晶體振蕩器的設計

1、1.課程設計的目的3 2.課程設計的內容33.課程設計原理34.課程設計的步驟或計算55.課程設計的結果與結論116.參考文獻16一、設計的目的設計一個晶振頻率為20MHz，輸出信號幅度5V（峰-峰值），可調的晶體振蕩器二、設計的內容本次課程設計要求振蕩器的輸出頻率為20Mhz，屬于高頻范圍。所以選擇LC振蕩器作為參考對象，再考慮輸出頻率和振幅的穩(wěn)定性，最終選擇了克拉潑振蕩器。通過ORCAD的設計與仿真，Protel繪制PCB版圖，得到了與理論值比較相近的結果，這表明電路的原理設計是比較成功的，本次課程設計也是比較成功的。三、設計原理1 振蕩器的概述在電子線路中，除了要有對各種電信號進行放大的

2、電子線路外，還需要有在沒有激勵信號的情況下產生周期性振蕩信號的電子線路，這種電子線路就是振蕩器。振蕩器是一種能量轉換器，它不需要外部激勵就能自動地將直流電源共給的功率轉換為制定頻率和振幅的交流信號功率輸出。振蕩器一般由晶體管等有源器件和某種具有選頻能力的無源網絡組成。振蕩器的種類很多，根據(jù)工作原理可分為反饋型振蕩器和負阻型振蕩器，根據(jù)所產生的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器；根據(jù)選頻網絡可分為LC振蕩器晶體振蕩器RC振蕩器等。2振蕩器的振蕩條件反饋型振蕩器的原理框圖如下：圖1.1 反饋型振蕩器的原理框圖如圖1，放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網絡的電壓反饋系數(shù)為F(s)，則閉環(huán)電壓放

3、大倍數(shù)Ku(s)的表達式為1： Ku(s)= ( 11)由 K(s)= (12)F(s)= (13)Ui(s)=Us(s)+ (14)得 Ku(s)= (15)其中T(s)=K(s)F(s)= (16)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用s=j帶入就得到穩(wěn)態(tài)下的傳輸系數(shù)和環(huán)路增益。由式(15)可知，若在某一頻率=1上T(j)，Ku（j）將趨近于無窮大，這表明即使沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。因此自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1，即 T(j)=K(j)F(j)=1 (17)通常稱為振蕩器的平衡條件。由式(16)還可知|T(j)|1，|Ui (j)|,形成增幅振蕩。 |T(j)|1, |1相位起振條件：=

4、K+F=2n n=0,1,2,3穩(wěn)定條件：振幅穩(wěn)定條件：|Ui=UiA0 相位穩(wěn)定條件：| Ui=UiA(310)f1max。同時希望電流放大系數(shù)大些，這樣即容易振蕩，也便于減小晶體管喝回路之間的耦合。雖然不要求振蕩器中晶體管輸出多大的功率，但考慮到穩(wěn)頻等因素，晶體管的管功率應該留有足夠的余量。2直流饋電線路的選擇為保證振蕩器起振的振幅條件，起始工作點應設置在線性放大區(qū)；從穩(wěn)頻出發(fā)，穩(wěn)定狀態(tài)應該在截止區(qū)而不應該在飽和區(qū)，否則回路的有載品質因數(shù)QL將會下降。所以，通常應將晶體管的靜態(tài)偏置點設置在小電流區(qū)，電路采用自偏壓。對于小功率晶體管，集電極靜態(tài)電流約為14mA。3振蕩回路元件的選擇從穩(wěn)頻出發(fā)

5、，振蕩回路中電容C應該盡可能大，但C過大不利于波段工作；電感L也應盡可能大，但L過大后，體積大，分布電容大，L過小回路的品質因數(shù)過小。因此應合理的選擇C，L。在短波范圍，C一般取幾十至幾百皮發(fā)，L一般去0.1至幾十微亨。4反饋回路元件的選擇為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以及容易起振，在靜態(tài)工作點應該選擇YfRL=35當靜態(tài)工作點確定后，Yf的值就一定，對于小功率晶體管課近似認為Yf=gm=反饋系數(shù)的大小應在下列范圍內選擇F=0.10.5根據(jù)上述內容，再結合工程上一些元器件的標稱值，先確定R1 、R2、Rc、Re的值分別為：24K、56K、3K、1K。根據(jù)克拉潑振蕩器振蕩頻率公式：10= =要使

6、振蕩器的速出頻率f=10MHZ取L=10 C3=100pF五、設計的結果與結論1電路圖的設計4（1）利用ORCAD軟件設計出電路圖，并對所設計電路工作原理進行分析。調用orcad/capture cis所繪制的電路圖如下：圖4.1 克拉潑振蕩器電路圖2電路的仿真在4.1所繪制的電路圖的基礎上，進行電路的后處理以后，調用ORCAD/Pspice軟件進行電路的模擬。根據(jù)電容三點式電路的組成特點我們可以知道輸出信號應當是從集電極輸出。經過如下的設置：圖4.2 仿真前的設置由上圖的設置我們可以看出，以下進行的是時域的分析輸出波形為集電極電壓隨時間的變化信號。 圖4.3 克拉潑振蕩器的時域輸出波形圖從上

7、圖我們可以看到在時間軸上輸出波形開始時幾乎為零，慢慢的變大，最后趨于穩(wěn)定，這就是振蕩器從起振到最后穩(wěn)定的一個過程。除了時域我們更關心的是振蕩器的輸出頻率問題，下面經過傅里葉變換，我們可以看到頻域波形.4.3PCB版圖的繪制圖4.4 克拉潑振蕩器的頻域輸出波形從上圖我們可以看處輸出的信號中，信號主要集中在10Mhz之間，諧波成分幾乎為零，這和通過公式1= 計算出的理論值是很接近的，所以仿真是比較成功的。3.PCB版圖的繪制6利用protel軟件，先畫出電路原理圖，經過電器規(guī)則檢查無誤后，生成PCB版圖，然后經過自動布線，生成如下的PCB: 圖4.5 克拉潑振蕩器的PCB版圖4.收獲、體會和建議為

8、期兩周的課程設計結束了，通過這次設計讓我更好的掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了元件的結構及掌握了各元件的工作原理和其具體的使用方法。更加深刻地理解課本知識。 在此次做課程設計的過程中，我深深地感受到了自己所學到知識的有限和自身的不足，以及理論和實踐的巨大差距。另外通過課設我更進一步地熟悉了晶體管的應用，鞏固了模數(shù)電和電路方面的知識，起到了溫故知新的作用，此外我還學會了兩種電路設計與仿真軟件ORCAD和Protel的使用，這真是一大收獲。最重要的是：在這次課程設計中，我對兩種電路設計軟件ORCAD和Protel的使用經歷了從陌生到熟悉的過程，在這個過程中，通過自己的摸索和與同學們的交流，我攻克了許多難題一步一步地學會了兩種軟件的使用，這讓我深刻體會了獨立思考和與人合作的重要性，在以后的學習工作中必須要加強這兩種能力。六、參考文獻1曾興雯等，高頻電路原理與分析.西安電子科技大學出版社,2004.012康華光,電子技術基礎模擬部分.高等教育出版社,2006.013張肅文,高頻電子線路M.高等教育出版社，2