模擬電子課程設(shè)計-正弦波振蕩器的設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué)生班級：09電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 設(shè)計名稱： 正弦波振蕩器的設(shè)計 起止日期： 2011.06.6至2011.06.10 指導(dǎo)教師： 設(shè)計要求： 1、振蕩頻率：1khz； 2、振幅穩(wěn)定； 3、波形對稱； 4、無明顯非線性失真。摘 要: 從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩電路就是一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。分析rc串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的特性，根據(jù)正弦波振蕩電路的兩個條件，即振幅平衡與相位平衡，來選擇合適的放大電路指標(biāo)，來構(gòu)成一個完整的振蕩電路。很多應(yīng)用中都要用到范圍可調(diào)的 lc 振蕩器，它能夠在電路輸出負(fù)載變化時提供近似恒定的頻率、幾乎無諧波的輸出。電

2、路必須提供足夠的增益才能使低阻抗的 lc 電路起振，并調(diào)整振蕩的幅度，以提高頻率穩(wěn)定性，減小 thd（總諧波失真）。關(guān)鍵詞: 正弦波；振蕩電路；穩(wěn)幅 目錄 1. 摘要22. 設(shè)計要求43. 方案設(shè)計與選擇44. 正弦波振蕩器的工作原理4 4.1 自激振蕩的條件4 4.2自激振蕩建立過程55. 正弦波振蕩器的組成56. 選擇合適的振蕩電路67. 設(shè)計結(jié)果與分析7 7.1 設(shè)計合適的偏置電路及靜態(tài)工作點(diǎn)分析7 7.2 振蕩頻率分析88. 振蕩電路總原理圖及元件清單8 8.1振蕩電路總原理圖9 8.2 元件清單9 8.3 正弦波振蕩器波形仿結(jié)果109. 設(shè)計體會1110. 參考文獻(xiàn)1211. 附錄1

3、312. 評語表14正文：設(shè)計題目：正弦波振蕩器的設(shè)計一、設(shè)計要求：1、振蕩頻率：1khz；2、振幅穩(wěn)定，波形對稱，無明顯非線性失真；3、電源電壓：v=12v；二、方案設(shè)計與選擇lc振蕩器的電路種類比較多，根據(jù)不同的反饋方式，又可分為互感反饋振蕩器，電感反饋三點(diǎn)式振蕩器，電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，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(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率可以做得較高。所以選擇電容反饋三點(diǎn)式振蕩器是不容置疑的，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器又分為考畢茲振蕩器，克拉波振蕩器，西勒振蕩器。本次課程設(shè)計我們選擇考畢茲振蕩器,因為此振蕩電路適用于較高的工作頻率。三、自激振蕩

4、的工作原理正弦波振蕩器：一種不需外加信號作用，能夠輸出不同頻率正弦信號的自激振蕩電路。lc回路中的自由振蕩如圖1(a)所示。自由振蕩電容通過電感充放電，電路進(jìn)行電能和磁能的轉(zhuǎn)換過程。阻尼振蕩因損耗等效電阻r將電能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗的減幅振蕩。圖1(b)所示。等幅振蕩利用電源對電容充電，補(bǔ)充電容對電感放電的振蕩過程，圖1(c)所示。這種等幅正弦波振蕩的頻率稱為lc回路的固有頻率，即圖1 lc回路中的電振蕩1、自激振蕩的條件振蕩電路如圖2所示。振蕩條件：相位平衡條件和振幅平衡條件。1相位平衡條件反饋信號的相位與輸入信號相位相同，即為正反饋，相位差是180 的偶數(shù)倍，即 j=2np 。其中，j 為vf

5、與vi的相位差，n是整數(shù)。vi、vo、vf的相互關(guān)系參見圖3 .2.振幅平衡條件反饋信號幅度與原輸入信號幅度相等。即 avf=1 圖2 變調(diào)諧放大器為振蕩器 圖3 自激振蕩器方框圖2、自激振蕩建立過程自激振蕩器：在圖2中，去掉信號源，把開關(guān)s和點(diǎn)“2”相連所組成的電路。圖4 振蕩的建立過程自激振蕩建立過程：電路接通電源瞬間，輸入端產(chǎn)生瞬間擾動信號vi，振蕩管v產(chǎn)生集電極電流ic，因ic具有跳變性，它包含著豐富的交流諧波。經(jīng)lc并聯(lián)電路選出頻率為f0的信號，由輸出端輸出vo，同時通過反饋電路回送到輸入端，經(jīng)過放大、選頻、正反饋、再放大不斷地循環(huán)過程，將振蕩由弱到強(qiáng)的建立起來。當(dāng)信號幅度進(jìn)入管子非

6、線性區(qū)域后，放大器的放大倍數(shù)降低到 avf=1時，振幅不再增加，自動維持等幅振蕩。如圖4所示。四、正弦波振蕩器的電路組成基本電路組成： (1)放大電路：保證放大信號，并向電路提供能量。(2)反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使之滿足相位和幅度平衡條件。(3)選頻網(wǎng)絡(luò)：選擇某一頻率，滿足起振條件，保證輸出為單一頻率的正弦波信號(4)穩(wěn)幅措施的電路：保證正弦波振蕩器輸出具有穩(wěn)定幅度的正弦波信號。 三點(diǎn)式振蕩電路的基本模型電路圖5 三點(diǎn)式振蕩電路5、 選擇合適的振蕩電路 振蕩電路的組成：振蕩回路模塊、偏置電路模塊、輸出緩沖電路模塊。振蕩電路的選擇主要是根據(jù)所給定的工作頻率（或工作頻段）頻率穩(wěn)定度的要求。因為設(shè)計

7、的電路要求是高頻信號，故選擇lc振蕩電路。電容式三點(diǎn)式lc振蕩電路：電路特點(diǎn)：lc振蕩回路三個端點(diǎn)與晶體管三個電極相連。 圖9 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器電路如圖9(a)所示，交流通路如圖9(b)所示。相位條件：當(dāng)線圈1端電位為“+”時，3端電位為“-”。此電壓經(jīng)1、2分壓后，2端電位低于1端而高于3端，即vf與vo反相，經(jīng)v倒相放大后，使1端獲“+”電位，形成正反饋，滿足相位條件。振幅條件：適當(dāng)?shù)倪x擇1、2的數(shù)值，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)生振蕩。電路振蕩頻率為 而 電路特點(diǎn)：頻率較高，可達(dá)100 mhz以上; 反饋電壓中高次諧波分量較小; 電容三點(diǎn)式電路的反饋系數(shù)決定于兩個

8、電容容抗的比值，調(diào)節(jié)振蕩頻率，電容三點(diǎn)式電路反饋系數(shù)就會隨著頻率改變而改變。優(yōu)點(diǎn)：輸出波形好;電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可以做得較高，可達(dá)到幾十mhz到幾百mhz的甚高頻波段范圍.缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率不方便。6、 設(shè)計的結(jié)果與分析1、設(shè)計合適的偏置電路及靜態(tài)工作點(diǎn)分析 靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇及偏置電路元件的估算合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，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。般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離飽和區(qū)而靠近截止區(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0.52ma之間選取，各極電壓大致可取為：集電極對地電壓：vco=(10.6)vcc；發(fā)射極

9、對地電壓：veo=0.2vcc圖10振蕩管的偏置電路 對于振蕩器來說，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的主要措施是采用高穩(wěn)定度的偏置電路。目前廣泛采用的是混合反饋式偏置電路。對于這種電路，各偏置元件可按下列公式選?。?rb2(26)re發(fā)射極電阻旁路電容ce可按下式計算：。為了滿足rb的關(guān)系,隔直電容cb可按下面經(jīng)驗公式進(jìn)行計算： 。其中，rb=rb1/rb2/hie；f為工作頻率，單位為mhz。需要指出的是，cere之值不能太大，否則將會產(chǎn)生間歇振蕩現(xiàn)象。靜態(tài)工作點(diǎn)的確立：icq=2ma，vceq=6v，=60，則：rc+re=3k,取rc=2k，re=3.6k，rb1=150k，rb2=30k，ibq=33

10、.3ua2、振蕩頻率分析圖11中l(wèi)1、l2、c1組成諧振回路,l2兼作反饋網(wǎng)絡(luò),通過耦合電容c2將l2上反饋電壓送到三極管的基極。由交流通路看出,諧振回路有三個端點(diǎn)與三極管的三個電極相連,而且與發(fā)射極相接的是l1、l2,與基極相接的是l2、路必然滿足相位平衡條件。當(dāng)回路的q值較高時,該電路的振蕩頻率基本上等于lc回路的諧振頻率,即式中l(wèi) = l1l22m為回路總電感。該電路的特點(diǎn)與變壓器反饋式振蕩電路極為相似。須指出：它的輸出波形較差,這是由于反饋電壓取自電感的兩端,而電感對高次諧波的阻抗較大,不能將它短路,從而使uf中含有較多的諧波分量,因此,輸出波形中也就含有較多的高次諧波。不難證明其振蕩

11、頻率為： 圖11七、振蕩電路總原理圖及元件清單1、設(shè)計的考畢茲振蕩器的振蕩電路原理圖： 圖12 考畢茲振蕩器理論計算振蕩器的頻率f 7mhz 調(diào)解c1c2改變頻率時，反饋系數(shù)改變。頻率穩(wěn)定度：。lc諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性和q值都不高，頻率穩(wěn)定度不高于數(shù)量級。2、元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量r15.1k1r227 k1r33.0 k1r41.0 k1r55.1 k1c1100pf1c2100 pf1c31.0uf1c41.0uf1c51.0uf1c610uf1c710uf1l110mh1l2300 mh13、下面是仿真波形圖的截屏：八、 設(shè)計體會這一周，我們進(jìn)行模擬電子課程的課題設(shè)計。通過此次課程

12、設(shè)計，我能對正弦波振蕩器的原理有了比較深刻的認(rèn)識，加深了對這門課的理解。在這次的正弦波振蕩電路的設(shè)計任務(wù)中，我們是負(fù)責(zé)“正弦波振蕩器的設(shè)計”這個題目，這是本次課程設(shè)計不可或缺的部分。當(dāng)然，在設(shè)計中，遇到過不少的困難，但是，通過網(wǎng)上查找相關(guān)資料，及參考書本，得到了意想不到的結(jié)果。通過這次課程設(shè)計，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，才能提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。實(shí)踐能更好的檢驗理論的正確與否，實(shí)踐能更好的幫助我們探求自身的不足，實(shí)踐能更好的鞏固我們的知識。這次課程設(shè)計，使我明白了很多東西，做任何事情都需要我們有一顆細(xì)膩

13、的心，外加認(rèn)真的態(tài)度。不管做什么，都需要我們有堅忍不拔的毅力和端正的態(tài)度。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，自己查資料、問同學(xué)、請教老師 通過各種各樣的辦法，最終解決了所遇到的問題，感謝給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，同時也為自己在這次任務(wù)重的成長而感到欣慰。參考文獻(xiàn)1郭永貞.電子技術(shù)實(shí)驗與課程設(shè)計指導(dǎo)模電分冊.2童詩白、華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:人民教育出版社,19823王克義，李潔.電子技術(shù)與數(shù)字電路.北京:北京大學(xué)出版社,19964程開明.模擬電子技術(shù).重慶:重慶大學(xué)出版社,19935康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分).北京:高等教育出版社,19986莊效恒，李燕民

14、.模擬電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19997謝沅清，解月珍.電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:人民郵電出版社,19998柯節(jié)成.電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,1991附錄1. 正弦波震蕩條件af=af=1 （1）a+f=2n，n=0，1，2， （2）式稱為振幅平衡條件，而式則稱為相位平衡條件，這是正弦波振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)振蕩的兩個條件。值得注意的是，無論是負(fù)反饋放大電路的自激條件（af=1）或振蕩電路的振蕩條件（af=1），都是要求環(huán)路增益等于1，不過，由于反饋信號送到比較環(huán)節(jié)輸入端的、符號不同，所以環(huán)路增益各異，從而導(dǎo)致相位條件不一致。圖1 圖2振蕩電路的振蕩頻率f0是由式的相位平

15、衡條件決定的。一個正弦波振蕩電路只在一個頻率下滿足相位平衡條件，這個頻率就是f0，這就要求在af環(huán)路中包含一個具有選頻特性的網(wǎng)絡(luò)，簡稱選頻網(wǎng)絡(luò)。它可以設(shè)置在放大電路a中，也可設(shè)置在反饋網(wǎng)絡(luò)f中，它可以用r、c元件組成，也可用l、c元件組成。用r、c元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路稱為rc振蕩電路；一般用來產(chǎn)生1hz1mhz范圍內(nèi)的低頻信號。由于正弦波振蕩電路中的放大器件是工作在線性區(qū)，因此在分析中，可以近似按線性電路來處理。 2. 等幅正弦波振蕩的頻率稱為lc回路的固有頻率： 3. 靜態(tài)工作點(diǎn)公式ibqucc/rb icq=ibq uceq=uccicqrc 評語表 自我評價 通過這次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計，我能對正弦波振蕩器的原理有了比較深刻的認(rèn)識，加深了對這門課的理解，也培養(yǎng)了良好的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)方法，同時也認(rèn)識到了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性。今后要加強(qiáng)