高頻電子電路課程設計----本地振蕩器

1、<p>　　高頻電子電路課程設計</p><p>　　—— 本地振蕩器 </p><p><b>　　班級：</b></p><p>　　姓名： </p><p><b>　　學號： </b></p><p>　　成績：

2、 </p><p><b>　　概述</b></p><p>　　本地振蕩器，又稱“本機振蕩器”。一般應用于混頻器中。</p><p>　　在混頻器中，為了與接收信號在混頻元件中產(chǎn)生差拍輸出信號，需要混頻器內(nèi)部產(chǎn)生一個等幅振蕩信號，產(chǎn)生該信號的振蕩器就稱為本地振蕩器。對本地振蕩器的要求是：振蕩頻率穩(wěn)定且可進行電調(diào)

3、、噪聲小。</p><p>　　它產(chǎn)生的高頻電磁波與所接收的高頻信號混合而產(chǎn)生一個差頻,這個差頻就是中頻.如要接收的信號是900KHZ.本振頻率是1365KHZ.兩頻率混合后就可以產(chǎn)生一個465KHZ或者2200KHZ的差頻.接收機中用LC電路選擇465KHZ作為中頻信號.因為本振頻率比外來信號高465KHZ所以叫超外差接收機，主要有以下特點：①對振蕩頻率的選取有要求：要求振蕩器的振蕩頻率和幅度精度高,穩(wěn)定性好;

4、②本振頻率中有鎖相環(huán),數(shù)字分頻、數(shù)字鑒相器等電路，保證極高的穩(wěn)定度,否則會產(chǎn)生本振頻率漂移;③都有鎖相環(huán)電路來保證本振頻率的穩(wěn)定度;④一般采用穩(wěn)定性好的晶體振蕩器;⑤振蕩頻率高,易起振,振頻穩(wěn),振幅高,振蕩特性好;⑥本振電路多采用體積小、可靠性高的單片大規(guī)模集成數(shù)字頻率合成器;⑦每一級電源都應有0.1 μF或0.01 μF的旁路電容接地。　　 </p><p>　　本次課程設計，我們采用Multisim軟件進行

5、仿真</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖：</b></p><p>　　二、主要部分電路圖及原理分析</p><p><b>　　1.本地振蕩電路</b></p><p>　　本地振蕩器是本設計電路的重要部分，同時也是超外差式接收機的主要部分。其主要作用是將直流信號變?yōu)楦哳l正弦信號，將產(chǎn)生的正

6、弦高頻信號與輸入的高頻調(diào)幅信號相乘得到+、-的信號，其中為正弦信號頻率，為調(diào)幅信號頻率，通過中頻濾波器得到中頻信號-。即本地振蕩器主要是產(chǎn)生一個和調(diào)幅信號相乘的高頻信號，通過信號相乘以得到新的頻率，若振蕩器不能夠穩(wěn)定工作，就會使產(chǎn)生的中頻信號不穩(wěn)，為此我們必須保證振蕩器的穩(wěn)定性，故這里采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器。</p><p>　　1.1振蕩器起振條件</p><p>　　正弦波振蕩器

7、按工作原理可分為反饋式振蕩器與負阻式振蕩器兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂振蕩器是指這時放大器不需要外加激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替外加激勵信號的作用。負阻式振蕩器則是將一個呈現(xiàn)負阻性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)生振蕩。本設計中用的是反饋式振蕩器，圖1.1所示即為LC三點式反饋式振蕩器的原理圖。通過我們對高頻電路的學習知道，三點式振蕩器的構成法則是：與的符號

8、相同，與的符號則相反。凡是違反這一準則的電路不能產(chǎn)生振蕩。</p><p>　　圖1 本振電路原理圖</p><p>　　1.2石英晶振工作原理</p><p>　　我們知道由LC構成的振蕩器，它們的日頻率穩(wěn)定度大約為～的數(shù)量級。即使采用了一系列穩(wěn)頻措施，一般也難以獲得比更高的頻率穩(wěn)定度。但是，實際情況往往需要更高的頻率穩(wěn)定度。例如本文的本振電路由于它的穩(wěn)定性直接

9、決定了輸出中頻信號的穩(wěn)定度，因此其頻率穩(wěn)定度就要求～。顯然，普通的LC振蕩器是不可能滿足上述要求的。為此本設計電路采用了石英晶體振蕩器。石英晶體的物理化學性能都十分穩(wěn)定，因此它的等效諧振回路有很高的標準性。其等效電路如圖1.2所示，晶體的參數(shù)很大、很小、也不大。因此，晶體的Q値可高達數(shù)百萬數(shù)量級。又由于﹥﹥所以石英晶體工作時，在串并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，具有極陡峭的電抗特性曲線，因而對頻率變化具有極靈敏的補償能力。 <

10、;/p><p>　　圖2 石英晶體等效電路</p><p><b>　　1.3 本地振蕩器</b></p><p>　　圖3 本地振蕩器</p><p><b>　　產(chǎn)生的波形如下：</b></p><p>　　圖4 本地振蕩器產(chǎn)生的波形</p><p&

11、gt;　　頻率為14.726MHz，如下所示：</p><p>　　圖5 振蕩器的頻率</p><p>　　1.4晶體振蕩器振蕩電路</p><p>　　圖6是本次課設所使用的石英晶體振蕩電路，由圖中可以看出是石英晶體串聯(lián)型振蕩電路，在電路中石英晶振顯感性，其交流等效電路如圖1.5所示，由圖可知，晶體管發(fā)射極和電容C3、C4相連其阻抗性質(zhì)相同，同為容性；集電極和C

12、3、晶振相連，而晶振又顯感性所以阻抗性質(zhì)相反；基極和C4、晶振相連同理其阻抗性質(zhì)也是相反的，故此振蕩器滿足振蕩條件，其類似于考畢茲振蕩電路。 </p><p>　　圖6 晶體振蕩器振蕩電路圖</p><p>　　振蕩頻率公式為：</p><p>　　查閱石英晶體資料得11

13、MHZ振蕩時其等效電感，當電容選取為50pF時其振蕩頻率為：</p><p>　　電路中其它主要器件的參數(shù)如下為基極偏置電阻，用來給給三極管確定一個合適的靜態(tài)工作點，C1=1uF為基極耦合電容，L1=10mH為扼流圈，防止突變對三極管造成損害，用來限制射極電流，C2=1uF為旁路電容C5=1uF為電源和地的去耦電容。</p><p>　　由于石英晶體是本電路的核心部件，因此在選用晶振時要注

14、意以下幾點： </p><p>　　石英晶體的激勵電平應在規(guī)定范圍內(nèi)。過高的激勵功率會使石英晶體內(nèi)部溫度升高，損壞石英。</p><p>　　在并聯(lián)晶體振蕩器中，石英晶體起等效電感作用，若作為容抗，則在石英晶片失效時，石英振蕩器的支架電容還存在，線路仍有可能滿足振蕩條件而振蕩，石英晶體振蕩器就失了作用。</p>

15、;<p><b>　　2、調(diào)頻電路 </b></p><p><b>　　2.1混頻原理</b></p><p>　　圖8 混頻原理圖 </p><p>　　上圖即為混頻電路原理圖，下面對其進行一個簡要的分析：設為輸入高頻調(diào)幅波信號，亦為本地振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩信號且 ﹥﹥

16、，時變偏置電壓，由此可得集電極電流為</p><p>　　經(jīng)集電極諧振回路濾波后，得到中頻電流</p><p>　　式中=稱為變頻跨導。</p><p>　　從以上分析結果可以看出：只有時變跨導的基波分量才能產(chǎn)生中頻分量，而其它分量會產(chǎn)生本振諧波與信號的組合頻率。變頻跨導是變頻器的重要參數(shù)，它不僅直接決定著變頻增益，還影響到變頻器的噪聲系數(shù)。變頻跨導=，只與晶體管特

17、性、直流工作點及本振電壓有關，與無關，故變頻跨導亦有上述性質(zhì)。</p><p>　　變頻電路是混頻器的核心部件。變頻電路本質(zhì)上說是實現(xiàn)頻譜搬移的電路，是一個六端網(wǎng)絡。它有兩個輸入電壓，輸入信號和本地振蕩信號，其工作頻率分別為和；輸出信號為，稱為中頻信號，其頻率是，=。由此可見，變頻器在頻域上起著（加）減法器的作用。變頻電路有多種形式，如二級管式、模擬乘法器式和三極管式。本電路采用的是應用最廣泛的晶體三極管式變頻電

18、路。</p><p><b>　　圖7 調(diào)頻電路</b></p><p>　　2.2電路參數(shù)選擇及性能分析</p><p>　　由以上分析知在設計電路時須注意變頻跨導與本振電壓和偏置電壓的關系線。只有把握好這一關系，設計出來的電路才能滿足我們的設計要求。本文混頻電路所采用的晶體三極管是2N3904，根據(jù)其變頻跨導與本振電壓和偏置電壓的關系曲線設

19、計電路如圖2.2所示。 </p><p>　　圖中V2為11MHZ的本振信號，V1為10.535MHZ的調(diào)幅輸入信號現(xiàn)對其參數(shù)做一簡單推導，</p><p><b>　　設</b></p><p><b>　　則二式相乘得</b></p&

20、gt;<p><b>　　經(jīng)過中頻濾波后為</b></p><p>　　此信號的載波頻率為，即我們所需要的中頻信號，其實際輸出波形的頻率為465～470MHZ的信號，振幅為0.835V左右，與理論值8.12mV不符，這主要是因為中頻濾波網(wǎng)絡的放大以及變壓器的升壓作用的結果。</p><p>　　電路中其它一些重要的參數(shù)如下：電路圖中AM用來代表接收到的調(diào)

21、幅波，V2代表前面本振電路產(chǎn)生的振蕩信號，C8=10pF,C9=2.2pF為輸入信號耦合電容，、為基極偏置電阻，為射極限流電阻，C5=1500pF為旁路電容。</p><p>　　另外在實際應用中變頻器是存在干擾的，如果沒有采取有效地措施來抑制干擾，它會給從電路帶來大量諧波信號嚴重時會使整個電路無法工作，因此應注意以下幾個問題：</p><p>　　正確選擇中頻數(shù)值。當輸出頻率確定后，在一

22、個頻段內(nèi)的干擾點就確定了，合理的選擇中頻頻率，可大大減少組合頻率干擾的點數(shù)，并將階數(shù)較低的干擾排除掉。</p><p>　　正確選擇變頻器的工作狀態(tài)，減少組合頻率分量。應使的諧波分量盡可能的減少，使電路接近乘法器。</p><p>　　采用合理的電路形式。如平衡電路、環(huán)形電路、乘法器等，從電路上抵消一些組合分量。</p><p><b>　　四、心得體會

23、：</b></p><p>　　課程設計很快就過去了，開始的時候，由于所學基礎不是很扎實，所學知識有些不太理解，所以思路不是很清晰，不知道該如何開始設計。隨后通過閱讀教材，上網(wǎng)搜索，到圖書館查閱資料，終于有了一些清晰的想法。確定下了基本的設計方案。但是在設計的時候又出現(xiàn)了很多問題。問題的出現(xiàn)都是由于課本的基礎知識掌握的不夠牢固，理解的不夠深刻，對于實際應用中的電路和理論上研究的電路之間的差異缺乏認識。

24、而到仿真的時候，對于仿真軟件的應用有成了問題。最后，通過請教同學，以及自己認真的閱讀和思考教材和參考資料，問題得到了解決。</p><p>　　通過這次課程設計，我學到了很多。首先，對于以往所學的知識是一個檢驗。通過設計電路，既復習了以前所學過的知識，又學習了許多新的東西。理論上的東西不經(jīng)過實際的檢驗是沒有什么說服力的。而設計正是理論與實踐的結合，通過設計，提高了我的動手能力和解決實際問題的能力，讓我對所學課程的

25、應用有了新的認識。最重要的是得到了很多寶貴的經(jīng)驗。通過這次課程設計，提高了我對本專業(yè)的興趣，讓我在以后的學習中更加努力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　張肅文 高頻電子線路 高等教育出版社 </p><p>　　康華光 電子技術基礎（模擬部分第五版）高等教育出版社 </p><p>