電感反饋振蕩器電路設(shè)計

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 高頻電子線路課程設(shè)計（論文）題目：電感反饋振蕩器電路設(shè)計院 (系)：專業(yè)班級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：起止時間：課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）目 錄第1章 電路反饋振蕩器設(shè)計方案論證 . 11.1電路反饋振蕩器的應(yīng)用意義 . 11.2電感反饋振蕩器設(shè)計的要求及技術(shù)指標(biāo) . 11.3 設(shè)計方案論證 . 11.4 總體設(shè)計方案框圖及分析 . 2第2章 電感反饋振蕩器電路設(shè)計 . 22.1電感反饋振蕩器電路設(shè)計 . 22.2 電感反饋振蕩器電路參數(shù)計算 . 32.3電路仿真結(jié)果分析 . 62.4電路性能分析 . 7第3

2、章 設(shè)計總結(jié) . 8 參考文獻(xiàn) . 9遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）第1章 電路反饋振蕩器設(shè)計方案論證1.1電路反饋振蕩器的應(yīng)用意義振蕩器是不需要外信號激勵，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。電感三點式振蕩電路是正弦振蕩電路中極重要的一種。它能產(chǎn)生各種頻率的正弦信號，不但能產(chǎn)生高頻，也能產(chǎn)生低頻。它在各種電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。例如，無線電發(fā)射機中的載波信號源，接收設(shè)備中的本地振蕩信號源，以及各種測量儀器。1.2電感反饋振蕩器設(shè)計的要求及技術(shù)指標(biāo)1 .分析設(shè)計要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2

3、.確定合理的總體方案。以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。1.3 設(shè)計方案論證電感三點式振蕩電路是正弦波振蕩電路中極為重要的一種。它由晶體管所構(gòu)成的放大電路，以及由LC所構(gòu)成的反饋電路所組成的。其中電感L1與L2組成一個分壓器，它們通常繞在一個線圈架上，其間有互感M，其合成的電感量L成為L= L1+ L2+2M。因此，其振蕩頻率f如下，f=12L

4、C，要滿足振蕩條件，反饋信號的相位必須與信號的相位為一致。假設(shè)合成電感量L所發(fā)生的電壓為e，中間的接點E的左方線圈為L1，右方線圈為L2。此時，L1與L2所發(fā)生的電壓雖然為同一方向，但是，如果以E點為基準(zhǔn)，考慮到L1與L2的電壓時，L1所發(fā)生的電壓相對于所發(fā)生的電壓e成為逆相。因此，以接點E為基準(zhǔn)，電壓Vbe與Vce為逆相，也即是相位相差180。而Vbe為晶體管放大器的輸入信號，與輸出信號Vce相位差l80。結(jié)果，相位差合計為360，使反饋信號成為同相，達(dá)到產(chǎn)生振蕩的條件。1遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）1.4 總體設(shè)計方案框圖及分析圖1-1總體方框圖 第2章 電感反饋振蕩器

5、電路設(shè)計2.1電感反饋振蕩器電路設(shè)計任何一種反饋式振蕩器，至少應(yīng)包括以下三個組成部分:2遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）1. 放大電路。自激振蕩器不但要對外輸出功率，而且還要通過反饋網(wǎng)絡(luò)，供給自身的輸入激勵信號功率。因此，必須有功率增益。當(dāng)然，能量的來源與放大器一樣，是由直流電源供給的。2. 反饋、選頻網(wǎng)絡(luò)。自激振蕩器必須工作在某一固定的頻率上。一般在放大器的輸出端接有一個決定頻率的網(wǎng)絡(luò)，即只有在指定的頻率上，通過輸出網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)，才有閉環(huán)3600相移的正反饋，其它頻率不滿足正反饋的條件。3. 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。自激振蕩器必須能自行起振，即在接通電源后，振蕩器能從最初的暫態(tài)過度到最后

6、的穩(wěn)態(tài)，并保持一定幅度的波形?？傮w電路圖如下：圖2-1總體電路圖2.2 電感反饋振蕩器電路參數(shù)計算在考慮互感M的情況下，振蕩頻率：fo=12L1+L2+2M)*C3遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）代入數(shù)值 fo=12LC=5000Hz； 因此To=在忽略互感M的情況下，反饋系數(shù)：F=1=0.2ms； foL20.024=0.024； L11起振條件：hhhfeieoeL1+M1； L2+Mhfe 其中，hoe為考慮振蕩回路阻抗后的晶體管等效輸出導(dǎo)納，hoe=hoe+輸出回路的諧振阻抗。接入系數(shù)： 1Rp；此處Rp為pce=L1; L1+L2F =1 振蕩的平衡條件: A上式稱為

7、振蕩器的平衡條件，表明振蕩電路形成穩(wěn)定輸出后，放大電路的放大倍數(shù)和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)的乘積等于1。它包含兩層意思，其一，上式兩邊的模應(yīng)該相等，即 F =1 表明平衡時反饋系數(shù)和放大倍數(shù)幅值的乘積應(yīng)等于1，A這一式子稱為幅值平衡條件。兩邊相位也應(yīng)該相等，因此放大倍數(shù)的相位A（即放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的相位差）和反饋系數(shù)相位F（即反饋電壓與放大電路輸出電壓之間的相位差）之和應(yīng)等于2的整數(shù)倍，即：A+F=2n（n為正整數(shù)）。振蕩的穩(wěn)定條件：1. 振幅穩(wěn)定條件：在實際振蕩電路中，不可避免地存在各種電的擾動，如電源電壓、溫度等外界因素的變化引起三極管和回路參數(shù)變化等。當(dāng)振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)后，上述

8、原因均可能破壞 4遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）平衡條件，使電路頻率發(fā)生變化或自激、停振等。如圖2-2所示為電壓增益AuUbe曲線圖。圖中Au為放大器電壓增益，1/Fu為反饋系數(shù)的倒數(shù)。由于反饋系數(shù)與輸入電壓Ube的大小無關(guān)，因此在圖中1/Fu為一平行于橫座標(biāo)的直線。當(dāng)Ube較小時，隨著Ube的增大，Au逐漸增大，這時晶體管工作在甲類狀態(tài)；達(dá)到最大值后，Au又將隨Ube的增大而減小，此時晶體管工作在甲乙類狀態(tài)。Au曲線與1/Fu直線有兩個交點，Q和Q點。在兩個交點處，AuFu=1，都是平衡點。在Q點，若Ube增大，Au增大，AuFu1，振蕩越來越強。反之，若Ube減小，Au減

9、小，AuFu1，振蕩減弱。因此，Q是不穩(wěn)定平衡點。在Q點，若Ube增大，Au減小，AuFu1，于是振蕩振幅減弱，又回到Q點；若Ube減小，Au增大，這時AuFu1，于是振蕩振幅自動增大，又回到Q點。因此，Q點是穩(wěn)定平衡點。所以振幅穩(wěn)定條件是：在穩(wěn)定平衡點附近，隨著Ube的增加，Au減小?；蛘哒f，Au對Ube的斜率是一負(fù)值。從以上分析可見，起振時Ube應(yīng)大于Q點對應(yīng)的橫軸，這樣才能起振，并將平衡點建立在穩(wěn)定的Q點。圖2-2 振幅穩(wěn)定條件2. 相位穩(wěn)定條件：由于電路中的擾動，暫時破壞了相位平衡條件，即 2n，使振蕩頻率發(fā)生變化，當(dāng)擾動離去后，振蕩頻率還能否回到原來的穩(wěn)定頻率點。如圖2-3所示為兩種

10、相頻特性曲線，先研究圖2-3（a）的曲線。設(shè)原來的振蕩頻率為f01，由于外界干擾引入+h時，頻率提高到f02，頻率的變化量為f0。此頻率變量，通過其負(fù)載的相頻特性，引起的相位變量為+。由此可見，相移變化的趨勢將加劇， 5遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）而不是減弱，這勢必引起振蕩的相位平衡被破壞，因此不是穩(wěn)定平衡。而對于圖2-3（b）曲線。頻率的變化量f0，通過負(fù)載的相頻特性，引起的相位變量為-。它與+h符號相反，可以互相補償，如果補償?shù)慕Y(jié)果使+h+（-）= 0時，達(dá)到了新的平衡點，即頻率穩(wěn)定在新的振蕩頻率f02處。因此，當(dāng)相頻特性的形狀如圖2-3（b）所示時，受到擾動后振蕩將在

11、原來的平衡點附近重新達(dá)到平衡。相位穩(wěn)定平衡的條件是：隨著頻率的提高，相位減小。或者說，相頻特性的斜率是負(fù)值。電路仿真實現(xiàn)(a) (b) 圖2-3 相位穩(wěn)定條件(a）不穩(wěn)定平衡 （b）穩(wěn)定平衡2.3電路仿真結(jié)果分析圖2-4 電路仿真結(jié)果6遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）在仿真過程中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不滿足電感三點式電路的起振條件時，電路不起振，幅值均呈一條直線；當(dāng)起振條件滿足后，電路起振，幅值基本呈正弦變化，從形成振蕩的過程可知，電路在起振之初為小信號工作狀態(tài)，隨著振蕩的不斷增長，將進(jìn)入大信號工作狀態(tài)。由于晶體管特性曲線的非線性，使其集電極電流逐漸減小，此時的平均電流為起振后的直流電流

12、，它必大于靜態(tài)時的工作點電流，主要根據(jù)起振前后，發(fā)射極直流電壓是否變化。若發(fā)射極電壓大于靜態(tài)時的電壓，表明電路已發(fā)生振蕩。由圖可以計算得到，振蕩器產(chǎn)生信號的實際周期T=0.15ms，即頻率fo=6667Hz；分析可知實際頻率與計算所得頻率有誤差，這應(yīng)該是由于計算時忽略了互感M，使得計算頻率偏高所引起的；2.4電路性能分析電感反饋振蕩電路的優(yōu)點是：由于L1與L2之間有互感存在，而且L1、L2之間偶合很緊，并且正反饋較強，所以容易起振。其次是改變回路電容來調(diào)整頻率時，基本上不影響電路的反饋系數(shù)，比較方便。這種電路的主要缺點是：與電容反饋振蕩電路相比，其振蕩波形不夠好。這是因為反饋支路為感性支路，對

13、高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故對于LC回路中的高次諧波反饋較強，波形失真較大。其次是當(dāng)工作頻率較高時，由于L1和L2上的分布電容和晶體管的極間電容均并聯(lián)于L1與L2兩端，這樣，反饋系數(shù)F隨頻率變化而改變。工作頻率愈高，分布參數(shù)的影響也愈嚴(yán)重，甚至可能使F減小到滿足不了起振條件。因此，這種電路盡管它的工作頻率也能達(dá)到甚高頻波段，但是在甚高頻波段里，優(yōu)先選用的還是電容反饋振蕩器。7遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）第3章 設(shè)計總結(jié)通過本次電子課程設(shè)計,使我對電子這門學(xué)科有了更深層次的認(rèn)識并且使自己對電子這一學(xué)科產(chǎn)生了濃厚的興趣,在整個課程設(shè)計的過程中,通過圖書館閱覽室，借書處和上網(wǎng)查資料，都

14、使自己對電子這一學(xué)科的知識得到了擴(kuò)展，也發(fā)散了自己的思維。在完成這個設(shè)計之后，我又重新將自己的設(shè)計仔細(xì)思考了一番，不會的地方和可以向老師和同學(xué)請教。在開始進(jìn)行設(shè)計的時候，我基本上都是參照書本或者網(wǎng)上的例子進(jìn)行。這樣就可以為自己的設(shè)計方案定好位，樹立一個榜樣，可以讓我熟悉軟件的操作環(huán)境，了解設(shè)計方法和步驟，更加深刻理解基本概念及對本次課設(shè)的總體思路都有所了解和掌握。等到自己設(shè)計的時候，可能會在設(shè)計中碰到更多的問題，這就要求我要更多的去查資料，爭取盡快的解決問題同時這樣也能讓我學(xué)到更多的知識，而且在解決遇到的問題時會更加引發(fā)自己的思考，對自己的信心和毅力都是一種考驗。我想我們不論在學(xué)任何一門課程的

15、過程中，都應(yīng)當(dāng)有一種勇于探索和不斷創(chuàng)新的精神，同時毅力也是最好的催化劑。在這次課程設(shè)計的過程中使我學(xué)會了繪圖軟件的使用， 8遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）如Protel、EWB等，因為這幾個軟件有它們很大的優(yōu)勢，在學(xué)習(xí)使用過程中我也深有體會，特別是EWB，功能很強大，基本上能滿足我在設(shè)計中的任何要求，為我在畫電路圖時提供了很大的方便。還有設(shè)計時所采用的公式，我可以利用Microsoft Word來對公式進(jìn)行設(shè)計和編輯。這次課程設(shè)計歷時一個星期多左右，通過這一個多星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，理論知識還不夠扎實。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我