高頻電路課程設(shè)計(jì)--電容反饋三點(diǎn)式振蕩器

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)目的......................................................................2</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)題目描繪和要求.................................................

2、.2</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容..............................................................2</p><p>　　3.1電路原理圖………………………………………...3</p><p>　　3.2電路工作原理........................................

3、...................3</p><p>　　3.2電路框圖及說(shuō)明.......................................................4</p><p>　　3.4電路的具體設(shè)計(jì).......................................................5</p><p>　

4、　3.4.1電路的設(shè)計(jì)依據(jù)................................................5</p><p>　　3.4.2電路的分析........................................................6</p><p>　　3.5電路元器件清單...................................

5、....................6</p><p>　　3.6電路仿真...................................................................6</p><p>　　4.結(jié)論..........................................................................

6、............9</p><p>　　5.結(jié)束語(yǔ)..................................................................................9</p><p>　　6.參考文獻(xiàn)...................................................................

7、...........10 </p><p>　　1.課程設(shè)計(jì)目的 </p><p>　　隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，各種通訊工具在我們的生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其作用也越來(lái)越重要。為了加強(qiáng)對(duì)課本知識(shí)的理解與認(rèn)識(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們對(duì)高頻原理與分析的理解，同時(shí)，只有掌握了理論知識(shí)才能在實(shí)踐中熟悉應(yīng)用，實(shí)踐是重要的，但掌握理論知識(shí)是時(shí)間的根本。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，更能培養(yǎng)我們查找資料

8、的能力，同時(shí)熟悉各種工具的應(yīng)用，而且高頻電路不同低頻，它要求更精確，換句話說(shuō)，就算我們完全按照理論所想，所算的完成電路，在實(shí)際中也未必能成功，這就要求我們?cè)陔娐氛{(diào)試這方面下工夫。</p><p>　　2.課程設(shè)計(jì)的題目描繪及要求 </p><p>　　1>課程設(shè)計(jì)題目：電容反饋三點(diǎn)式振蕩器</p><p>　　2>描繪及要求：振蕩器簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一個(gè)頻率源

9、，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(hào)輸出的電子電路或裝置。詳細(xì)說(shuō)就是一個(gè)不需要外信號(hào)激勵(lì)、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(fù)阻型兩種。所謂“振蕩”，其涵義就暗指交流，振蕩器包含了一個(gè)從不振蕩到振蕩的過(guò)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(chēng)為“振蕩器”。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的是電容三點(diǎn)式振蕩器，而電容三點(diǎn)式振蕩器是自激振蕩器

10、的一種，因此要先了解一些自激振蕩器的知識(shí)</p><p>　　自激多諧振蕩器也叫無(wú)穩(wěn)態(tài)電路兩管的集電極各有一個(gè)電容分別接到另一管子的基極,起到交流耦合作用,形成正反饋電路,當(dāng)接通電源的瞬間,某個(gè)管子先通,另一只管子截止,這時(shí),導(dǎo)通管子的集電集有輸出,集電極的電容將脈沖信號(hào)耦合到另一只管子的基極使另一只管子導(dǎo)通.這時(shí)原來(lái)導(dǎo)通的管子截止.這樣兩只管子輪流導(dǎo)通和截止,就產(chǎn)生了震蕩電流.</p><p

11、>　　由于器件不可能參數(shù)完全一致,因此在上電的瞬間兩個(gè)三極管的狀態(tài)就發(fā)生了變化,這個(gè)變化由于正反饋的作用越來(lái)越強(qiáng)烈,導(dǎo)致到達(dá)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài).暫穩(wěn)態(tài)期間另一個(gè)三極管經(jīng)電容逐步充電后導(dǎo)通或者截止,狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),到達(dá)另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，從而得到震蕩。</p><p>　　3.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 </p><p><b>

12、　　3.1電路原理圖</b></p><p><b>　　圖1設(shè)計(jì)電路原理圖</b></p><p>　　3.2 電路工作原理說(shuō)明 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的是電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器是自激振蕩器的一種，因此更好進(jìn)行設(shè)計(jì)了。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。凡是可以完成

13、這一目的的裝置都可以作為振蕩器。</p><p>　　由我們所學(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：</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）電路中必須要有一個(gè)能量來(lái)源，可以補(bǔ)充

14、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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)，所用的最基本原理如下：</p><p>　?。?）振蕩器起振條件為AF>1（矢量

15、式），振蕩器平衡條件為:AF=1（矢量式），它說(shuō)明在平衡狀態(tài)時(shí)其閉環(huán)增益等于1。在起振時(shí)A>1/F，當(dāng)振幅增大到一定的程度后，由于晶體管工作狀態(tài)有放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)，放大倍數(shù)A迅速下降，直至AF=1（矢量式），此時(shí)開(kāi)始諧振。假設(shè)由于某種因素使AF<1,此時(shí)振幅就會(huì)自動(dòng)衰減，使A與1/F逐漸相等。</p><p>　?。?）振蕩器的平衡條件包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：振幅穩(wěn)定和相位穩(wěn)定 。</p>

16、<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?yàn)槟撤N情況使電壓增長(zhǎng)，這時(shí)K.F<1，振蕩就會(huì)自動(dòng)衰減。反之，若電壓減少，出現(xiàn)KF>1的情況，振蕩就會(huì)自動(dòng)增強(qiáng)，而又回到平衡點(diǎn)。由此可知結(jié)論為：在平衡點(diǎn)，若K曲線斜率小于0，則滿(mǎn)足振蕩器的振幅穩(wěn)定條件。過(guò)K曲線的斜率為正，則不滿(mǎn)足穩(wěn)定條件。</p><p>　　對(duì)于相位穩(wěn)定條件來(lái)說(shuō)，它和頻率穩(wěn)定實(shí)質(zhì)上是一回

17、事，因?yàn)檎袷幍慕穷l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(shí)，頻率也發(fā)生了變化。</p><p>　?。?）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(gè)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?yàn)樵谥C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><

18、;/p><p>　　電容三點(diǎn)式振蕩器的諧振頻率為 </p><p>　　f0=1/2π[L(C1C2/C1+C2)]1/2</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)測(cè)量周期T來(lái)測(cè)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(guò)測(cè)量峰值輸出電壓Vop

19、和輸入電壓Vip來(lái)確定，即</p><p><b>　　A=Vop/Vip</b></p><p>　　3.3 電路框圖及說(shuō)明</p><p><b>　?。ㄒ?jiàn)下頁(yè)）</b></p><p><b>　　圖2 設(shè)計(jì)原理框圖</b></p><p>　　濾

20、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(guò)加在基極的直流電壓來(lái)控制集電極的電壓輸出。放大網(wǎng)絡(luò)對(duì)于靠近諧振頻率的信號(hào)，有較大的增益，對(duì)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

21、及電容組成的選頻網(wǎng)絡(luò)分為兩類(lèi)，一類(lèi)是串聯(lián)諧振回路，另一類(lèi)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(shì)能量。外加電動(dòng)勢(shì)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(guò)程，即將輸出量

22、通過(guò)恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)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>　　3.4電路的具體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1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(guò)

23、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?cè)谶x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

24、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(lái)才能得到最終的總電路圖</p><p><b>　　3.3.2電路分析</b></p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中為了減小晶體管極間電容的影響可采用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路，即在

25、諧振回路電感支路中增加一個(gè)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>　　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

26、>　　經(jīng)過(guò)這樣的改變之后，C4，C5對(duì)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(fù)載會(huì)減小、放大器放大倍數(shù)減小、振蕩器輸出幅度減小，若C6過(guò)小，振蕩器會(huì)因不滿(mǎn)足起振條件而停止振蕩。 </p><p>　　3.5電路元器件清單</p><p><b>　　3.6電路仿真&

27、lt;/b></p><p>　　Multisim是Interactive Image Technologies 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。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　以前由于做過(guò)數(shù)電課程設(shè)計(jì)，雖然對(duì)multisim的使用還有一些基礎(chǔ)，但并不熟悉，因此在

28、做本次課設(shè)之前我又看了好多資料，對(duì)于本電路來(lái)說(shuō)，在仿真時(shí)需要注意以下方面：（1）仿真軟件界面上組建仿真電路，其中需雙擊可變電容C4圖標(biāo)，將彈出的對(duì)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(duì)話框中Increment也改為1%暫時(shí)斷開(kāi)反饋電容C6，調(diào)出虛擬萬(wàn)用表并聯(lián)在集電極電阻R3兩端。開(kāi)啟仿真開(kāi)關(guān)，雙擊萬(wàn)用表圖標(biāo)，調(diào)整電位器R6的百分比，是萬(wàn)用表的直流電壓在2V左右，即電路的靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ

29、≈2mA左右。</p><p>　?。?）交流電路仿真如下：</p><p>　　圖3 交流電路仿真圖</p><p>　?。?）總電路圖仿真如下：</p><p><b>　　圖4 總電路仿真圖</b></p><p>　?。?）仿真結(jié)果及分析</p><p><b

30、>　　圖5 仿真結(jié)果圖</b></p><p><b>　　4. 結(jié)論</b></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(guò)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

31、存在的電容，諧振回路參數(shù)隨時(shí)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?cè)谶x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>　　弦波的頻率為3.985MHz，振幅為4V.</p><p><b>　　5.結(jié)束語(yǔ)</b

32、></p><p>　　在做本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我學(xué)到了一些理論知識(shí)和做課程設(shè)計(jì)的基本思路，同時(shí)也對(duì)自己真正的水平也有了一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)。在每次課程設(shè)計(jì)之前都要能清楚的知道自己想要設(shè)計(jì)的是什么東西，而設(shè)計(jì)這些東西有需要哪些器件，如何把這些器件組合起來(lái)才能實(shí)現(xiàn)想要的功能，由于開(kāi)始的時(shí)候一直覺(jué)得課程設(shè)計(jì)很難，不知道該從何處下手，耽誤了很多時(shí)間都沒(méi)選定題目。</p><p>　　對(duì)于電路

33、的設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)十分復(fù)雜。后來(lái)通過(guò)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(huà)出電路圖，一切都會(huì)變得簡(jiǎn)單。同樣，在這次課程設(shè)計(jì)中也遇到了不少問(wèn)題，集中體現(xiàn)在word運(yùn)用極不熟練，尤其是編輯公式時(shí)，操作不靈便，編輯好的文檔沒(méi)有及時(shí)保存，以至于從頭再來(lái)，浪費(fèi)了很多時(shí)間。但吃一塹長(zhǎng)一智，現(xiàn)在遇到這些問(wèn)題，及時(shí)解

34、決，以后再做這類(lèi)事情就會(huì)多一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，就會(huì)少出一些類(lèi)似問(wèn)題。</p><p>　　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。雖然這次課程設(shè)計(jì)中我對(duì)電路進(jìn)行了仿真，并且認(rèn)真的對(duì)電路的每一部分進(jìn)行了修正，但最后出來(lái)的波形還是不很穩(wěn)定。本次課程設(shè)計(jì)沒(méi)有要求制作電路板并且對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，但我相信要是調(diào)試的話也一定

35、回去的滿(mǎn)意的效果。</p><p>　　我們?cè)趯W(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(duì)于通信工程的我們更是如此，通過(guò)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(zhuān)業(yè)里邊的各種知識(shí)，為將來(lái)的工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.曾興雯，《