電容反饋三點式振蕩器課程設(shè)計

1、<p>　　電容反饋三點式振蕩器</p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　隨著社會的發(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)展勢頭也一定會更好，為了自己將來更好的適應(yīng)社會的發(fā)展，增強自己對知識的理解和對理論知識的把握，本次課程設(shè)計我準備制作具有實用價值的電容反饋三點式振蕩器。</p><p&

2、gt;　　振蕩器簡單地說就是一個頻率源，一般用在鎖相環(huán)中能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置。詳細說就是一個不需要外信號激勵、自身就可以將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能的裝置。一般分為正反饋和負阻型兩種。所謂“振蕩”，其涵義就暗指交流，振蕩器包含了一個從不振蕩到振蕩的過程和功能。能夠完成從直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)化，這樣的裝置就可以稱為“振蕩器”。</p><p><b>　　二、總體方案&

3、lt;/b></p><p>　　2.1電路工作原理 </p><p>　　本次課程設(shè)計我設(shè)計的是電容反饋三點式振蕩器，而電容反饋三點式振蕩器是自激振蕩器的一種，因此更好進行設(shè)計了。振蕩器是不需要外加信號激勵，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。</p><p>　　由我們所學(xué)過的知識知道，構(gòu)成一個振蕩器必須具備下列一

4、些最基本的條件：</p><p>　　（1）任何一個振蕩回路，包含兩個或兩個以上儲能元件。在這兩個儲能元件中，當(dāng)一個釋放能量時，另一個就接收能量。接收和釋放能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數(shù)值。</p><p>　?。?）電路中必須要有一個能量來源，可以補充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的損耗。在電容三點式振蕩器中，這些能量來源就是直流電源。</p><p>　　（3）必

5、須要有一個控制設(shè)備，可以使電源在對應(yīng)時刻補充電路的能量損失，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>　　對于本次課程設(shè)計，所用的最基本原理如下：</p><p>　?。?）振蕩器起振條件為AF>1（矢量式），振蕩器平衡條件為:AF=1（矢量式），它說明在平衡狀態(tài)時其閉環(huán)增益等于1。在起振時A>1/F，當(dāng)振幅增大到一定的程度后

6、，由于晶體管工作狀態(tài)有放大區(qū)進入飽和區(qū)，放大倍數(shù)A迅速下降，直至AF=1（矢量式），此時開始諧振。假設(shè)由于某種因素使AF<1,此時振幅就會自動衰減，使A與1/F逐漸相等。</p><p>　　（2）振蕩器的平衡條件包括兩個方面的內(nèi)容：振幅穩(wěn)定和相位穩(wěn)定 。</p><p>　　我們可以假設(shè)橫坐標(biāo)是振蕩電壓，而縱坐標(biāo)分別是放大倍數(shù)K和反饋系數(shù)F，假設(shè)因為某種情況使電壓增長，這時K.F&

7、lt;1，振蕩就會自動衰減。反之，若電壓減少，出現(xiàn)KF>1的情況，振蕩就會自動增強，而又回到平衡點。由此可知結(jié)論為：在平衡點，若K曲線斜率小于0，則滿足振蕩器的振幅穩(wěn)定條件。過K曲線的斜率為正，則不滿足穩(wěn)定條件。</p><p>　　對于相位穩(wěn)定條件來說，它和頻率穩(wěn)定實質(zhì)上是一回事，因為振蕩的角頻率就是相位的變化率，所以當(dāng)振蕩器的相位發(fā)生變化時，頻率也發(fā)生了變化。</p><p>　

8、　（3）我們知道LC振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)三個部分組成。為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應(yīng)該等于1，即AF=1，因為在諧振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為C1/C2，所以維持振蕩所需的電壓增益應(yīng)該是</p><p><b>　　A=C2/C1</b></p><p>　　電容三點式振蕩器的諧振頻率為 </p><p>　　f0=1/2π

9、[L(C1C2/C1+C2)]1/2</p><p>　　在實驗中可通過測量周期T來測定諧振頻率，即</p><p><b>　　f0=1/T</b></p><p>　　放大器的電壓增益可通過測量峰值輸出電壓Vop和輸入電壓Vip來確定，即</p><p><b>　　A=Vop/Vip</b>&

10、lt;/p><p>　　（4）2N2221A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有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電

11、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。三極管在放大信號時，首先要進入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點，也叫建立偏置，否則會放大失真。</p><p>　　2.

12、2電路方框圖及說明：</p><p><b>　?。ㄒ娤马摚?lt;/b></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，因為振蕩器所要求的加在電路上的電能是直流電能，而實際電源很難達到純粹的直流，所以需要加這樣一個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)就是通過加在基極的直流電壓來控制集

13、電極的電壓輸出。放大網(wǎng)絡(luò)對于靠近諧振頻率的信號，有較大的增益，對于遠離諧振頻率的信號，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，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勢能量。外加電動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，回路中電流達到最大值，并聯(lián)諧振中，負載

14、電壓達到最大值。</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)是電感反饋三點式振蕩網(wǎng)絡(luò)中比較重要的一個環(huán)節(jié)。</p><p>　　2.3電路圖所需元件</p>

15、;<p>　　電源 1個</p><p>　　電阻 6個</p><p>　　電容 7個</p><p>　　電感 2個</p><p>　　三極管 1個</p><p>　　示波器 1個<

16、;/p><p><b>　　三、電路的具體設(shè)計</b></p><p>　　3.1電路的設(shè)計依據(jù)及原理圖 </p><p>　　三點式LC振蕩器，特別是電容反饋式三點振蕩器，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)

17、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)隨時間、電源電壓、溫度的變化而變化，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，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，因為Q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)成電容反饋三點式振蕩器的最基本電路應(yīng)該是一個交流電路。因此在設(shè)計總電路圖之前，我先設(shè)計了一個交流電

18、路，隨后將各個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><p><b>　　3.2電路分析</b></p><p>　　在實驗中為了減小晶體管極間電容的影響可采用改進型電容三點式振蕩電路，即在諧振回路電感支路中增加一個電容C6,其直比較小，要求C6<<C4;C4<<C5，則諧振回路總電容量為：</p><p&

19、gt;　　1/C總=1/C4+1/C5+1/C6≈1/C6,即C總≈C6</p><p>　　因此振蕩頻率f0近似為：</p><p>　　f0=1/2π（LC總）1/2≈1/2π（LC6）1/2</p><p>　　經(jīng)過這樣的改變之后，C4，C5對振蕩頻率的影響顯著減小，與 C4，C5并聯(lián)相接的晶體管極間電容影響也減小了。但由于諧振回路接入C6，晶體管等小負載會減

20、小、放大器放大倍數(shù)減小、振蕩器輸出幅度減小，若C6過小，振蕩器會因不滿足起振條件而停止振蕩。因此，在添加C6的時候一定要選擇合適的值，不能為了減小晶體管極間電容的影響而使振蕩器不再振動！</p><p>　　四、原理圖Multisium軟件仿真</p><p><b>　　4.1電路圖仿真</b></p><p>　　Multisim是Inte

21、ractive Image Technologies 公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　以前由于做過數(shù)電課程設(shè)計，雖然對multisim的使用還有一些基礎(chǔ)，但并不熟悉，因此在做本次課設(shè)之前我又看了好多資料，對于本電路來說，在仿真時需要注意以下方面：（1）仿真軟件界

22、面上組建仿真電路，其中需雙擊可變電容C4圖標(biāo)，將彈出的對話框欄中的Key設(shè)置成B，Increment欄設(shè)置成1%；（2）雙擊電位器圖標(biāo)，將彈出的對話框中Increment也改為1%暫時斷開反饋電容C6，調(diào)出虛擬萬用表并聯(lián)在集電極電阻R3兩端。開啟仿真開關(guān)，雙擊萬用表圖標(biāo)，調(diào)整電位器R6的百分比，是萬用表的直流電壓在2V左右，即電路的靜態(tài)工作點ICQ≈2mA左右。</p><p>　?。?）交流電路仿真如下：<

23、;/p><p>　?。?）總電路圖仿真如下：</p><p>　　4.2仿真結(jié)果及分析</p><p>　　仿真結(jié)果如圖上圖所示，由圖可知道，正弦波的周期約為350243.243ns,振幅約為4.2v,在本次仿真的過程中，開始時我將C5的電容值調(diào)得過大，并且由于沒有接好電容C4，而使結(jié)果不能出波形。隨后糾正了錯誤才得到上邊的圖形</p><p>

24、　　在設(shè)計過程中，我不會對波形調(diào)試，由于顯示的波形太小并且把x軸的比例調(diào)的太大，導(dǎo)致沒有發(fā)現(xiàn)圖形。隨后通過翻閱multisim的一些資料，才知道自己的失誤，于是對電路重新進行了調(diào)試才得到滿意的結(jié)果</p><p><b>　　五、心得體會</b></p><p>　　對于電路的設(shè)計過程我以為電容三點式振蕩器的設(shè)計很難，設(shè)計比較煩瑣，有靜態(tài)工作點的要求，各電阻、電容值的

25、設(shè)計，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，一切都會變得簡單。同樣，在這次課程設(shè)計中也遇到了不少問題，集中體現(xiàn)在word運用極不熟練，尤其是編輯公式時，操作不靈便，編輯好的文檔沒有及時保存，以至于從頭再來，浪費了很多時間。但吃一塹長一智，現(xiàn)在遇到這些問題，及時解決，以后再做這類事情就會多一點經(jīng)驗，就會少出一些類似問題。</p><p&

26、gt;　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，讓我對前面的路有了更多的信心，因為在這個過程中，我學(xué)到了不少實用的東西，對于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨立解決問題的能力。雖然這次課程設(shè)計中我對電路進行了仿真，并且認真的對電路的每一部分進行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定。本次課程設(shè)計沒有要求制作電路板并且對其進行調(diào)試，但我相信要是調(diào)試的話也一定回去的滿意的效果。</p><p>　　我們在學(xué)習(xí)理論知識的同時還要努

27、力培養(yǎng)自己的動手操作能力，對于通信工程的我們更是如此，通過這次課程設(shè)計我也看到了自己的差距，今后會努力提高自己的動手操作能力，以求真正領(lǐng)會通信專業(yè)里邊的各種知識，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　六、參考資料</b></p><p>　　1.于洪珍，《通信電子電路》，清華大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　2

28、.沈偉慈，《高頻電路》，西安電子科技大學(xué)出版社，2000年</p><p>　　3.張肅文，《高頻電子線路》，高等教育出版社，1993年</p><p>　　4.高吉祥，《高頻電子線路》，電子工業(yè)出版社，2003.年</p><p>　　5.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>　　6.姚福安，《電子電