反饋振蕩器課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書 no.12 反饋振蕩器1.課程設(shè)計(jì)的目的通過解決比較簡(jiǎn)單的實(shí)際問題鞏固和加深在高頻電子電路課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。綜合運(yùn)用學(xué)過的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，在教師指導(dǎo)下完成查找資料、選擇、論證方案、設(shè)計(jì)電路、安裝調(diào)試、分析結(jié)果、撰寫課程設(shè)計(jì)說明書等工作。初步掌握數(shù)字電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟。高頻電子電路課程設(shè)計(jì)是理論教學(xué)之后的一個(gè)綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)課程理論和課程實(shí)驗(yàn)的綜合和補(bǔ)充。學(xué)會(huì)并利用一種電路分析軟件，對(duì)電路進(jìn)行分析、計(jì)算和仿真，通過查找資料，選擇方案，設(shè)計(jì)電路，撰寫報(bào)告，完成一個(gè)較完整的設(shè)計(jì)過程，將抽象的理論知識(shí)與實(shí)際電路設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，在掌握電路基本設(shè)計(jì)方法的同時(shí)

2、，加深對(duì)課程知識(shí)的理解和綜合應(yīng)用，培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題的能力，以及創(chuàng)新能力。不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的內(nèi)容。理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程遇到各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故，鞏固所學(xué)的知識(shí)。2.設(shè)計(jì)方案論證2.1設(shè)計(jì)思路及方法2.1.1基于multisim的

3、高頻功率放大器的仿真multisim是interactive image technologies (electronics workbench)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、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，multisim推出了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。在multisim master中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：一種是與實(shí)際元器件的型號(hào)、參數(shù)值以及封裝都相對(duì)應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計(jì)仿真與實(shí)際情況有良好的對(duì)應(yīng)性

4、，還可以直接將設(shè)計(jì)導(dǎo)出到ultiboard中進(jìn)行pcb的設(shè)計(jì)。另一種器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對(duì)應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。它們?cè)诠ぞ邫诤蛯?duì)話窗口中的表示方法也不同。在元器件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬器件的按鈕有底色，而實(shí)際器件沒有。本次課程設(shè)計(jì)，我們采用multisim軟件進(jìn)行仿真2.1.2電路工作原理 與放大器一樣，振蕩器也是一種能量轉(zhuǎn)換器，但不同的是振蕩器不需要外部激勵(lì)，就能自動(dòng)的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換為指定頻率和振幅的交流信號(hào)功率輸出。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作

5、為振蕩器。由我們所學(xué)過的知識(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：（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。（2）電路中必須要有一個(gè)能量來源，可以補(bǔ)充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，這些能量來源就是直流電源。（3）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。正弦波振蕩器一般是有晶體管等有源器件和具有某種選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)反饋系統(tǒng)。振蕩器的種類很多

6、，從振蕩電路中有源器件的特性和形成振蕩的原理來看，顆分為反饋振蕩器行業(yè)負(fù)阻式振蕩器；根據(jù)所產(chǎn)生的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器；根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的器件可分為lc振蕩器、晶體振蕩器、rc振蕩器及壓控振蕩器。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了集成振蕩器。圖1 系統(tǒng)總體框圖提出設(shè)計(jì)指標(biāo)小組討論擬定電路方案電路連接程序編寫運(yùn)行正確仿真調(diào)試結(jié)果測(cè)量指標(biāo)滿足？設(shè)計(jì)結(jié)束程序編譯連接重編程序修改電路方案3.主要部分電路圖及原理分析3.1反饋振蕩器3.1.1原理分析利用正反饋方法來獲得等幅的正弦振蕩器，這就是反饋振蕩器的基本原理。反饋振蕩器是由主網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路。其主網(wǎng)絡(luò)一般由放大器和選頻網(wǎng)

7、絡(luò)組成，反饋網(wǎng)絡(luò)一般由無源器件組成。一個(gè)反饋振蕩器必須滿足三個(gè)條件：起振條件（保證接通電源后能逐步建立起振蕩），平衡條件（保證進(jìn)入維持等幅持續(xù)振蕩的平衡狀態(tài)）和穩(wěn)定條件（保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞）。圖2反饋振蕩器原理圖起振-非線性過程-穩(wěn)幅振蕩在反饋振蕩器中，lc并聯(lián)諧振回路是最基本的選頻網(wǎng)絡(luò)。反饋振蕩器是一個(gè)非線性閉環(huán)系統(tǒng)，其特性需用非線性系統(tǒng)的分析方法來加以分析。但在振蕩的初始階段，系統(tǒng)內(nèi)流通的信號(hào)比較微弱，因此可以引用線性系統(tǒng)的分析方法，來確定這一時(shí)期振蕩器的工作狀態(tài)。3.1.2振蕩條件起振過程是指接通電源后，振蕩從無到有的建立過程。起振條件又稱自激條件。它表示振蕩電

8、路在接通電源時(shí)，輸出信號(hào)從無到有建立起來應(yīng)滿足的條件。振蕩器最初的激勵(lì)：第一，來源于放大管基極電壓，電壓在開機(jī)后由零升至定值，就相當(dāng)于接入一個(gè)階躍信號(hào)，此階躍信號(hào)含有多種頻率分量；第二，電路各部分存在許多形式的擾動(dòng)，如管子的內(nèi)部噪聲、輸入回路電阻的熱噪聲等，這些噪聲和干擾所含有的頻率成分十分豐富。這些微小的擾動(dòng)電壓或電流經(jīng)過振蕩器放大管的放大，加至負(fù)載回路及反饋網(wǎng)絡(luò)，由于負(fù)載諧振回路的選頻作用，只有與諧振回路的固有諧振頻率相同的那個(gè)頻率成分才能在負(fù)載回路兩端產(chǎn)生電壓。由于正反饋的存在，這一微弱信號(hào)經(jīng)過放大，反饋，再放大，再反饋，往復(fù)循環(huán)在信號(hào)較小的起振階段，每次返回至輸入端信號(hào)的幅度總要比前一

9、次的大，振蕩幅度不斷增加，完成起振過程。圖3反饋型振蕩器組成框圖將閉合環(huán)路在“x”處斷開，并定義環(huán)路增益 根據(jù)上述分析，可直接寫出振蕩器的起振條件為 即環(huán)路增益 （5.2.5）式（5.2.5）為復(fù)數(shù)形式，。令，式（5.2.5）可表示為振幅起振條件 （5.2.6a） 相位起振條件 （5.2.6b）式中表示開環(huán)環(huán)路增益的相角，為基本放大器輸出電壓與輸入電壓的相位差，為反饋網(wǎng)絡(luò)的相移。 振幅的起振條件（5.2.6a）要求，即反饋信號(hào)幅度大于前一次的信號(hào)輸入；（5.2.6b）為相位起振條件，要求在環(huán)路起振過程中，環(huán)路始終保持正反饋。3.1.3平衡條件記閉環(huán)電壓放大倍數(shù)ku(s)，開環(huán)電壓放大倍數(shù) k(

10、s)，電壓反饋系數(shù) f(s)，環(huán)路增益 t(s)，反饋系數(shù) f(j)=-f(j)。 自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1， 即t(j)=k(j)f(j)=1，通常又稱為振蕩器的平衡條件。 振蕩器的平衡條件又可細(xì)分為振幅平衡條件（|t(j)|=1）和相位平衡條件（(t)=(k)+(f)=2n, n=0,1,2）。 其中：(1) 當(dāng)|t(j)|1，形成增幅電路振蕩；當(dāng)t|(j)|1時(shí)，形成減幅振蕩。 (2) 平衡時(shí)電源供給的能量等于環(huán)路消耗的能量； (3) 通常的環(huán)路只在某一特定才滿足相位條件。3.1.4穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件相應(yīng)地可分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。 (1) 振幅穩(wěn)定條件 要使振幅穩(wěn)定

11、，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說，就是在平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時(shí)，環(huán)路增益將減小，從而使振幅減小。 (2)相位穩(wěn)定條件 同理，要使相位穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止相位變化的能力。 3.1.5頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化, 引起振蕩器的實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度, 它是振蕩器的一個(gè)很重要的指標(biāo)。頻率穩(wěn)定度又可分為：長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度（一般是指一天以上甚至幾個(gè)月的時(shí)間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化）、短期頻率穩(wěn)定度（一般是指一天以內(nèi)，以小時(shí)、分鐘或秒記的時(shí)間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化）和瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度（一般是指秒或毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化）。一般

12、所說的頻率穩(wěn)定度是指短期穩(wěn)定度。一般短波、超短波發(fā)射機(jī)的的頻率穩(wěn)定度為10-410-5，電視發(fā)射臺(tái)的頻率穩(wěn)定度為510-7左右。 提高頻率穩(wěn)定度的措施有： (1)提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性（指回路元件和電容的標(biāo)準(zhǔn)性，溫度是影響的主要因素） (2) 減少晶體管的影響 (3) 提高回路的品質(zhì)因數(shù) (4) 減少電源、負(fù)載等的影響3.2用multisim軟件進(jìn)行仿真（1）啟動(dòng)multisim9，并畫出如下電路圖3負(fù)反饋電路圖（2）條節(jié)信號(hào)發(fā)生器v2的大小，是輸出端10在開環(huán)情況下輸出不失真。（3）啟動(dòng)直流工作點(diǎn)分析，記錄數(shù)據(jù)，填入下表三極管q1三極管q2vbvcvevbvcve3.7167.1653.077

13、3.4144.5032.762 表1直流工作點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄（4）交流測(cè)試rl（圖中r11）vi（mv）v0(v)av開環(huán)rl=無窮（s2打開）203.122156.1rl=1.5k（s2閉合）201.7688閉環(huán)rl=無窮（s2打開）20410.22420.5rl=1.5k（s2閉合）20365.7461.03 表2開環(huán)、閉環(huán)交流測(cè)試表（5）負(fù)反饋對(duì)失真的改善在開環(huán)情況下適當(dāng)加大vi的大小，使其輸出失真，記錄波形圖4失真波形圖閉合開關(guān)s1，并記錄波形圖5閉合開關(guān)s1波形圖 （6）測(cè)試放大頻率特性 如圖所示，進(jìn)入交流分析圖6交流分析如下所示，輸入?yún)?shù)，包括frequency parameters和o

14、utput兩項(xiàng)圖7參數(shù)設(shè)置圖8開環(huán)時(shí)的圖形和閉環(huán)時(shí)的圖形4.課程設(shè)計(jì)心的體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，初步掌握數(shù)字電子電路設(shè)計(jì)的一般方法步驟，學(xué)會(huì)并利用一種電路分析軟件，對(duì)電路進(jìn)行分析、計(jì)算和仿真，通過查找資料，選擇方案，設(shè)計(jì)電路，撰寫報(bào)告，完成一個(gè)較完整的設(shè)計(jì)過程，將抽象的理論知識(shí)與實(shí)際電路設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，在掌握電路基本設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，加深對(duì)課程知識(shí)的理解和綜合應(yīng)用，培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題的能力，以及創(chuàng)新能力。通過設(shè)計(jì)電路，既復(fù)習(xí)了以前所學(xué)過的知識(shí)，又學(xué)習(xí)了許多新的東西。理論上的東西不經(jīng)過實(shí)際的檢驗(yàn)是沒有什么說服力的。而設(shè)計(jì)正是理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)

15、手能力和解決實(shí)際問題的能力，讓我對(duì)所學(xué)課程的應(yīng)用有了新的認(rèn)識(shí)。最重要的是得到了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過這次課程設(shè)計(jì)，提高了我對(duì)本專業(yè)的興趣，讓我在以后的學(xué)習(xí)中更加努力。經(jīng)過這次課程設(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，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定，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)通信專業(yè)里邊的各種知識(shí)，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。5.參考文獻(xiàn)1張肅文.高頻電子線路m.高等教育出版社,2005.82康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)m.高等教育出版社,2004.43聶典.multisim10計(jì)算機(jī)仿真m.電子工業(yè)出版社,2003.54于洪珍.通信電子線路m.清華大學(xué)出版社,2000.45林春方.高頻電子線路m.電子工業(yè)出版社,2004.66于海勛，鄭長(zhǎng)明.高頻電子實(shí)驗(yàn)與仿真m科學(xué)出版社,2005.87胡宴茹.高頻電子線路m.高等教育出版社,2005.88魏群.怎樣選用無線電電子元器件m.人民郵電出版社,2000.149 曾興雯. 高頻電子線路m. 高等教育出版