電子線路課程設(shè)計-高頻LC振蕩器

1、高頻LC振蕩器專業(yè)班級： 12級電信三班 姓 名： 彭祝凡 趙騫 秦海華 學 號： 080212129 080212123 08021125 指導教師： 李強 設(shè)計時間: 2014年12月11日 物理與電氣工程學院 2014 年 12 月 11 日摘要在信息飛速發(fā)展的時代，對信息的獲取,傳輸與處理的方法越來越受到人們的重視。如何高速快捷且沒有失真的傳遞信息成為關(guān)注的熱點。通過對高頻電子線路的學習，了解到高頻信號發(fā)生器主要用來向各種電子設(shè)備和電路提供高頻信號或高頻標準信號，以便測試各種電子設(shè)備和電路的電器特性.一般采用LC諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的刻度讀出。高頻信號發(fā)生器主要是產(chǎn)生高頻正弦

2、震蕩波，故電路主要是高頻振蕩電路構(gòu)成。振蕩器的功能是產(chǎn)生標準的信號源，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。為此，振蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子線路。振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路。其中三點式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過電容三點式振蕩器的改進可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進的電容反饋振蕩器。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，震蕩頻率可以做得很高。通過對各電路的比較，以及根據(jù)課設(shè)要求頻率穩(wěn)定度等綜合

3、考慮，最終選擇西勒振蕩器，繼而通過multisim設(shè)計電路和仿真，并完成相關(guān)技術(shù)指標。關(guān)鍵字：三點式，振蕩器，西勒電路，multisim目 錄摘要.21. 概述.42. 課程設(shè)計任務(wù)及要求.42.1 設(shè)計任務(wù).42.2 設(shè)計要求.43. 理論設(shè)計.43.1方案論證.43.2系統(tǒng)設(shè)計.53.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明.53.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理.53.3 單元電路設(shè)計.63.3.1單元電路工作原理.63.3.2元件參數(shù)選擇.84. 安裝調(diào)試.94.1 安裝調(diào)試過程.94.2 故障分析.105. 結(jié)論.106. 使用儀器設(shè)備清單.107. 收獲、體會和建議.118. 參考文獻.11.1 概述在

4、本次課程設(shè)計中，為了熟悉高頻電子線路課程，著眼于LC正弦波振蕩器的分析和研究。振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路。其中三點式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過電容三點式振蕩器的改進可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進的電容反饋振蕩器。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，震蕩頻率可以做得很高。2. 課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個高頻LC振蕩器，純硬件。2.2 設(shè)計要求要求中心頻率為10.7MHz

5、小信號諧振放大器，峰峰值大約為2V，可調(diào)電容改變振蕩頻率，滑動變阻器改變靜態(tài)工作點。3 理論設(shè)計3.1方案論證振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路。其中三點式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過電容三點式振蕩器的改進可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進的電容反饋振蕩器。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，震蕩頻率可以做得很高。通過對各電路的比較，以及根據(jù)課設(shè)要求頻率穩(wěn)定度等綜合考慮，最終選擇西勒振蕩器，繼而通

6、過multisim設(shè)計電路和仿真，并完成相關(guān)技術(shù)指標。3.2 系統(tǒng)設(shè)計3.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明圖1 構(gòu)成一個LC振蕩器必須具備以下三個條件：1)一套振蕩回路，包含兩個（或兩個以上）儲能元件。在這兩個元件中，當一個釋放能量時，另一個就能接收能量。釋放和接收能量可以往返進行，其頻率決定元件數(shù)值。 2）一個能量來源，補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，這個能量就是直流電源。 3）一個控制設(shè)備，可以使電源功率在正確的時刻補充電路的能量損失，以維持等幅振蕩，這是由有源器件和正反饋電路完成的。3.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理圖2 振蕩器是不需要外激勵信號，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置

7、。LC振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，由晶體管等有源器件和具有選頻作用的無源網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)組成。振蕩器根據(jù)自身輸出的波形可分為正弦和非正弦振蕩器，這個是正弦振蕩器。3.3 單元電路設(shè)計 3.3.1單元電路工作原理 直流電源補充振蕩電路電阻所引起的能量損失，C1和C2兩個電容一個接受能量時另一個就釋放能量，釋放和接收可以往返進行，有源器件和正反饋電路使電源正確時刻補充能量。反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理振蕩器是不需要外信號激勵，自身將直流電能轉(zhuǎn)化為交流的裝置。反饋式振蕩器有兩部分組成：放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)?？驁D如下所示。放大器的增益：A=V0/V1反饋系數(shù)：F=Vf/V0圖3振蕩器必須滿足的條件（1）起振

8、條件振蕩電路在剛接通電源的時候，晶體管的電流從零越變到某一數(shù)值，同時電路中還有噪聲，它們具有很寬的頻譜。由于放大器負載回路的選頻作用，其中只有某個頻率分量才能通過反饋網(wǎng)絡(luò)加到放大器的輸入端，這就是振蕩器最初激勵信號。為了使振蕩器在接通直流電源后能夠自動起振，則要求反饋電壓在相位上與放大器輸入電壓同相，在幅度上則要求Vf>Vi，起振的充分必要條件?？梢詫懗桑篎A>1 (振幅起振條件)A+F=2n n=0,1，2，3（相位起振條件）(2)平衡條件振蕩器幅度不能無限增長下去，當達到某數(shù)字時候，振蕩器將保持幅度不變，這時候有Vf=Vi，所以平衡條件為AF=1，或者可以寫成： AF=1 （振

9、幅平衡條件） A+F=2n n=0,1，2，3（相位平衡條件）（3）穩(wěn)定條件當振蕩器受到外部因數(shù)的擾動（如電源電壓波動，溫度變化，噪聲干擾等會），將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變壞破壞原來的平衡狀態(tài)。如果通過放大器和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài)，從而導致振蕩器或突變到新的平衡狀態(tài)，則表明原來的平衡條件是不穩(wěn)定的，反之，如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點的趨勢，并且在原平衡點附近建立新的平衡狀態(tài)，則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。1） 振幅穩(wěn)定條件要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說，就是在平衡點附件，當不穩(wěn)定因素使振幅增大，環(huán)路增益將

10、減小，從而振幅減小。2） 相位平衡條件同理，要使相位穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點必須具有阻止相位變化的能力，既有振蕩器的相位穩(wěn)定條件。 3.3.2元件參數(shù)選擇合理的地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點，對振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系。一般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點應(yīng)選在遠離飽和區(qū)靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流Icq大約在0.4到4mA之間。故本次設(shè)計中：選Icq=1.5mA，Vceq=6V, =100則有 Re+Rc=(Ucc-Uceq)/Icq=(12-6)/1.4=4K為提高電路穩(wěn)定性Rc的值適當增大，取Re=1K,Rc=4K因：Ieq=Icq/ 則：I

11、eq=0.015mA一般流過Rb2的電流為510Ibq，若取7Ibq因：Rb2=Vbq/Ibq Vbq=Veq+0.7 Rb2=2.2/(0.015*7)=21 K所以取標稱電阻2 0K因：Rb1=Rb2*(Vcc-Vbq)/Vbq=90K根據(jù)本文對該LC振蕩器提出的指標要求，選取的電感、電容參數(shù)要滿足以下關(guān)系表達式（1） 所以可調(diào)電容選20PF與電感選10uH并 聯(lián)，再與10PF電容串聯(lián)。 （2）（3）其中為中心頻率，為品質(zhì)因數(shù)，為等效諧振電阻故選C1=C2=220PF4. 安裝調(diào)試4.1 安裝調(diào)試過程圖4中心頻率圖5 震蕩波形頻率范圍可由158.6MHz變化，由可調(diào)電容改變。 4.2 故障

12、分析仿真出來的波形有略微失真，不是很穩(wěn)定。通過查找資料知道需要從以下方面下手：首先要看相位平衡條件是否滿足。對振蕩電路要看是否滿足對應(yīng)的相位平衡判斷標準。此外，還要看振福平衡條件所包含的各種因素中找原因。除此以外：1）靜態(tài)工作點選的太小 2）電源電壓過低，使震蕩管放大倍數(shù)太小 3）負載太重，振蕩管與回路間耦合過緊，回路Q值太低 4）回路特性阻抗或介入系數(shù)pce太小，使回路諧振阻抗RO太低 5)反饋系數(shù)Kf太小，不易滿足振幅條件。當Kf并非越大越好，應(yīng)適當選取，所以仍然需要尋找適當方法進而完善電路。5. 結(jié)論 在這個設(shè)計當中，我學會了振蕩電路的一些基礎(chǔ)理論知識，在設(shè)計電路元件參數(shù)時首先要考慮電路

13、起振條件和平衡條件，這分別包含振幅條件和相位條件。正反饋網(wǎng)絡(luò)是西勒振蕩器設(shè)計的一個重要環(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。我還明白普通電容三點式電路與克拉潑振蕩器以及西勒振蕩器之間的不同優(yōu)勢。 6. 使用儀器設(shè)備清單 精密可調(diào)電位器100k一個，直流12V1A開關(guān)電源適配器一個，電阻1k，20k，3k各一個，10uH電感一個，221pF兩個，20pF直插可調(diào)電容一個，0.1uF電容兩個個，10pF一個個，三極管S9018一個，7cm*9cm萬能電路板一個。7. 收獲、體會和建議 雖然電子線路課程設(shè)計只有短短四周時間，但是我收獲頗深。在本次課程設(shè)計中，我選擇的題目是LC振蕩器的設(shè)計，結(jié)合自己所學的高頻電路知識，了解到，電感三點式震蕩器調(diào)頻方便，容易起振且輸出波形不理想。電容式點式振蕩器震蕩波形好但頻率穩(wěn)定度低?？死瓭娬袷幤髡袷庮l率改變可不影響反饋系數(shù)，震蕩幅度比較穩(wěn)定但可調(diào)范圍小。西勒振蕩器震蕩幅度比較穩(wěn)定，振蕩頻率可以較高，波形覆蓋系數(shù)較大，波形范圍內(nèi)輸出電壓幅度比較穩(wěn)