《通信電子線路》課程設計說明書LC三點式反饋振蕩器與晶體振蕩器設計與制作

1、武漢理工大學通信電子線路課程設計說明書課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: lc三點式反饋振蕩器與晶體振蕩器設計與制作 初始條件： （1）multisim軟件（2）高頻課程中振蕩器的相關知識要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）（1）設計一個lc三點式反饋振蕩器與晶體振蕩器，其設計技術性能指標為：振蕩頻率 頻率穩(wěn)定度 輸出幅度 （2）設計一個高頻小信號調諧放大器的電路，其設計技術性能指標為：諧振頻率：10.7mhz,諧振電壓放大倍數(shù)：，通頻帶：，矩形系數(shù)：。（3）設計一個高頻諧振功率放大器電路，其設計技術性能指標為：

2、輸出功率po125mw，工作中心頻率fo=6mhz，65%， 已知：電源供電為12v，負載電阻,rl=51，晶體管用3da1，其主要參數(shù)：pcm=1w,icm=750ma,vces=1.5v,ft=70mhz,hfe10，功率增益ap13db（20倍）。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要4abstract51 lc三點式反饋振蕩器與晶體振蕩器設計與制作61.1設計目的和意義：61.2設計原理61.2.1電容三點式振蕩器原理工作原理分析71.2.2并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(西勒電路)91.3仿真結果及調試101.3.1靜態(tài)工作電流的確定101.3.2電路

3、結構101.3.3仿真結果波形及實物111.3.4焊接實物圖131.3.5性能測試152高頻小信號電路設計162.1 高頻小信號調諧放大器的原理分析172.2 高頻小信號調諧放大器參數(shù)設置173 高頻諧振功率放大器電路設計與制作213.1設計要求及原理213.2設計過程223.2.1確定功放的工作狀態(tài)223.2.2基極偏置電路計算233.2.3計算諧振回路與耦合線圈的參數(shù)243.2.4電源去耦濾波元件選擇243.3 電路仿真254心得與體會26參考文獻27摘 要 隨著社會的發(fā)展，通訊工具在我們的生活中的作用越來越重要。通信工程專業(yè)的發(fā)展勢頭也一定會更好，為了自己將來更好的適應社會的發(fā)展，增強自

4、己對知識的理解和對理論知識的把握，本次課程設計我準備制作具有實用價值的電容反饋三點式振蕩器。振蕩器簡單地說就是一個頻率源，一般用在鎖相環(huán)中能將直流電轉換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置。詳細說就是一個不需要外信號激勵、自身就可以將直流電能轉化為交流電能的裝置。一般分為正反饋和負阻型兩種。所謂“振蕩”，其涵義就暗指交流，振蕩器包含了一個從不振蕩到振蕩的過程和功能。能夠完成從直流電能到交流電能的轉化，這樣的裝置就可以稱為“振蕩器”。 關鍵詞：振蕩器 信號abstractwith the development of society, communication tools in our

5、 life function more and more important. communication engineering specialty momentum of development also will be better, for your own future better adapt societys development, increase their understanding of knowledge and to grasp the theoretical knowledge, this course design i am ready to make prac

6、tical capacitance feedback sandianshi oscillators. oscillator is simply stated a frequency source, general use in pll can convert to dc signal output has a certain frequency exchange of electronic circuit or device. detailed said is a dont need outside signal motivation, oneself can be dc power coul

7、d be transformed to exchange the device. generally fall into the positive feedback and negative resistance type two kinds. the so-called oscillation, its meaning is alluding to exchange, oscillator includes a never oscillation to oscillation of process and function. can completion from dc to ac powe

8、r transformation, this device can be called oscillator. keywords: oscillator signal 1 lc三點式反饋振蕩器與晶體振蕩器設計與制作1.1設計目的和意義在電子線路中，除了要有對各種電信號進行放大的電子線路外，還需要有能在沒有激勵信號的情況下產生周期信號的電子電路，這種在無需外加激勵信號的情況下，能將直流電能轉換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量的電子電路稱為振蕩器。振蕩器的種類很多，根據工作原理可以分為反饋型振蕩器和負阻型振蕩器。根據選頻網絡采用的器件可分為lc振蕩器、晶體振蕩器、變壓器耦合振蕩器等。振

9、蕩器的功能是產生標準的信號源，廣泛應用于各類電子設備中。為此,振蕩器是電子技術領域中最基本的電子線路,也是從事電子技術工作人員必須要熟練掌握的基本電路。1.2設計原理1.2.1電容三點式振蕩器原理工作原理分析本次課程設計我設計的是電容反饋三點式振蕩器，而電容反饋三點式振蕩器是自激振蕩器的一種，因此更好進行設計了。振蕩器是不需要外加信號激勵，自身將直流電能轉換為交流電的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。由我們所學過的知識知道，構成一個振蕩器必須具備下列一些最基本的條件：（1）任何一個振蕩回路，包含兩個或兩個以上儲能元件。在這兩個儲能元件中，當一個釋放能量時，另一個就接收能量。接收

10、和釋放能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數(shù)值。（2）電路中必須要有一個能量來源，可以補充由振蕩回路電阻所產生的損耗。在電容三點式振蕩器中，這些能量來源就是直流電源。（3）必須要有一個控制設備，可以使電源在對應時刻補充電路的能量損失，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。 對于本次課程設計，所用的最基本原理如下：（1）振蕩器起振條件為af1（矢量式），振蕩器平衡條件為:af=1（矢量式），它說明在平衡狀態(tài)時其閉環(huán)增益等于1。在起振時a1/f，當振幅增大到一定的程度后，由于晶體管工作狀態(tài)有放大區(qū)進入飽和區(qū)，放大倍數(shù)a迅速下降，直至af=1（矢量式），此時開始

11、諧振。假設由于某種因素使af1,此時振幅就會自動衰減，使a與1/f逐漸相等。 （2）振蕩器的平衡條件包括兩個方面的內容：振幅穩(wěn)定和相位穩(wěn)定 。我們可以假設橫坐標是振蕩電壓，而縱坐標分別是放大倍數(shù)k和反饋系數(shù)f，假設因為某種情況使電壓增長，這時k.f1的情況，振蕩就會自動增強，而又回到平衡點。由此可知結論為：在平衡點，若k曲線斜率小于0，則滿足振蕩器的振幅穩(wěn)定條件。反饋式正弦波振蕩器有rc、lc和晶體振蕩器三種形式，電路主要由放大網絡、選頻回路和反饋網絡三個部分構成。本實驗中，我們研究的主要是lc三點式振蕩器。所謂三點式振蕩器，是晶體管的三個電極（b、e、c），如圖1： 圖1 三點式振蕩器的基本

12、電路根據相位平衡條件，圖1 (a)中構成振蕩電路的三個電抗元件，x1、x2必須為同性質的電抗，x3必須為異性質的電抗，若x1和x2均為容抗，x3為感抗，則為電容三點式振蕩電路（如圖1 (b)）；若x2和x1均為感抗，x3為容抗，則為電感三點式振蕩器（如圖1(c)）。由此可見，為射同余異。共基電容三點式振蕩器的基本電路如圖2：圖2 共基電容三點式振蕩器由圖可見：與發(fā)射極連接的兩個電抗元件為同性質的容抗元件c1和c2；與基極和集電極連接的為異性質的電抗元件l，根據前面所述的判別準則，該電路滿足相位條件。 其工作過程是：振蕩器接通電源后，由于電路中的電流從無到有變化，將產生脈動信號，因任一脈沖信號包

13、含有許多不同頻率的諧波，因振蕩器電路中有一個lc諧振回路，具有選頻作用，當lc諧振回路的固有頻率與某一諧波頻率相等時，電路產生諧振。雖然脈動的信號很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當增大到一定程度時，導致晶體管進入非線性區(qū)域，產生自給偏壓，使放大器的放大倍數(shù)減小，最后達到平衡，即af=1，振蕩幅度就不再增大了。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件， 反饋系數(shù)f為：。 若要它產生正弦波，必須滿足f= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一個實際的振蕩電路，在f確定之后，其振幅的增加主要是靠提高振蕩管的靜態(tài)電流值。但是如靜態(tài)電流取得太大，振蕩管工作范圍容易進入飽

14、和區(qū)，輸出阻抗降低使振蕩波形失真，嚴重時，甚至使振蕩器停振。所以在實用中，靜態(tài)電流值一般ico=0.5ma-4ma。共基電容三點式振蕩器的優(yōu)點是：1）振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可以做得較高，可達到幾十mhz到幾百mhz的甚高頻波段范圍。 電路的缺點：振蕩回路工作頻率的改變，若用調c1或c2實現(xiàn)時，反饋系數(shù)也將改變。使振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。為克服共基電容三點式振蕩器的缺點，在本次課程設計中采用并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(西勒電路)。1.2.2并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器(西勒電路)電路組成如圖3：圖3 西勒振蕩電路電路特點是在克拉潑振蕩器的基礎上，用一電容c4，并聯(lián)于電感l(wèi)兩

15、端。功用是保持了晶體管與振蕩回路弱藕合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調整范圍大。電路的振蕩頻率為： 特點：1.振蕩幅度比較穩(wěn)定； 2.振蕩頻率可以比較高，如可達千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可達1.6-1.8；所以在一些短波、超短波通信機，電視接收機中用的比較多。 頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項十分重要技術指標，它表示在一定的時間范圍內或一定的溫度、濕度、電壓、電源等變化范圍內振蕩頻率的相對變化程度，振蕩頻率的相對變化量越小，則表明振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高。改善振蕩頻率穩(wěn)定度，從根本上來說就是力求減小振蕩頻率受溫度、負載、電源等外界因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。因此改善振蕩頻率穩(wěn)定度的最重要措

16、施是提高振蕩回路在外界因素變化時保持頻率不變的能力，這就是所謂的提高振蕩回路的標準性。1.3仿真結果及調試1.3.1靜態(tài)工作電流的確定合理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，波形質量的好壞有著密切的關系。般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點應選在遠離飽和區(qū)而靠近截止區(qū)的地方。根據上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流icq大約在0.8-4ma之間選取，故本實驗電路中： 選icq=2ma vceq=6v =100 則有為提高電路的穩(wěn)定性re值適當增大，取re=1k則rc2k 因：ueq=icqre 則： ueq =2ma1k=2v 因： ibq=icq/ 則： ibq =2ma/100=

17、0.02ma為調整振蕩管靜態(tài)集電極電流的方便，rb1由8.2k電阻與50k電位器串聯(lián)構成，rb2 是8.2k的電阻。1.3.2電路結構根據設計要求和條件可采用如圖4所示的電路結構。圖4 總體電路圖1.3.3仿真結果波形及實物在原理圖中，由l1，c4，和c2共同構成的lc振蕩電路，交信號轉化成固定頻率的正弦波，其仿真波形及其峰-峰值如圖5，6所示：圖5 lc振蕩電路波形圖6 lc振蕩電路峰峰值x1構成晶體振蕩電路，其波形及其峰-峰值如圖7，8所示：圖7 晶體振蕩電路波形圖8 晶體振蕩電路峰峰值1.3.4焊接實物圖 圖9 實物電路板 圖10 電路板反面效果圖11 lc振蕩器輸出波形圖12 晶體振蕩

18、器輸出波形1.3.5性能測試調整r1，進行測試： fovop-pvceic測量值ic計算值6mhz4.40v6.20v1.96ma2ma因此，本電路板制作符合本課程的要求。2高頻小信號電路設計2.1 高頻小信號調諧放大器的原理分析高頻小信號放大器一般用于放大微弱的高頻信號,此類放大器應具備如下基本特性:只允許所需的信號通過,即應具有較高的選擇性。放大器的增益要足夠大。放大器工作狀態(tài)應穩(wěn)定且產生的噪聲要小。放大器應具有一定的通頻帶寬度，如圖13所示：圖13 單調諧放大器電路典型的單調諧諧振放大器原理如圖，圖中，rb1,rb2,re用以保證晶體管工作于放大區(qū)域，從而放大器工作于甲類，ce是re的旁

19、路電容，c1,c2是輸入輸出耦合電容，lc是諧振電路，r是集電極（交流）電阻，他決定了回路的q值，帶寬。為了減輕負載對回路的的影響，輸出采用了部分接入的方式。2.2 高頻小信號調諧放大器參數(shù)設置在初級設計時,大致以此特性作考慮即可. 基本步驟是: （1）選定電路形式依設計技術指標要求，考慮高頻放大器應具有的基本特性,可采用共射晶體管單調諧回路諧振放大器，設計參考電路見圖14所示。 圖14 單調諧高頻小信號放大器電原理圖圖中放大管選用9018，該電路靜態(tài)工作點q主要由rb1和rw1、rb2、re與vcc確定。利用和、的分壓固定基極偏置電位，如滿足條件：當溫度變化，抑制了變化，從而獲得穩(wěn)定的工作點

20、。由此可知，只有當時，才能獲得恒定，故硅管應用時， 。只有當負反饋越強時，電路穩(wěn)定性越好，故要求，一般硅管?。海?）設置靜態(tài)工作點由于放大器是工作在小信號放大狀態(tài)，放大器工作電流一般在0.82ma之間選取為宜，設計電路中取 ，設因為： 而 所以：因為：(硅管的發(fā)射結電壓為0.7v) 所以： 因為： 所以：因為： 而 取 則： 取標稱電阻6.2k因為： 則：，考慮調整靜態(tài)電流的方便，用22k電位器與15k電阻串聯(lián)。（3）諧振回路參數(shù)計算 回路中的總電容c因為： 則: 回路電容c因有 所以取c為標稱值30pf,與5-20pf微調電容并聯(lián)。求電感線圈n2與n1的匝數(shù)：根據理論推導，當線圈的尺寸及所選

21、用的磁心確定后，則其相應的參數(shù)就可以認為是一個確定值，可以把它看成是一個常數(shù)。此時線圈的電感量僅和線圈匝數(shù)的平方成正比，即： 式中：k-系數(shù)，它與線圈的尺寸及磁性材料有關；n-線圈的匝數(shù)一般k值的大小是由試驗確定的。當要繞制的線圈電感量為某一值時，可先在骨架上(也可以直接在磁心上)纏繞10匝，然后用電感測量儀測出其電感量，再用下面的公式求出系數(shù)k值： 式中： 為實驗所繞匝數(shù)，由此根據和k值便可求出線圈應繞的圈數(shù)，即： 實驗中，l采用帶螺紋磁芯、金屬屏蔽罩的10s型高頻電感繞制。在原線圈骨架上用0.08mm漆包線纏繞10匝后得到的電感為2uh。由此可確定要得到4 uh的電感，所需匝數(shù)為 最后再按

22、照接入系數(shù)要求的比例，來繞變壓器的初級抽頭與次級線圈的匝數(shù)。因有，而匝。則： 匝確定耦合電容與高頻濾波電容：耦合電容c1、c2的值，可在1000 pf0.01uf之間選擇 ，一般用瓷片電容。旁路電容ce 、c3、c4的取值一般為0.01-1f，濾波電感的取值一般為220-330uh。3 高頻諧振功率放大器電路設計與制作3.1設計要求及原理電路的主要技術指標：輸出功率po125mw，工作中心頻率fo=6mhz，65%， 已知：電源供電為12v，負載電阻,rl=51，晶體管用3da1，其主要參數(shù)：pcm=1w,icm=750ma,vces=1.5v,ft=70mhz,hfe10，功率增益ap13d

23、b（20倍）。放大器工作時，設輸入信號電壓：則加到晶體管基極,發(fā)射級的有效電壓為: 由晶體管的轉移特性曲線可知，如圖15所示： 圖15 諧振功率放大器晶體管的轉移特性曲線當時，管子截止，。當時，管子導通，式中：為折線的斜率： 所以有： ，即功放輸出的ic為一連串不連續(xù)的余弦脈沖。高功放為什么能不失真地放大信號呢?因為尖頂余弦脈沖的數(shù)學表達式為： 若對 傅里葉級數(shù)分解，即：由此可知，任何一個余弦脈沖，都是由許多不同頻率的諧波（基波、二次諧波。n次諧波）分量所構成，利用功放負載lc回路的選頻功能，適當選擇lc的參數(shù)使之諧振與基波頻率, 盡管在集電極電流脈沖中含有豐富的高次諧波分量，但由于并聯(lián)諧振回

24、路的選頻濾波作用，故功率放大器的輸出仍為不失真的正弦波。此時，諧振回路兩端的電壓可近似認為只有基波電壓，即：式中，ucm為uc的振幅；ro為lc回路的諧振電阻,為集電極基波電流振幅。在集電極電路中，lc諧振回路得到的高頻功率為:集電極電源ec供給的直流輸入功率為： ico為集電極電流脈沖ic的直流分量。集電極效率c為輸出高頻功率po與直流輸入功率pe之比，即：3.2 設計過程3.2.1確定功放的工作狀態(tài)對高頻功率放大器的基本要求是,盡可能輸出大功率、高效率，為兼顧兩者，通常選丙類且要求在臨界工作狀態(tài)，其電流流通角在600900范圍?，F(xiàn)設=700。集電極電流余弦脈沖直流ico分解系數(shù)，集電極電流

25、余弦脈沖基波icm1分解系數(shù)，。設功放的輸出功率為0.5w。功率放大器集電極的等效電阻為：集電極基波電流振幅為：集電極電流脈沖的最大振幅為： 集電極電流脈沖的直流分量為：電源提供的直流功率為：集電極的耗散功率為：集電極的效率為： (滿足設計要求)已知： 即則：輸入功率：基極余弦脈沖電流的最大值（設3da1的=10） 基極基波電流的振幅為：得基極輸入的電壓振幅為：3.2.2 基極偏置電路因 則有 ：因 則有 ：取高頻旁路電容3.2.3計算諧振回路與耦合線圈的參數(shù)圖16 諧振回路圖 輸出采用l型匹配網路， 則匹配網路的電感l(wèi)為，電容c為。3.2.4電源去耦濾波元件選擇 高頻電路的電源去耦濾波網絡通

26、常采用型lc低通濾波器，濾波電感0可按經驗取50100h，濾波電感一般取0.01f。綜合上述設計，得電路如圖17所示。圖17 高頻功放電路原理圖3.3電路仿真電路的仿真波形如圖18所示：圖18 電路的仿真波形圖輸入高頻信號100mv前級放大（甲類）7.60v后級放大（丙類）15.8v4 心得與體會經過一段時間的忙忙碌碌，在完成為期兩周的高頻電子綜合設計的過程中，我對以前所學的知識有了一個更深的的了解，并且不再局限于以前的書面上的東西，而是把所學的內容舉一反三并不斷擴展。例如，在設計高頻小信號諧振放大器中，首先是參數(shù)的計算，為了保證小信號調諧放大器穩(wěn)定地工作，選用cbc小的晶體管，或采用減小cb

27、c影響的電路，采用增加插入損耗（回路上并聯(lián)電阻），增加失配損耗（適當?shù)幕芈凡孱^）或減小靜態(tài)工作點電流等方法降低放大器的增益，使它低于單級的最大穩(wěn)定增益。在將參數(shù)計算出來之后，帶到電路中去，發(fā)現(xiàn)增益還比較符合要求。只是在下一部測試通頻帶時有點問題，即在測fl和fh時，發(fā)現(xiàn)從中心頻率向右移動最小的一格，剛好可以讀出增益下降3db時的頻率，但向左移動最小的一格增益卻下降將近5個db，所以一直無法測出通頻帶。但經過一段時間的研究，發(fā)現(xiàn)可以調整水平方向最小的一格的大小，于是才讀出fl，然后就計算出了通頻帶。其他的包括矩形系數(shù)也是這樣讀出來的。 我在這次課設中我懂得了有些問題是可以自己慢慢看書、摸索，在反

28、復嘗試的過程中解決，雖仍會有些問題和某些缺陷，但它使我感到了一絲成就感。我相信這種方法還可以運用到以后的實際工作當中去，是解決問題的一個方法，并在老師的指導會變得更加完善！總之這次的設計與實物制作讓我受益匪淺，加深了對課本知識的理解，動手能力也進一步加強了。參考文獻1.于洪珍，通信電子電路，清華大學出版社，2005年6月2.沈偉慈，高頻電路，西安電子科技大學出版社，2000年3.張肅文，高頻電子線路，高等教育出版社，1993年4.高吉祥，高頻電子線路，電子工業(yè)出版社，2003.年5.清華大學通信教研組，高頻電路，人民郵電出版社，1980年6.姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，20

29、03年7.姜威，實用電子系統(tǒng)設計基礎，北京理工大學出版社，2008年1月8.王松武，電子創(chuàng)新與實踐，國防工業(yè)出版社，2005年本科生課程設計成績評定表姓 名性 別專業(yè)、班級課程設計題目：課程設計答辯或質疑記錄：成績評定依據：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 年 月 日ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5f

30、n2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqy

31、npog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmovdsjqctjagjmdlskpgad2s0h0vmzgaht36gyuez7umank1ndreubeqdgrx0venqgnsyib2ilq3siqrnl4m56t7z8y8da5k0kupn5nzg4jvjdtffhyt82aogqkxo4vblmleiy2p7hthbho07rcfttxodydppdtqso7wxd0j6fkklgm4wodzplhtrr2xgqn13