西勒（正弦波)振蕩器的設計畢業(yè)設計（論文）word格式

1、高頻電子線路課程設計報告高頻電子線路課程設計報告 西勒（正弦波西勒（正弦波) )振蕩器的設計振蕩器的設計 姓 名： 朱金環(huán) 學 號： 310608030303 專業(yè)班級： 電信 06-3 班 指導老師： 胡松華 所在學院：電氣工程與自動化學院 2009 年 6 月 16 日 目錄目錄 摘要摘要.3 3 1 1 選題意義選題意義 .4 4 2 2 系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案 .5 5 2.1 三點式振蕩器構(gòu)成法則 .5 2.2 電路組成及器件選擇 .5 2.3 系統(tǒng)框圖及邏輯功能 .7 3 3 各部分設計及原理分析各部分設計及原理分析 .8 8 3.1 放大器電路 .8 3.2 選頻網(wǎng)絡 .9 3

2、.3 反饋網(wǎng)絡 .10 4 4 參數(shù)選擇參數(shù)選擇 .1010 5 5 試驗仿真結(jié)果試驗仿真結(jié)果 .1111 5.1 實驗仿真結(jié)果 .11 6 6 結(jié)論結(jié)論 .1414 參考文獻參考文獻.1515 摘摘要要 正弦波振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、幅度不變的正弦波輸出?；陬l率 穩(wěn)定度、反饋系數(shù)、輸出波形、起振等因素的綜合考慮，本設計采用的是電容 三點式振蕩器的兩種改進型振蕩器之一的西勒振蕩器。其具有輸出波形好、工 作頻率高、改變 c 調(diào)節(jié)頻率時不影響反饋系數(shù)等優(yōu)點，適用于寬波段、頻率可 調(diào)的場合。 西勒振蕩器由起能量控制作用的放大器、將輸出信號送回到輸入端的正反 饋網(wǎng)絡以及決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡組成

3、。但沒有輸入激勵信號，而是由本身 的正反饋信號來代替。當振蕩器接通電源后，即開始有瞬變電流產(chǎn)生，經(jīng)不斷 地對它進行放大、選頻、反饋、再放大等多次循環(huán)，最終形成自激振蕩，把輸 出信號的一部分再回送到輸入端做輸入信號，從而就會產(chǎn)生一定頻率的正弦波 信號輸出。 1 1 選題意義選題意義 1.1 正弦振蕩器的廣泛應用 正弦波振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、幅度不變的正弦波輸出。廣泛應用 于各種電子設備中，特別是在通信系統(tǒng)中起著重要作用。它是無線電發(fā)送設備 的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分；各種電子測試儀器如信號發(fā)生 器、數(shù)字式頻率計等，其核心部分都離不開正弦波振蕩器；并在自動控制裝置 和醫(yī)療設備等

4、許多技術(shù)領(lǐng)域也得到了廣泛的應用。 1.2 西勒振蕩器的優(yōu)點 西勒振蕩器電路簡單，易起振。與電感三點式振蕩器比較，它具有頻率穩(wěn) 定度高、振蕩頻率高、輸出波形好、改變 c 調(diào)節(jié)頻率時不影響反饋系數(shù)等優(yōu)點， 因而西勒振蕩器比電感三點式振蕩器更廣泛的應用在寬波段、頻率可調(diào)的場合。 綜上所述，本設計在現(xiàn)實生產(chǎn)和生活中具有非常重要的實際意義。 x1x2 x3 2 2 系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案 2.1 三點式振蕩器構(gòu)成法則 三點式振蕩器名稱的由來是選頻網(wǎng)絡由 3 個電抗元件組成，回路的 3 個點 分別與晶體管的 3 個極相連。如圖 2-1 所示。 三點式振蕩器的構(gòu)成法則是：x1 與 x2 的符號相同，x3

5、的符號則相反。凡 是違反這一準則的電路都不能產(chǎn)生振蕩。 圖 2-1 三點式電抗圖 2.2 電路組成及器件選擇 該西勒振蕩器電路由放大器電路、選頻網(wǎng)絡、反饋網(wǎng)絡三部分組成，如附 1：系統(tǒng)原理總圖。其等效電路如圖 2-2 所示。 該電路振幅起振條件： （2-1） 相位起振條件為： （2-2） 1)()( 00 fa fa n2)()( 00 v c2c1 c3 c4 l 振幅平衡條件： af = 1 （2-3） 相位平衡條件： （2-4） 圖 2-2 西勒振蕩器交流等效電路圖 放大器電路由晶體三極管 v、高頻扼流圈 zl、高頻旁置電容 ce、集電極偏 置電阻 r1、基極偏置電阻 r2、射極偏置電阻

6、 r3 組成。放大器可選用有源器件 如電子管、晶體管等，本設計采用晶體三極管 v 作為能量控制的放大器。 選頻網(wǎng)絡用來決定振蕩頻率，本設計采用 lc 并聯(lián)諧振回路，由 c1、c2、c3、l、c4 組成，要求 c1c3; c2c4。 反饋網(wǎng)絡是將輸出信號送回到輸入端的電容分壓式正反饋網(wǎng)絡，c2 和 cb 構(gòu)成正反饋。 2.3 系統(tǒng)框圖及邏輯功能 設計出能產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、幅度不變的正弦波振蕩器。振蕩器也是一種能量 轉(zhuǎn)換器，它無需外加輸入信號，本身就能自動地將直流電能轉(zhuǎn)換為特定頻率、 fa n2)()( 00 波形、幅度的交變電能輸出。本設計屬于反饋型振蕩器，是在放大器中引入正 反饋，當正反饋足夠強時

7、，放大器就變成了振蕩器，通過反饋振蕩電路中的選 頻網(wǎng)絡，就可以得到一定頻率的正弦波信號輸出。 這種方案設計出的正弦波振蕩器電路簡單，在改變 c 調(diào)節(jié)頻率時不影響反 饋系數(shù)，頻率可調(diào)。其系統(tǒng)框圖如圖 2-3 所示。 放大器選頻網(wǎng)絡 反饋網(wǎng)絡 圖 2-3 系統(tǒng)框圖 3 3 各部分設計及原理分析各部分設計及原理分析 3.1 放大器電路 放大器電路由晶體三極管 v、高頻扼流圈 zl、高頻旁置電容 ce、集電極偏 置電阻 r1、基極偏置電阻 r2、射極偏置電阻 r3 組成，如圖 3-1 所示。 放大器能對振蕩器輸入端所加的輸入信號予以放大，使輸出信號保持一定 的數(shù)值。在圖 2-2 中，由于放大器的倒相作

8、用它的輸出電壓 vo 與 vi 相差 180，又由于集電極與基極是接于回路的相對兩端，因此兩者對發(fā)射極電位的 變化相差 180，亦即 vo 與反饋電壓 vf 相差 180。因此可以得出 vo 與 vi 同 相，滿足了振蕩所需的相位條件： （3-1） 圖 3-1 放大器電路 fa n2)()( 00 3.2 選頻網(wǎng)絡 選頻網(wǎng)絡由 c1、c2、c3、可變電容 c4 以及電感 l 組成。如圖 3-2 所示選 頻網(wǎng)絡其實質(zhì)是一 lc 并聯(lián)諧振電路，因為 c1c3， c2c4，所以振蕩頻 率為： （3-2） （3-3） 振蕩器在接通電源的一瞬間，晶體管會產(chǎn)生一個從零到某一數(shù)值的電流階 躍，該電流階躍的成

9、分十分豐富，選頻網(wǎng)絡會選出滿足正反饋的頻率再經(jīng)過正 反饋建立信號。 圖 3-2 選頻網(wǎng)絡 3.3 反饋網(wǎng)絡 反饋網(wǎng)絡由分壓電容 c2 和電容 cb 組成。由其等效電路圖 2-2 可知，反饋 網(wǎng)絡是通過分壓電容 c2 將一部分輸出電壓回送到信號輸入端即晶體三極管的基 )( 11 43 0 ccllc 434 2013 111 1 ccc ccccc c i 極，成為輸入信號，完成一次循環(huán)。由于輸入電壓與輸出電壓同相，所以也成 為正反饋。 4 4 參數(shù)選擇參數(shù)選擇 通過以上分析可知，本設計滿足振蕩器的起振條件和平衡條件，振蕩器的 另外一個重要指標則是頻率穩(wěn)定度，因此在本次設計中各器件參數(shù)的選擇必須

10、 滿足頻率穩(wěn)定度的要求。 （1）振蕩回路參數(shù) l 與 c。l 和 c 如有變化，必然引起振蕩頻率的變化， 為了維持 l 和 c 的數(shù)值不變化，首先應該選取標準性高，不易發(fā)生機械形變的 原件；其次，應盡量維持振蕩器的環(huán)境恒定。為了滿足諧振要求，各器件實際 值為：c1=1000pf,c2=0.033uf,c3=47pf,c4=470pf,l=1mh.滿足 c1c3 和 c2c3，振蕩角頻率 w=500rad/s,振蕩頻率 f=25khz. (2)回路電阻 r。r 是由振蕩器的負載決定的，負載重時，r 大；負載輕時， r 小。當負載變化時，振蕩頻率也將隨之變化。為了減小 r 的影響，要求振蕩 器的負

11、載必須輕且穩(wěn)定不變。 （3）有源器件的參數(shù)。采用晶體管作為有源器件時，其極間電容將影響頻 率穩(wěn)定度，在設計電路時應盡可能減小晶體管和回路之間的耦合。另外應選擇 f(310)fmax,fmax 為振蕩器最高頻率。晶體管應工作在放大區(qū)，工作電流 ic 過大過小，對振蕩器的性能都會有影響。實踐證明，三極管振蕩器工作電流 ic 應控制在 15ma 比較合適。 （4）其它參數(shù)。高頻扼流圈 zl=22mh, 高頻旁置電容 ce=0.68uf,集電極偏 置電阻 r1=15kohm,基極偏置電阻 r2=5.1kohm,射極偏置電阻 r3=2kohm. 5 5 試驗仿真結(jié)果試驗仿真結(jié)果 5.1 實驗仿真結(jié)果 根

12、據(jù)附 1：系統(tǒng)原理總圖，在仿真軟件 multisim10.0 中繪制電路圖并進行 仿真試驗。其仿真結(jié)果如圖 4-1 所示。 圖 4-1 仿真結(jié)果輸出 由仿真結(jié)果輸出可知，此電路輸出為一正弦波，但波形有一定的失真，對 其進行交流和噪聲分析。 首先對輸入示波器的電壓進行交流分析，在 multisim10.0 的 simulate（仿真）菜單中的 analysis 菜單進行交流分析，其幅頻特性和相頻特 性曲線如圖 4-2 和圖 4-3 所示。 圖 4-2 幅頻特性曲線 圖 4-3 相頻特性曲線 由于波形有失真，因此分析晶體三極管噪聲對電路的影響，如題 4-4 所示。 圖 4-4 晶體三極管噪聲分析

13、6 6 結(jié)論結(jié)論 由實驗仿真結(jié)果可知，西勒振蕩器最終輸出結(jié)果為一正弦波，由于存在元 器件噪聲的影響，輸出波形發(fā)生了失真。 振蕩器的頻率穩(wěn)定度是一個極其重要的性能指標，例如通信系統(tǒng)中頻率不 穩(wěn)定，會影響通信的可靠性。通常元器件的內(nèi)部噪聲會影響振蕩器的瞬間穩(wěn)定 度，因此會造成一定程度的失真，就如試驗結(jié)果所示。 因此在器件選擇上，要選取參數(shù)穩(wěn)定的元器件，以提高振蕩器的頻率穩(wěn)定 性。 參考文獻參考文獻 【1】張肅文. 高頻電子線路. 北京：高等教育出版社（第四版） ， 2006 【2】【2】黃揚帆. 高頻電路實驗. 重慶：重慶大學出版社， 2007.10 【3】張 澄. 高頻電子電路學習指導. 北京：人民郵電出版社， 2008 【4】李銀華. 電子線路設計指導. 北京：北京航空航天大學出版社， 2005 c1 1nf c2