電容三端式振蕩器(克拉波

1、武漢理工大學(xué)高頻電子線路實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： - 專業(yè)班級(jí)：電子科學(xué)與技術(shù)1101班指導(dǎo)教師： 吳綠 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 電容三端式振蕩器（克拉波） 初始條件： 電容三端式振蕩器原理，Multisim軟件要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)電容三端式振蕩器工作的原理，設(shè)計(jì)電路圖，并在multisim軟件仿真出波形結(jié)果。（2）設(shè)計(jì)要求正常工作狀態(tài)時(shí)的波形圖；起振條件的仿真，要求改變偏置電阻、相位電容和電源電壓值，再觀察起振波形和振蕩電壓的變化情況；時(shí)間安排：1、 2014 年 11月 17 日集中，作課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說明。2、 2014 年 1

2、1月 17 日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)基本原理。3、 2014 年 11月 18 日 至 2014 年 11月20日，方案選擇和電路設(shè)計(jì)。4、 2014 年 11月 20 日 至 2014 年 11月21日，電路仿真和設(shè)計(jì)說明書撰寫。5、 2014 年 11月 23 日上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。課設(shè)答疑地點(diǎn)：鑒主13樓電子科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要IAbstractII1 設(shè)計(jì)原理說明11.1 反饋振蕩器的原理11.1.1 原理分析11.1.2 平衡條件21.1.3 起振條件21.1.4 穩(wěn)定條件32 電路設(shè)計(jì)與仿真43 仿真結(jié)

3、果53.1 正常工作狀態(tài)時(shí)的波形圖53.2 改變偏置電阻時(shí)的波形圖63.3 改變相位電容時(shí)的波形圖74 課設(shè)小結(jié)8參考文獻(xiàn)9摘要振蕩器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，其不需要外部激勵(lì)，就能夠自動(dòng)的將直流電源供給的功率，轉(zhuǎn)換成指定頻率和振幅的交流信號(hào)功率輸出。振蕩器一般由晶體管等有源器件，和具有某種選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)組成。振蕩器的種類很多，使用范圍也不相同，但是它們的基本原理都是相同的，都要滿足起振、平衡和穩(wěn)定條件。本設(shè)計(jì)即是基于Multisim仿真環(huán)境，完成克拉潑振蕩器的設(shè)計(jì)與仿真，并且用電源、示波器和頻率計(jì)進(jìn)行測(cè)試與調(diào)整，最終完成本次設(shè)計(jì)的要求。AbstractOs

4、cillator is widely used in the field of modern science and technology, the oscillator is a kind of energy converter, it does not need external incentives, can automatically power dc power supply, into a specified frequency and amplitude of the ac signal power output. Oscillator generally by active c

5、omponents, such as transistors, and with a certain frequency selective ability of passive network. Many different kinds of oscillator, using range is not the same, but their basic principles are the same, all want to meet up, balance and stability condition of vibration. This design is based on the

6、Multisim simulation environment, complete carat spilt oscillator design and simulation, and use the power, scope and frequency meter test and adjustment, to complete the final design requirements.1 設(shè)計(jì)原理說明1.1 反饋振蕩器的原理1.1.1 原理分析反饋振蕩器的原理框圖如圖1.1所示。由圖可見，反饋振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路，放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)（如振蕩回路）作為負(fù)載，是

7、一調(diào)諧放大器，反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。為了能產(chǎn)生自激振蕩，必須有正反饋，即反饋到輸入端的信號(hào)和放大器輸入端的信號(hào)相位相同。放大電路 A(S)反饋電路 F(S)+圖1.1 反饋振蕩器原理框圖對(duì)于圖1.1，設(shè)放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)為F(s），閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為(s)，則得其中稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用s=jw代入，就得到穩(wěn)態(tài)下的傳輸系數(shù)和環(huán)路增益。由上式可知，若在某一頻率上T（j）等于1，將趨于無窮大，這表明即使沒有外加信號(hào)，也可以維持振蕩輸出。因此自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1。即1.1.2 平衡條件振蕩器的平衡條件可表示為也可以表示為 n=0,1

8、,2，1.1.3 起振條件振蕩的最初來源是振蕩器在接通電源時(shí)不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲等，其包含有很寬的頻譜分量，在他們通過負(fù)載回路時(shí)，由諧振回路性質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的分量才可以產(chǎn)生較大的輸出，其他頻率分量則不會(huì)產(chǎn)生壓降，因此負(fù)載回路上只有頻率為回路諧振頻率的成分產(chǎn)生壓降，該壓降通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出較大的正反饋電壓，反饋電壓又加到放大器的輸入端，進(jìn)行放大、反饋，不斷地循環(huán)下去，諧振負(fù)載上將得到頻率等于回路諧振頻率的輸出信號(hào)。在振蕩開始時(shí)由于激勵(lì)信號(hào)較弱，輸出電壓振幅較小，經(jīng)過不斷放大、反饋循環(huán)，輸出幅度不斷增大，否則輸出信號(hào)幅值過小，無任何意義。為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加

9、，應(yīng)使反饋回來的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大，即振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩，可得1稱為自激振蕩的起振條件，也可寫為 n=0,1,2，1.1.4 穩(wěn)定條件振蕩電路中不可避免地要受到電源電壓、環(huán)境溫度、濕度等因數(shù)變化的影響，這將引起振蕩電壓幅度及其相移的起伏波動(dòng)，從而破壞已維持的平衡條件。因此，振蕩器還必須滿足穩(wěn)定條件，才能保證所處的平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。振幅穩(wěn)定條件為相位穩(wěn)定條件為 1.2 電容三點(diǎn)式克拉波振蕩器電路組成如圖所示 圖1.1特點(diǎn)是在電容三點(diǎn)式振蕩器電路的基礎(chǔ)上，用一電容C3與原電路中的電感L相串。功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以

10、提高。 因?yàn)镃3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C1或C2，所以三電容串聯(lián)后的等效電容約為C3。故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C1、C2無關(guān),主要由C3決定。   與電容三點(diǎn)式振蕩電路相比，在電感L上串聯(lián)一個(gè)電容。它有以下特點(diǎn)：1、振蕩頻率改變可不影響反饋系數(shù)。 2。振蕩幅度比較穩(wěn)定； 但C3不能太小，否則導(dǎo)致停振，所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達(dá)1.2-1.4；      所以，克拉潑振蕩器適合與作固定頻率的振蕩器2 電路設(shè)計(jì)與仿真 該單元由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)組成，放大單元由2N2219三極管構(gòu)成放大電路，

11、將反饋信號(hào)放大，反饋網(wǎng)絡(luò)起正反饋，將信號(hào)反饋到放大單元輸入，進(jìn)一步放大，選頻網(wǎng)絡(luò)根據(jù)自身參數(shù)，在復(fù)雜的頻譜中選取與自身諧振頻率相同的頻率將其反饋，所以此信號(hào)得以不斷放大最終由輸出端輸出。本次設(shè)計(jì)中電源電壓為12V，由頻率計(jì)算公式克算得LC約為1011*10，因此選取L為20uH，可調(diào)電容為100pF。要保證電路起振，K一般選取0.1-0.5，K=C3/C4，可選C3=520pF，C4=900pF，電路圖如下所示， 圖2.1 仿真電路圖 3 仿真結(jié)果3.1 正常工作狀態(tài)時(shí)的波形圖 圖3.1 基于Multisim軟件仿真的波形在上圖中，可以看出輸出波形存在一定的失真情況，這是因?yàn)橹C振回路對(duì)振蕩頻率

12、必須是失諧的。換句話說，振蕩器的頻率不是簡(jiǎn)單地等于回路的諧振頻率，而是稍有偏移。在仿真的過程中，經(jīng)常遇到不能產(chǎn)生波形，或者波形出現(xiàn)失真，說明電路不起振。這需要我們?nèi)シ治觯瑢?duì)電路元件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并最終得到結(jié)果。在波形出現(xiàn)失真飽和失真，要調(diào)整的值，消除飽和失真。3.2 改變偏置電阻時(shí)的波形圖 圖3.2 偏置電阻R5=2K時(shí)的仿真波形 由上圖可知，改變集電極的偏置電阻只會(huì)改變輸出波形的振幅，不會(huì)改變其頻率。同時(shí)通過測(cè)試，當(dāng)R5增加到5K是，電路將不再輸出穩(wěn)定的正弦波。3.2 改變電源電壓值時(shí)的波形圖 與改變偏置電阻類似，改變電源電壓值只會(huì)改變輸出波形的振幅，不會(huì)改變其頻率大小。但當(dāng)電壓值降低到5V

13、時(shí)，將不會(huì)輸出穩(wěn)定波形。 圖3.3 當(dāng)電源電壓為10V時(shí)的波形3.3 改變相位電容時(shí)的波形圖 圖3.4 當(dāng)相位電容調(diào)至40%時(shí)的波形圖由圖可知，改變相位電容時(shí)，輸出波形的振幅和頻率都會(huì)改變。經(jīng)過測(cè)試當(dāng)相位電容調(diào)至25%以下時(shí)，將不會(huì)輸出波形。4 課設(shè)小結(jié) 在這次課程設(shè)計(jì)中也遇到了不少問題，首先電路的設(shè)計(jì)，查閱了不少資料，電容三點(diǎn)式雖然常見，但是要考慮到滿足任務(wù)書的要求，費(fèi)了一番周折。 其次，就是對(duì)教材中提到的相關(guān)元件的概念、作用、以及參數(shù)等不是很熟悉。在做本次課程設(shè)計(jì)之前我又重新翻看了一遍教材，鞏固了以前一些模棱兩可的知識(shí)點(diǎn)，也有了許多新的發(fā)現(xiàn)與感受，對(duì)于電路的設(shè)計(jì)過程起初以為電容三點(diǎn)式振蕩器

14、的設(shè)計(jì)比較煩瑣，有靜態(tài)工作點(diǎn)的要求，各電阻、電容值的設(shè)計(jì)，看起來較復(fù)雜。后來通過查資料，才了解到先要計(jì)算好各電阻的值，再根據(jù)各電容的作用，確定電容的值，畫出電路圖，慢慢變得簡(jiǎn)單。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨(dú)立解決問題的能力。這次課程設(shè)計(jì)中我對(duì)電路進(jìn)行了仿真，進(jìn)一步熟悉了Multisim軟件的使用，對(duì)建立文件、繪制電路圖、對(duì)其進(jìn)行仿真等一系列過程都更加熟練，并且認(rèn)真的對(duì)電路的每一部分進(jìn)行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定。今后會(huì)努力提高自己的專業(yè)課知識(shí)，爭(zhēng)取能夠真正領(lǐng)會(huì)各種專業(yè)知識(shí)為將來自己的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1. 高頻電子電路 王衛(wèi)東 電子工業(yè)出

15、版社 2009.32. 基于Multsim2001的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析 黃智偉 電子工業(yè)出版社 2004.73. Multsim9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用 董玉冰 清華大學(xué)出版社 2008.114. 實(shí)用電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 姜威 北京理工大學(xué)出版社 2008.15. 高頻電路原理與分析 曾興雯，劉乃安 西安電子科技大學(xué)出版社 2006.8本科生課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表姓 名-性 別男專業(yè)、班級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)1101課程設(shè)計(jì)題目： 電容三端式振蕩器（克拉潑振蕩器）課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：1、 為什么仿真出的波形要隔一會(huì)兒才能穩(wěn)定下來？ 答：因?yàn)樵谛纬刹ㄐ蔚倪^程中存在一個(gè)反饋過程，這是的閉環(huán)增益是大于1的，要過一會(huì)兒振幅才會(huì)慢慢穩(wěn)定，最終