LC調(diào)頻振蕩器說明書

1、通信電子線路課程設(shè)計說明書 LC調(diào)頻振蕩器 院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 陳超 指導(dǎo)教師： 張松華 職稱 副教授 學(xué)號： 11401340322 專 業(yè)： 通信工程 完成時間： 2013年12月09日 摘 要LC正弦波振蕩器是各種接收機和發(fā)射機中一種常見的電路，在無線電通信、廣播、電視設(shè)備中用來產(chǎn)生所需要的載波和本機振蕩信號。其典型形式為“三點式”振蕩電路，電路簡單、頻率穩(wěn)定度較高，其工作原理是建立在正反饋基礎(chǔ)上將直流電源提供的能量變成正弦交流輸出?？死瓭娬袷幤魇歉倪M型“電容三點式”振蕩器，其減小了晶體管極間電容對諧振的影響，其振蕩頻率更加穩(wěn)定。直接調(diào)頻:調(diào)頻電路是發(fā)射機中常見

2、的一種電路，調(diào)頻分為直接調(diào)頻和間接調(diào)頻，本設(shè)計直接調(diào)頻，直接調(diào)頻是用調(diào)制電壓去控制LC回路參數(shù)，其特點是：振蕩調(diào)制同時進行，故頻率穩(wěn)定性較差，但其頻偏大，電路簡單。常用的是變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路和電抗管調(diào)頻。LC調(diào)頻振蕩器是LC振蕩器和調(diào)頻電路的連接,常用于發(fā)射機中，通過調(diào)制信號對高頻振蕩信頻率的調(diào)制，實現(xiàn)了頻譜的非線性變換。關(guān)鍵詞：克拉潑振蕩器；調(diào)頻電路；LC調(diào)頻振蕩器；Multisim仿真ABSTRACT目 錄1 課程設(shè)計任務(wù)書51.1 設(shè)計任務(wù)51.2 主要技術(shù)指標51.3 設(shè)計思想52 概論62.1 設(shè)計目的62.2 LC振蕩電路的實現(xiàn)方法6 2.3 調(diào)頻電路實現(xiàn)方法73 各部分設(shè)計及

3、原理分析83.1 LC振蕩器電路的設(shè)計83.2 調(diào)頻電路的設(shè)計93.3 LC調(diào)頻振蕩器電路的設(shè)計103.3.1 總設(shè)計思路103.3.2 電路原理圖114 元件參數(shù)的確定114.1 LC振蕩器電路參數(shù)的確立114.1.1 設(shè)置靜態(tài)工作點114.1.2 確定振蕩回路元件值114.2 調(diào)頻電路參數(shù)的確定125 仿真與調(diào)試135.1 電路仿真135.1.1 仿真電路135.1.2 仿真圖形及結(jié)果135.2 實物電路調(diào)試15結(jié)束語17致 謝18參考文獻18附錄19 2 概 論1.1 設(shè)計目的1、通過理論設(shè)計和實物制作解決相應(yīng)的實際問題，鞏固和運用在高頻電子線路中所學(xué)的理論知識和實驗技能，掌握常用電路的

4、一般設(shè)計方法，提高設(shè)計能力和實踐動手能力。2、掌握電子電路分析和設(shè)計的基本方法。根據(jù)設(shè)計任務(wù)和指標初選電路；調(diào)查研究和設(shè)計計算確定電路方案；選擇元件、安裝電路、調(diào)試改進；分析實驗結(jié)果、寫出設(shè)計總結(jié)報告。3、通過嚴格的科學(xué)訓(xùn)練和設(shè)計實踐，逐步樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的科學(xué)作風(fēng)，并逐步建立正確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀和全局觀，能對實驗結(jié)果獨立地進行分析，進而做出恰當?shù)脑u價。1.2 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個LC調(diào)頻振蕩器1.3 主要技術(shù)指標（1）主振頻率=10；（2）頻率穩(wěn)定度；（3）輸出電壓；（4）最大頻偏；（5）調(diào)制靈敏度；2 設(shè)計方案2.1 設(shè)計思想LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計，是根據(jù)LC調(diào)頻振蕩器的中心頻率

5、、頻率穩(wěn)定度 /、輸出電壓Uo、最大頻偏、調(diào)制靈敏度等性能指標要求，正確地確定出LC正弦波振蕩器、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計可以分兩個方向進行：1）LC正弦波振蕩器的確定根據(jù)給定的技術(shù)指標：中心頻率=10，頻率穩(wěn)定度確定LC振蕩電路的形式為電容三點式的克拉潑電路。本設(shè)計采用2N2222和LC設(shè)計的振蕩電路。 2）變?nèi)荻O管調(diào)頻電路的確定根據(jù)頻率穩(wěn)定度/、最大頻偏選擇線路，采用直接調(diào)頻，再確定變?nèi)荻O管的接入系數(shù)，確定調(diào)制信號電壓。2.2 LC振蕩器電路的實現(xiàn)方法 1）平衡條件振蕩建立起來之后，振蕩幅度不會無限制地增長下去，因為隨著振蕩

6、幅度的增長，放大器的動態(tài)范圍就會延伸到非線性區(qū)，放大器的增益將隨之下降，振蕩幅度越大，增益下降越多，最后當反饋電壓正好等于原輸入電壓時，振蕩幅度不再增大而進入平衡狀態(tài)。平衡條件是研究振蕩器的理論基礎(chǔ)，利用振幅平衡條件可以確定振蕩幅度，利用相位平衡條件可以確定振蕩頻率。式（2-1）、（2-2）即為相位平衡條件和振幅平衡條件： (n=0，1，2，.) （2-1）T=A0F=1 （2-2）2）起振條件為了確保振蕩器能夠起振，設(shè)計的電路參數(shù)必須滿足AoF1的條件。而后，隨著振蕩幅度的不斷增大，Ao就向A過渡，直到AF=1時，振蕩達到平衡狀態(tài)。顯然，AoF越大于1，振蕩器越容易起振，并且振蕩幅度也較大。

7、但AoF過大，放大管進入非線性區(qū)的程度就會加深，那么也就會引起放大管輸出電流波形的嚴重失真。所以當要求輸出波形非線性失真很小時，應(yīng)使AoF的值稍大于1。式（2-3）和（2-4）分別稱為振蕩器起振的相位條件和振幅條件： (n=0，1，2，.) （2-3） （2-4）2.3 調(diào)頻電路的實現(xiàn)方法實現(xiàn)調(diào)頻的方法有兩大類，即直接調(diào)頻與間接調(diào)頻。1）直接調(diào)頻法直接調(diào)頻就是用調(diào)制信號直接控制振蕩器的振蕩頻率，使其與調(diào)制信號成線性規(guī)律變化。在LC正弦振蕩器中，由于振蕩頻率近似等于振蕩回路諧振頻率，在振蕩回路中接入可控電抗元件，用調(diào)制信號去控制可變電抗元件的電抗值，從而使振蕩頻率隨調(diào)制信號變化，實現(xiàn)直接調(diào)頻。直

8、接調(diào)頻優(yōu)點是頻偏較大，但中心頻率不易穩(wěn)定。其組成框圖如圖1：可控電抗元件克拉潑振蕩器調(diào)制電壓圖1 直接調(diào)頻電路組成框圖2）間接調(diào)頻法 先將調(diào)制信號進行積分，然后用它對載波進行調(diào)相，從而獲得調(diào)頻信號，稱為間接調(diào)頻法。間接調(diào)頻實現(xiàn)的原理框圖如圖2所示：圖2 間接調(diào)頻電路組成框圖我們主要技術(shù)要求是：頻偏盡量大，并且與調(diào)制信號保持良好的線性關(guān)系；中心頻率的穩(wěn)定性盡量高；寄生調(diào)幅盡量??；調(diào)制靈敏度盡量高。根據(jù)題目要求，其頻率穩(wěn)定度/，最大頻偏，我們決定采用直接調(diào)頻法來設(shè)計電路。3 原理圖設(shè)計3.1 LC振蕩器電路的設(shè)計LC正弦波振蕩器的作用是產(chǎn)生高頻正弦波。在本設(shè)計中用于產(chǎn)生10MHz的正弦振蕩信號。如

9、圖3所示，由晶體管Q1及LC諧振回路組成改進型“電容三點式”振蕩器即克拉潑振蕩電路，它被結(jié)為共基組態(tài)。 圖3 LC正弦波振蕩原理圖為基極耦合電容，其靜態(tài)工作點又RB1,RB2 ,RE及Rc決定，即： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4）小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流一般為14mA，偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重,頻率穩(wěn)定性變差。L1、C1與C2、C3組成并聯(lián)諧振回路，其中C3兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓,以滿足相位平衡條件。F=C2/C3決定反饋電壓的大小，電路起振條件為F1，當F=1時，振蕩器滿足相位平衡條件。反饋系數(shù)F一般取1/8到1/2。為減少晶體管的極間電容對回路振蕩頻率的

10、影響，要求C1C2，C1R1，R3R2,以減小加入變?nèi)荻O管偏置電路后對振蕩回路Q值的影響。高頻扼流圈ZL2與C6給u(t)提供通路，C5起高頻濾波作用。4 電路元件參數(shù)確定4.1 LC振蕩器電路參數(shù)的確定4.1.1 設(shè)置靜態(tài)工作點振蕩器的靜態(tài)工作點取ICQ=2mA，VCEQ=6V，測得晶體管=60。因RE+RC=(Vcc - VCEQ)/ ICQ，為提高電路的穩(wěn)定性，RE的值可適當增大，取RE=1k，則RC=2k。因 VEQ=ICQRE=2V (4-1)若取流過RB2的電流 IB2=10IBQ=10ICQ/=0.33Ma (4-2) 則RB2=VBQ/IB28.2k (4-3) 因(4-4)

11、 即 RB1=vccRB2/VBQ-RB2=28.2k(4-5)RB1用24k電阻與22k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點。4.1.2 確定振蕩回路元器件值若取C1=50pF，且fo=10MHz，由公式 得L1=5H電容C2、C3由反饋系數(shù)F及電路條件C1C2，C1C3決定，若取C2=510pF，由F=C2/C3= 1/81/2，則取C3=3600pF，取耦合電容CB=0.01uF。4.2 調(diào)頻電路參數(shù)的確定變?nèi)莨艿撵o態(tài)反偏壓U由電阻R1與R2分壓決定，即 VQ=R2/(R1+R2)Vcc已知VQ=4V，若取R2=10K，則R1=(Vcc/VQ-1)R2=20K實驗時R1用24k電阻與22k電位

12、器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)偏壓U。隔離電阻R3應(yīng)遠大于R1、R2，取R3=150k。低頻調(diào)制信號U的耦合支路電容C5及電感L2應(yīng)對U提供通路，一般的頻率為幾 十赫至幾十千赫茲，故取C5=4.7uF，L2=47uH（固定電感）。高頻旁路電容C6應(yīng) 對調(diào)制信號U呈現(xiàn)高阻，取C6=5100pF。5 仿真與調(diào)試5.1 電路仿真5.1.1 仿真電路圖7 仿真電路5.1.2 仿真圖形及結(jié)果LC振蕩器的輸出頻率fo稱為主振頻率或載波頻率。用數(shù)字頻率計測量回路的諧振頻率fo，高頻電壓表測量諧振電壓Uo，示波器檢測振蕩波形。起振波形如圖8所示。調(diào)頻測試電路如圖9所示，幅值及頻率分別如圖10和圖11所示。 圖8 起振波

13、形圖9 LC振蕩器波形圖10 輸出電壓Uo圖11 頻率fo5.2 實物電路調(diào)試圖12 實物振蕩波形由波形得振蕩波形f=10.31MHz誤差S%=（10.31-10）/10=3.1%圖11 實物調(diào)頻數(shù)據(jù)分析由圖9、圖10知頻率fo為10MHZ，電Uo為693mV,對比技術(shù)指標中心頻率fo=10MHZ知符合技術(shù)要求指標，所得波形為高頻正弦波，符合LC正弦波振蕩器所得波形。主振頻率fo的相對穩(wěn)定性用頻率穩(wěn)定度/表示。我們在仿真圖10每隔幾分鐘讀一個頻率值，然后取其范圍內(nèi)的最大值max與最小值min，則頻率穩(wěn)定度求得其頻率穩(wěn)定度大約為（）/小時，對比課題中給出的頻率穩(wěn)定度為/知此電路符合要求。靈敏度：

14、SF=d（f）/d（u）得靈敏度滿足SF10KHz/V誤差分析1)誤差計算fo%=（10.001-10.000）100%/10.000=0.0001%2)誤差原因由于調(diào)頻振蕩器的工作頻率較高，三極管的結(jié)點電容、電感、電容的分布及測量儀器對實驗結(jié)果會有一定的影響。電路中測量儀器的影響，電路參數(shù)的可調(diào)性大。LC振蕩器使用中不可避免地會受到各種外界因數(shù)的影響，使得這些參數(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定。調(diào)試中的問題實驗中振蕩電路接通電源后，有時不起振，但有時在外界信號強烈觸發(fā)下會起振，或者在波段振蕩器中有時只在某一頻段振蕩，而在另一頻段不振蕩。經(jīng)過討論分析，知道這些現(xiàn)象無非是沒有滿足相位平衡條件或振幅平

15、衡條件。如果在全波段內(nèi)不振蕩，首先要看相位平衡條件是否滿足。此外，還要在振幅平衡條件所包含的各種因素中找原因，例如：1、靜態(tài)工作點選的太小。2、電源電壓過底，使振蕩管放大倍數(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。5、反饋系數(shù)太小，不易滿足振幅平衡條件。但反饋系數(shù)并非越大越好，應(yīng)適當選取。結(jié) 束 語通過近一個月對理論的研究，設(shè)計思路的摸索，我們成功做成了LC調(diào)頻振蕩器，無比興奮。以我們目前掌握的知識顯然應(yīng)對課程設(shè)計是很困難的，我們小組收集到很多很好的資料，從設(shè)計原理到設(shè)計過程、思路都給我們很大的幫助，同時也加深了對理論知識的理解，尤其是振蕩與調(diào)頻電路增進了理解。這次設(shè)計，根據(jù)

16、課題的技術(shù)指標，在進行了數(shù)據(jù)計算，基本上完成了設(shè)計的整體方案。我們團體協(xié)作，共同完成了LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計任務(wù)，總的來說是基本上實現(xiàn)了設(shè)計所要求的功能，但一定程度上還是有很多不足之處。這次設(shè)計也培養(yǎng)了我們的電路設(shè)計基本思路和方法，提高了我們綜合運用知識的能力以及分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)我們對專業(yè)知識的興趣，也在一定程度上提高了我們寫作論文的能力，從而基本上達到了這次課程設(shè)計的目的。我也明白理論和實際是不同的兩個環(huán)節(jié)，就比如，設(shè)計出來的電路在理論上是可行的，但是實際做出來的板子可能也會沒有波形出現(xiàn)，這就需要調(diào)試，調(diào)試又要從理論上找準修改的元器件的值，所以在這次理論與實踐相結(jié)合的設(shè)計中，我收獲頗多。致 謝在此次課程設(shè)計中，我要向幫助我們的人們表達最誠摯的謝意。感謝指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，幫助我分析思路，開拓視野，解決問題。張老師治學(xué)嚴謹，使我受益終身。其次，我還要感謝我們組的其他成員，在我們共同努力下，完成了此次設(shè)計。這是一個快樂的過程，感謝這次設(shè)計，我學(xué)會了很多。參 考 文 獻1 胡宴如. 高頻電子線路【M】.北京：高等教育出版社，19932 謝自美. 電子線路設(shè)計實驗測試【