通信基本電路課程設(shè)計(jì)---lc正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　高頻電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： LC正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求…………….…………………………………………………1</p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案…………….…………………………………………………

2、………1</p><p>　　2.1電感反饋式三端振蕩器……………………………………...……………1</p><p>　　2.2電容反饋式三端振蕩器………………………………………...…………2</p><p>　　2.3克拉波電路振蕩器………………………………………………...………3</p><p>　　2.4西勒電路振蕩器………………

3、………………………………………...…4</p><p>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………………………..5</p><p>　　3.1 LC振蕩器的基本工作原理………………………………………… ..…..5</p><p>　　3.2西勒電路原理圖及分析…………………………………...….………..….7</p><p

4、>　　3.3西勒振蕩器仿真……………………………………….……………...…...9</p><p>　　3.4 仿真結(jié)果與分析……………………………………………….………….10</p><p>　　四、總結(jié)…………………………………………………………………….………11</p><p>　　五、主要參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………

5、.12</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　在本課程設(shè)計(jì)中，為了更好地學(xué)習(xí)通信基本電路這門課程，我在這份LC正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)中，通過對(duì)電感反饋式三端振蕩器、電容反饋式三端振蕩器以及改進(jìn)型電容反饋式振蕩器的設(shè)計(jì)、分析，加深了如何把課本上的知識(shí)點(diǎn)加以融會(huì)貫通的認(rèn)識(shí)。在這份課程設(shè)計(jì)中，學(xué)習(xí)使用了Multisim軟件，把動(dòng)手能力跟原理結(jié)合

6、起來，感覺收獲頗豐。</p><p>　　在本課程設(shè)計(jì)中指標(biāo)要求如下：</p><p>　　設(shè)計(jì)的LC正弦波振蕩器能夠輸出穩(wěn)定正弦波信號(hào)</p><p>　　2.輸出頻率可調(diào)范圍為10~20MHz。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　LC正弦波振蕩器主要有電感反饋式

7、三端振蕩器、電容反饋式三端振蕩器以及改進(jìn)型電容反饋式振蕩器（克拉波電路和西勒電路）等三種類型。由于互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率較高。由此可知，西勒電路具有該電路頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。所以在本設(shè)計(jì)中用并聯(lián)改進(jìn)型的西勒電路振蕩器。</p><p>　　下面對(duì)幾種振蕩器進(jìn)行分析：</p><p>　　電感反

8、饋式三端振蕩器</p><p>　　起振條件：，為考慮震蕩回路阻抗后的晶體管等效輸出導(dǎo)納，，此處為輸出回路的諧振阻抗。</p><p><b>　　震蕩頻率：</b></p><p>　　電感反饋震蕩電路的優(yōu)點(diǎn)：由于和之間有互感M存在，易起振。改變回路電容來調(diào)整頻率時(shí)，不影響電路的反饋系數(shù)。主要缺點(diǎn)是：震蕩波形不好。這是因?yàn)榉答佒窞楦行灾罚?/p>

9、對(duì)高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故對(duì)于LC回路中的高次諧波反饋較強(qiáng)，波形失真較大。當(dāng)工作頻率較高時(shí)，由于和上的分布電容和晶體管的極間電容均并聯(lián)于與兩端，反饋系數(shù)F隨頻率變化而變化。工作頻率愈高，分布參數(shù)的影響也愈嚴(yán)重，甚至可能使F減小到滿足不了起振條件。因此在高頻波段里，優(yōu)先選擇的是電容反饋振蕩器。</p><p>　　電容反饋式三端振蕩器</p><p>　　電容三點(diǎn)式振蕩器又稱為考畢茲振蕩器，其

10、原理電路如圖：</p><p><b>　　反饋系數(shù)F的表達(dá)式</b></p><p>　　諧振回路的總電容量為、的串聯(lián)，即</p><p><b>　　振蕩頻率的近似為</b></p><p>　　與電感三端震蕩電路想比，電容三端振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形較好，這是因?yàn)榧姌O和基極電流可通過對(duì)諧波為低

11、阻抗的電容支路回到發(fā)射極，所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧波分量減少，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中的不穩(wěn)定電容（分布電容、器件的結(jié)電容等）都是與該電路并聯(lián)的，因此適當(dāng)?shù)募哟蠡芈冯娙萘?，就可以減弱不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩器的影響，從而提高了頻率穩(wěn)定度。最后，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，甚至可以只利用器件的輸入和輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。</p><p>　　這種電路的缺點(diǎn)是:調(diào)或來改變震蕩頻率時(shí)，

12、反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令與為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。</p><p><b>　　克拉波電路振蕩器</b></p><p>　　克拉潑電路時(shí)一種高穩(wěn)定度的LC震蕩電路，電路圖如下：</p><p>　　在前述的電容三點(diǎn)式振蕩諧振回路電感支路中增加了一個(gè)電容C3，其取值比較小，要求C3&l

13、t;< C1，C3<< C2。</p><p>　　諧振回路的總電容量CΣ為C1、C2 和C3的串聯(lián)，即</p><p><b>　　振蕩頻率為</b></p><p><b>　　西勒電路振蕩器</b></p><p>　　西勒電路是在克拉潑電路的L兩端并聯(lián)上一個(gè)電容得到的，有效

14、的改善了克拉潑電路可調(diào)范圍小的缺點(diǎn)，電路圖如圖所示：</p><p><b>　　所以振蕩頻率</b></p><p>　　該電路頻率穩(wěn)定性非常高，振幅穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，適合做波段振蕩器。</p><p>　　通過對(duì)以上的幾種電路的分析，可以看出：</p><p>　　電感反饋式三端振蕩器：容易起振，調(diào)頻方便，但波形失

15、真較大；</p><p>　　電容反饋式三端振蕩器：波形好，頻率穩(wěn)定性好，但調(diào)頻不方便；</p><p>　　克拉潑振蕩器：調(diào)頻方便但可調(diào)范圍小；</p><p>　　西勒振蕩器：頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，調(diào)頻方便。</p><p>　　所以，在本設(shè)計(jì)中擬采用并聯(lián)改進(jìn)型的西勒電路振蕩器。</p><p><b>

16、;　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　3.1 LC振蕩器的基本工作原理</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。振蕩器根據(jù)自身輸出的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器，正弦波振蕩器的方框圖如圖</p><p><b>　　振蕩器原理框圖</b></p><p&g

17、t;　　由所學(xué)知識(shí)可知，構(gòu)成一個(gè)振蕩器必須具備下列三個(gè)條件：</p><p>　　1.一套振蕩回路，包含兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件。在這兩個(gè)元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。釋放與接收能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定于元件的數(shù)值。</p><p>　　2.一個(gè)能量來源，補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量損失。在晶體管振蕩器中，這個(gè)能源就是直流電源。</p><p>

18、;　　3.一個(gè)控制設(shè)備，可以使電源功率在正確的時(shí)刻補(bǔ)充電路的能量損失，以維持等幅振蕩。由有源器件和正反饋電路完成。</p><p>　　3.2 西勒振蕩器電路原理圖：</p><p><b>　　3.2.1振蕩原理</b></p><p>　　西勒電路是一種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器，是在克拉潑電路上改進(jìn)的來的，電路原理圖如下所示：</p&

19、gt;<p>　　震蕩回路的總電容為：</p><p><b>　　得到振蕩頻率為：</b></p><p>　　3.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置</p><p>　　選擇振蕩器的靜態(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。一般小功率振蕩器集電極電流ICQ大約在0.8-4mA之間選取，故本實(shí)驗(yàn)電路中：<

20、/p><p>　　選ICQ=2mA， VCEQ=6V，β=100</p><p><b>　　則有</b></p><p>　　為提高電路的穩(wěn)定性Re值適當(dāng)增大，取Re=1KΩ則Rc＝2KΩ</p><p>　　因：UEQ=ICQ·RE 則：UEQ =2mA×1K=2V</p><

21、p>　　因： IBQ=ICQ/β 則： IBQ =2mA/100=0.02mA</p><p>　　一般取流過Rb2的電流為5-10IBQ , 若取10IBQ,,</p><p><b>　　,Rb2取12kΩ</b></p><p>　　3.2.2振蕩回路元件參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　振蕩

22、器的工作頻率為：</p><p>　　在LC振蕩時(shí)，根據(jù)要求得：=10MHz ，L＝10μH</p><p>　　由回路的諧振頻率主要由C4、C6決定：</p><p>　　令C4 =75pf，C6=82pf，要滿足C2，C3>>C4,C6，C2/C3=1/8—1/2的條件，取C2=680pf，則C3=680pf。</p><p>

23、;　　3.3 西勒振蕩器電路圖：</p><p>　　3.4 西勒振蕩器仿真：</p><p><b>　　3.4.1軟件簡(jiǎn)介</b></p><p>　　Multisim是一個(gè)用于電子線路設(shè)計(jì)與仿真的EDA工具軟件，是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原

24、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。Multisim軟件特點(diǎn):</p><p>　　1.直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。</p><p>　　2.豐富的元

25、器件庫(kù)：Multisim大大擴(kuò)充了EWB的元器件庫(kù)， 包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種部件。</p><p>　　3.豐富的測(cè)試儀器：數(shù)字萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。</p><p>　　4.強(qiáng)大的分析方法：直

26、流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析等等。</p><p>　　下圖為西勒電路振蕩器的電路圖經(jīng)過我們仿真可得到：</p><p>　　3.4.2仿真結(jié)果分析</p><p>　　西勒振蕩電路，圖西勒振蕩器的接入系數(shù)與克拉潑振蕩器的相同，由于改變頻率主要通過電容造成，電容的改變不影響接入系數(shù)的大．。所以，調(diào)節(jié)起來

27、更為方便。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，我的題目是LC正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)。在張肅文《高頻電子線路》這本書中，我更為喜歡西勒電路震蕩器，它是在克拉潑電路上改進(jìn)的來的電容反饋振蕩器，它比前者更具有頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，調(diào)頻方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，我對(duì)實(shí)現(xiàn)高頻震蕩器的幾種常見電路進(jìn)

28、行了分析，了解了各種振蕩器的優(yōu)缺點(diǎn)：</p><p>　　電感三點(diǎn)式振蕩器：調(diào)頻方便，容易起振，但輸出波形不理想。</p><p>　　電容三點(diǎn)式振蕩器：波形好，但頻率穩(wěn)定性低。</p><p>　　克拉潑振蕩器：改變振蕩頻率不影響反饋系數(shù)，振蕩幅度穩(wěn)定，但可調(diào)范圍較小。</p><p>　　西勒振蕩器：振蕩幅度穩(wěn)定，振蕩頻率較高，在做變頻率

29、振蕩器時(shí)其波段覆蓋系數(shù)較大，輸出電壓幅度比較平穩(wěn)。</p><p>　　在震蕩器的設(shè)計(jì)中，我首先分析了振蕩器的工作原理，并畫出了西勒電路的原理圖與仿真電路圖。然后是對(duì)電路參數(shù)的計(jì)算，使其能夠達(dá)到震蕩頻率的要求。</p><p>　　在設(shè)計(jì)報(bào)告中，振蕩電路接通電源后，剛開始并不起振，原因在于振幅平衡條件不滿足。經(jīng)過修改后得出了理想的狀態(tài)波形。</p><p>　　在這

30、份課程設(shè)計(jì)中，我理解了更多振蕩電路中的知識(shí)，在設(shè)計(jì)電路元件參數(shù)的時(shí)候首先要考慮電路起振條件和平衡條件，尤其是靜態(tài)工作點(diǎn)的選取更為重要。反饋網(wǎng)絡(luò)是西勒振蕩器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，正反饋使輸出起到與輸入相似的作用是系統(tǒng)偏差不斷增大，是系統(tǒng)震蕩。此外我理解普通電容三點(diǎn)式電路與電感三點(diǎn)式的區(qū)別在于選取的反饋網(wǎng)絡(luò)的不同之處。做好一份課程設(shè)計(jì)需要非常大的耐心，還需要毅力，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該認(rèn)真謹(jǐn)慎的對(duì)待每一處錯(cuò)誤，然后加以改正。</p>&