課程設(shè)計(jì)---電容反饋振蕩器電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　高頻電子線路 課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： 電容反饋振蕩器電路設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院：電子與信息工程學(xué)院 </p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p

2、><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　教師職稱： </b></p><p><b>　　起止時(shí)間： </b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語</p>

3、;<p>　　院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：通信教研室</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章電容反饋式振蕩器的設(shè)計(jì)方案論證1</p><p>　　1.1電容反饋式振蕩器的應(yīng)用意義1</p><p>　　1.2 電容反饋式振蕩器

4、的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)1</p><p>　　1.3 電容反饋式振蕩器的的電路原理2</p><p>　　1.4 電容反饋式振蕩器的方案框圖及分析4</p><p>　　第2章 電容反饋式振蕩器的電路設(shè)計(jì)及仿真5</p><p>　　2.1電路的設(shè)計(jì)依據(jù)5</p><p>　　2.2原理圖EWB軟件仿真6&l

5、t;/p><p>　　2.3 仿真結(jié)果6</p><p>　　第3章 設(shè)計(jì)總結(jié)7</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)7</b></p><p>　　第1章電容反饋式振蕩器的設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　1.1電容反饋式振蕩器的應(yīng)用意義</p><p>　　隨著社會(huì)的

6、發(fā)展，通訊工具在我們的生活中的作用越來越重要。通信工程專業(yè)的發(fā)展勢頭也一定會(huì)更好，為了自己將來更好的適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，增強(qiáng)自己對知識(shí)的理解和對理論知識(shí)的把握，本次課程設(shè)計(jì)我準(zhǔn)備制作具有實(shí)用價(jià)值的電容反饋式振蕩器。</p><p>　　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。</p><p>　　一個(gè)振蕩器必須包括三部分：放大器、

7、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對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。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個(gè)特定頻率 f能通過，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。</p><p>　　振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)是反饋電壓 U 和輸入電壓 U 要相等，這是振幅平衡條件。二是U 和U 必須相位相同，

8、這是相位平衡條件，也就是說必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個(gè)振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。</p><p>　　振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發(fā)送設(shè)備的心臟部分，也是超外差式接收機(jī)的主要部分各種電子測試儀器如信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字式頻率計(jì)等，其核心部分都離不開正弦波振蕩器。功率振蕩器在工業(yè)方面(例如感應(yīng)加熱、介質(zhì)加熱等)的用途也日益廣闊。</p>

9、<p>　　正弦波是電子技術(shù)、通信和電子測量等領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的波形之一。能夠產(chǎn)生正弦波的電路稱為正弦波振蕩器。通常，按工作原理的不同，正弦振蕩器分為反饋型和負(fù)載型兩種，前者應(yīng)用更為廣泛。在沒有外加輸入信號(hào)的條件下，電路自動(dòng)將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交變振蕩信號(hào)輸出。</p><p>　　1.2 電容反饋式振蕩器的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p&

10、gt;<b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　1．用EWB仿真，設(shè)計(jì)一個(gè)電容反饋振蕩器</p><p>　　2．能夠觀察輸出的振蕩波形。</p><p>　　3．測量其振蕩頻率。</p><p>　　4．分析電路并計(jì)算其頻率是否與所測的頻率相同。</p><p>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：振蕩頻率

11、5MHZ左右</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　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。</p><p>　　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、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

12、行方案。</p><p>　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的是電容反饋式振蕩器。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。凡是

13、可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。</p><p>　　1.3 電容反饋式振蕩器的的電路原理</p><p>　　構(gòu)成一個(gè)振蕩器必須具備下列一些最基本的條件：</p><p>　?。?）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。</p>

14、<p>　?。?）電路中必須要有一個(gè)能量來源，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，這些能量來源就是直流電源。</p><p>　?。?）必須要有一個(gè)控制設(shè)備，可以使電源在對應(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。</p><p>　　電容三端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

15、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調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。</p><p>　　電容三端振蕩器電路原理圖如圖a所示。</p><p>　　圖a

16、 電容三端振蕩器電路</p><p>　　由振蕩器諧振頻率計(jì)算公式：</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，取f=6MHz來分配合適的電容和電感。</p><p>　　LC振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分組成。為了維持震蕩，放大器的增益應(yīng)該等于1，即，因?yàn)樵谥C振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為</p><p>　　所以維持振蕩所需的電壓增

17、益應(yīng)該是：</p><p>　　電容三點(diǎn)式振蕩器的諧振頻率為 </p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中可通過測量周期T來測定諧振頻率，即</p><p>　　放大器的電壓增益可通過測量峰值輸出電壓和輸入電壓來確定，即</p><p><b>　　所以，可以得出</b></p><p>　　當(dāng)知道輸入等于多少

18、的時(shí)候，由公式可以求出</p><p>　　（4）2N2222A三極管的工作原理 </p><p>　　2N2221A三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，

19、反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。</p><p>　　但是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=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置，否則會(huì)放大失真。</p>&

20、lt;p>　　1.4 電容反饋式振蕩器的方案框圖及分析</p><p>　　圖b 電容反饋式振蕩器的方案框圖</p><p>　　濾波網(wǎng)絡(luò):濾除電源中的交流成分是外加電源中只含有直流成分，因?yàn)檎袷幤魉蟮募釉陔娐飞系碾娔苁侵绷麟娔?，而?shí)際電源很難達(dá)到純粹的直流，所以需要加這樣一個(gè)電路將其中可能的交流成分濾除。</p><p>　　放大網(wǎng)絡(luò)：放大網(wǎng)絡(luò)就是通過加

21、在基極的直流電壓來控制集電極的電壓輸出。放大網(wǎng)絡(luò)對于靠近諧振頻率的信號(hào)，有較大的增益，對于遠(yuǎn)離諧振頻率的信號(hào)，增益迅速下降。</p><p>　　選頻網(wǎng)絡(luò)：由電感及電容組成的選頻網(wǎng)絡(luò)分為兩類，一類是串聯(lián)諧振回路，另一類是并聯(lián)諧振回路，回路諧振時(shí)，電感線圈中的磁能與電能中的磁能周期性的轉(zhuǎn)換著。電抗元件不消耗外交電動(dòng)勢能量。外加電動(dòng)勢只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路中的等幅振蕩。所以在串聯(lián)諧振時(shí)，回路中電流達(dá)到

22、最大值，并聯(lián)諧振中，負(fù)載電壓達(dá)到最大值。</p><p>　　正反饋網(wǎng)絡(luò)：反饋，指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過程，即將輸出量通過恰當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程。正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用。正反饋網(wǎng)絡(luò)是電感反饋三點(diǎn)式振蕩網(wǎng)絡(luò)中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。</p><p>　　第2章 電容反

23、饋式振蕩器的電路設(shè)計(jì)及仿真</p><p>　　2.1電路的設(shè)計(jì)依據(jù) </p><p>　　三點(diǎn)式LC振蕩器，特別是電容反饋式三點(diǎn)振蕩器，由于反饋主要是通過電容，所以可以削弱高次諧波的反饋，是振蕩產(chǎn)生的波形得到改善，且頻率穩(wěn)定度高，又適于較高波段工作。</p><p>　　引起振蕩頻率不穩(wěn)定的原因有很多，包括晶體管間存在的電容，諧振回路參數(shù)隨時(shí)間、電源電壓、溫度的變

24、化而變化，晶體管參數(shù)不穩(wěn)定等，為得到穩(wěn)定的振蕩頻率，因此我們在選元器件時(shí)，除選用高質(zhì)量電路元件，采用直流穩(wěn)壓電源及恒溫措施外，還應(yīng)提高振蕩回路品質(zhì)因數(shù)Q，因?yàn)镼越大，相頻特性曲線在f0附近的斜率也大，選頻特性也越好。</p><p>　　構(gòu)成電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的最基本電路應(yīng)該是一個(gè)交流電路。因此在設(shè)計(jì)總電路圖之前，我先設(shè)計(jì)了一個(gè)交流電路，隨后將各個(gè)電路元件包括三極管連接起來才能得到最終的總電路圖</p&g

25、t;<p>　　2.2原理圖EWB軟件仿真</p><p>　　圖c 電容反饋式振蕩器的總電路圖</p><p><b>　　2.3 仿真結(jié)果</b></p><p>　　圖d 電容反饋式振蕩器的仿真波形</p><p><b>　　第3章 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p>&l

26、t;p>　　對于電路的設(shè)計(jì)過程我以為電容三點(diǎn)式振蕩器的設(shè)計(jì)很難，設(shè)計(jì)比較煩瑣，有靜態(tài)工作點(diǎn)的要求，各電阻、電容值的設(shè)計(jì)，還有好多要求，看起來十分復(fù)雜。后來通過查資料，才了解到先要計(jì)算好各電阻的值，再根據(jù)各電容的作用，確定電容的值，畫出電路圖，一切都會(huì)變得簡單。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對前面的路有了更多的信心，因?yàn)樵谶@個(gè)過程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并

27、且提高了獨(dú)立解決問題的能力。雖然這次課程設(shè)計(jì)中我對電路進(jìn)行了仿真，并且認(rèn)真的對電路的每一部分進(jìn)行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定。</p><p>　　我們在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)還要努力培養(yǎng)自己的動(dòng)手操作能力，對于通信工程的我們更是如此，通過這次課程設(shè)計(jì)我也看到了自己的差距，今后會(huì)努力提高自己的動(dòng)手操作能力，以求真正領(lǐng)會(huì)通信專業(yè)里邊的各種知識(shí)，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>

28、;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　于洪珍，《通信電子電路》，清華大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　沈偉慈，《高頻電路》，西安電子科技大學(xué)出版社，2000年</p><p>　　張肅文，《高頻電子線路》，高等教育出版社，1993年</p><p>　　高吉祥，《高頻電子線路》，電子工業(yè)出版社

29、，2003.年</p><p>　　清華大學(xué)通信教研組，《高頻電路》，人民郵電出版社，1980年</p><p>　　姚福安，《電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐》，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2003年</p><p>　　姜威，《實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，北京理工大學(xué)出版社，2008年1月</p><p>　　王松武，《電子創(chuàng)新與實(shí)踐》，國防工業(yè)出版社，2005年