LC振蕩器還有很多種，例如電容反饋三點(diǎn)式，電感反饋三點(diǎn)式等。電容反饋三點(diǎn)式穩(wěn)定性好，波形輸出較為理想，同時(shí)，可得到較高的振蕩頻率。本次課程設(shè)計(jì)的電容反饋三點(diǎn)式振蕩器是自激振蕩器的一種，振蕩器是不需要外加信號(hào)激勵(lì)，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。由學(xué)過(guò)的知識(shí)知道，構(gòu)成一個(gè)振蕩器必須具備下列一些最基本的條件：（1）任何一個(gè)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)儲(chǔ)能元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。接收和釋放能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定于元件的數(shù)值。（2）電路中必須要有一個(gè)能量來(lái)源，可以補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的損耗。在電容三點(diǎn)式振蕩器中，這些能量來(lái)源就是直流電源。（3）必須要有一個(gè)控制設(shè)備，可以使電源在對(duì)應(yīng)時(shí)刻補(bǔ)充電路的能量損失，以維持等幅震蕩。這是由有源器件（電子管，晶體管或集成管）和正反饋電路完成的。3、工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算3.1三極管2N2222的介紹2N2221A三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例，當(dāng)基極電壓有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流也隨之有一小的變化，受基極電流的控制，集電極電流會(huì)有一個(gè)很大的變化，即基極電流控制集電極電流的變化。但集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β，β一般在幾十到幾百倍。對(duì)于晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)，合理地選取振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)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)而靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流大約在0.8-4mA之間選取。3.2電路參數(shù)的設(shè)計(jì)振蕩回路元件的確定回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)為總電容C和總電感L兩部分。確定這些元件參量的方法，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計(jì)算出另一種電抗元件量。從原理來(lái)講，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的觀點(diǎn)出發(fā)，以保證回路電容遠(yuǎn)大于總的不穩(wěn)定電容原則，先選定為宜。若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應(yīng)取大一些，這有利于減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極間電容等變化的影響。但C不能過(guò)大，C過(guò)大，L就小，Q值就會(huì)降低，使振蕩幅度減小，為了解決頻穩(wěn)與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系數(shù)，不能過(guò)大或過(guò)小，適宜1/8—1/2。根據(jù)公式（其中），可對(duì)振蕩頻率進(jìn)行理論計(jì)算。當(dāng)取50pF時(shí)，=0.186*10^9=10.347MHz。對(duì)于晶體振蕩，只需和晶體并聯(lián)一可調(diào)電容進(jìn)行微調(diào)即可。為了盡可能地減小負(fù)載對(duì)振蕩電路的影響，振蕩信號(hào)應(yīng)盡可能從電路的低阻抗端輸出。例如發(fā)射極接地的振蕩電路，輸出宜取自基極；如為基極接地，則應(yīng)從發(fā)射極輸出。如圖電路原理圖如圖3.2.1所示圖3.2.1電路原理圖4、總體電路設(shè)計(jì)和仿真分析4.1仿真電路和靜態(tài)工作點(diǎn)（1）在電子平臺(tái)上組建仿真電路，如圖4.1.1所示，其中，需雙擊可變電容圖標(biāo)，將彈出的對(duì)話框中的“Key”欄設(shè)置成“B”；“Increment”欄改成1%；雙擊電位器圖標(biāo)，將彈出的對(duì)話框中的“Increment”欄也改成1%。圖4.1.1仿真電路圖4.2仿真的振蕩頻率和幅度1.開(kāi)啟仿真開(kāi)關(guān)，雙擊虛擬示波器圖標(biāo)，從放大面板的屏幕上將看到電路的振蕩波形如圖4.1.2所示,可知幅度有效值大于5v圖4.2.1振蕩器波形圖2.雙擊頻率計(jì)，頻率計(jì)結(jié)果如圖4.2.3所示圖4.2.2頻率計(jì)仿真值電路理論計(jì)算振蕩器計(jì)算值為=10.347MHz仿真的實(shí)際頻率=10.553MHz4.3誤差分析由圖4.3的頻率計(jì)仿真值，與理論值對(duì)比發(fā)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)值和理論值間存在一定誤差，有誤差是不可能避免的。對(duì)此我們可以提高計(jì)算和仿真精度，比如降低計(jì)算過(guò)程中的計(jì)算誤差和實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程中的仿真誤差，盡可能的滿足工程要求。5、心得體會(huì)在本次課程設(shè)計(jì)中，我從各方面的設(shè)計(jì)和構(gòu)思中學(xué)到了許多知識(shí)，了解到理論和實(shí)踐結(jié)合的難度通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。平時(shí)我們只注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而忘記了我們學(xué)習(xí)的最終目的是學(xué)以致用，課程設(shè)計(jì)正是為了跳出純粹的理論知識(shí)，在實(shí)踐中檢驗(yàn)我們學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和動(dòng)手能力。在本學(xué)期學(xué)習(xí)通信電子線路這門課程時(shí)，芯片的使用只是很局限的運(yùn)用。在課程設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)很多芯片，元器件，電路都有很奇妙的作用。它們以前的作用只是一個(gè)最基本的運(yùn)用，更多的運(yùn)用會(huì)出現(xiàn)在各個(gè)實(shí)際電路中。尤其是組合的使用時(shí)的發(fā)揮效用。在設(shè)計(jì)的初期階段，我查閱了很多資料，在圖書館埋頭工作了兩天，才整理好本次課程設(shè)計(jì)電路的原理及相關(guān)電路圖。接著，通過(guò)multisim軟件的模仿調(diào)試，在備選的幾套方案中選出自己滿意的一套方案，也就是電容式振蕩器，雖然設(shè)計(jì)的時(shí)候算好了靜態(tài)工作點(diǎn)，但是在操作中還是出現(xiàn)問(wèn)題，幅值的調(diào)試使得有效值大于等于5V，但是由于電阻電容的數(shù)值有問(wèn)題，經(jīng)過(guò)調(diào)試改變數(shù)值，最終達(dá)到5V實(shí)驗(yàn)最后圓滿完成。事實(shí)告訴我們不是你計(jì)劃好的就會(huì)按張來(lái)，變化也要考慮到，這也說(shuō)明了平時(shí)的加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練是多么重要。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)前面的路有了更多的信心，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對(duì)于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。參考文獻(xiàn)[