高頻自己震蕩器課程設(shè)計(jì)

1、履I職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱:高頻電子線路專業(yè)班級(jí):信工112名:周炎號(hào):20110311230期:20132014第一學(xué)期、課程設(shè)計(jì)目的二、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容四、結(jié)論五、結(jié)束語(yǔ)六、參考書(shū)目七、附錄： （源程序清單 ）目錄.2.2.2.2.1.2.2.2.2.2.26、課程設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一個(gè)石英晶體自激震蕩器和一個(gè)電容式三端自激震蕩器二、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求2.1課程設(shè)計(jì)題目描述本次設(shè)計(jì)采用正弦波發(fā)生電路，正弦波發(fā)生電路通常稱為正弦波振蕩器。是 模擬電子電路的一種重要形式。特點(diǎn)是不需要外加任何輸入信號(hào)就能根據(jù)要求而 輸出特定頻率的正弦波信號(hào)。這種特點(diǎn)稱為“自激振

2、蕩”。波形發(fā)生電路是非常 典型的正反饋放大電路。與放大器一樣，震蕩器也是一種能量轉(zhuǎn)換器，但不同的是 振蕩器無(wú)需外部激勵(lì)就能自動(dòng)地將直流電源提供的功率轉(zhuǎn)換為指定的頻率和振 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(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成。2.2課程設(shè)計(jì)要求 1）設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)晶振振蕩器主要技術(shù)指標(biāo)：晶振頻率為20MHz,輸出信號(hào)幅度A5V（峰一峰值），可調(diào)。2）設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器主要技術(shù)指標(biāo)：振蕩頻率15-20MHz,輸出信號(hào)幅度5（峰一峰值），可調(diào)；頻率 穩(wěn)定度優(yōu)于10-4。三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1 設(shè)計(jì)方案的論證:1.產(chǎn)生自激振蕩的條件1）平衡條件假

3、設(shè)圖示電路中：先通過(guò)輸入一個(gè)正弦波.14 F信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，此時(shí)，以極快的速 度使輸出信號(hào)，通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)送到輸入端，且使反饋信號(hào)與原輸入信號(hào)“一模樣”，同時(shí)切斷原輸入信號(hào)，由于放大器本身不能識(shí)別此時(shí)的輸入究竟來(lái)自信號(hào) 源，還是來(lái)自本身的輸出，既然切換前后的輸入信號(hào)“一模一樣”，放大器就 視同仁地給予放大，形成：輸出-反饋-輸入-放大-輸出-反饋-； 這是 一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，放大器就構(gòu)成了一個(gè)“自給自足”的自激振蕩器。上述假設(shè)指出：只有反饋到輸入端的信號(hào)與原輸入信號(hào)“一模一樣”。才能 產(chǎn)生自激振蕩，“一模一樣”就是自激振蕩的條件一一亦稱平衡條件。也即:?=x；匕 Xi=Xf因?yàn)槭钦也?/p>

4、，而描述正弦波的三要素是：振幅、頻率和相位。振幅相等;相位相同（若相位總相同，則頻率和初相一定都相等）因?yàn)樽约ふ袷幨且粋€(gè)正反 饋放大器，故可用反饋的概念來(lái)描述振蕩條件。當(dāng)Ui Uf時(shí)UfU1FuAuAuAuej A由于代和F睹E是復(fù)數(shù)JFuFuejFAuFu 1此式要成立，則必有 AuFu 1，AuFuej(A F)2n ( n 0.1.2)AuFu1.振幅平衡條件2n（n 0.1.2）相位平衡條件2 ）起振條件起振的最初來(lái)源是振蕩器在接通電源不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲 等，例如：在加電時(shí)晶體管電流由零突然增加， 突變的電流包含有很寬的頻譜分 量，在他們通過(guò)負(fù)載電路時(shí)， 由諧振回路的性

5、質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的 分量可以產(chǎn)生較大的輸出電壓， 而其他頻率成分不會(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(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較大的正反 饋電壓，反饋電壓又加到放大器的輸入，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(kāi)始時(shí)由于激勵(lì)信號(hào)較弱，輸出電壓的振幅 U0 較小，經(jīng)過(guò)不斷放大， 反饋循環(huán)，輸出幅度Uo逐漸增大，否則輸出信號(hào)幅度過(guò)小，沒(méi)任何價(jià)值。為了使 振蕩過(guò)程中輸出幅度不增加， 應(yīng)使反饋回來(lái)的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大， 即 振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩。T(jw)>1稱為自激振蕩的起振條件也可寫(xiě)

6、為|T(jw)|= YfRLF >1©T=如 + ©L + ©F，=2n? n0,1,2,上式分別為起振的振幅條件和相位條件，其中起振的相位條件即為正反饋條件。3 ) 穩(wěn)定條件處于平衡狀態(tài)的振蕩器應(yīng)考慮其工作穩(wěn)定性， 這是因?yàn)檎袷幤髟诠ぷ鬟^(guò)程不 可避免地要受到外界各種因素的影響， 如溫度改變， 電源電壓的波動(dòng)等等， 這些 變化將使放大器放大器啊倍數(shù)和反饋系數(shù)改變， 破壞了原來(lái)的平衡狀態(tài)， 對(duì)振蕩 器的正常工作將會(huì)產(chǎn)生影響。 如果通過(guò)放大和反饋的不斷循環(huán)， 振蕩器能在原平 衡點(diǎn)附近建立起新的平衡狀態(tài)， 而且當(dāng)外界因素消失后， 振蕩器能自動(dòng)回到原來(lái) 平衡狀態(tài)，則

7、原來(lái)平衡點(diǎn)是穩(wěn)定的；否則平衡點(diǎn)為不穩(wěn)定。振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。要使振蕩穩(wěn)定， 振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。 具體來(lái)說(shuō) 既是，在平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時(shí)，環(huán)路增益的模值 T應(yīng)減小, 形成減幅振蕩， 從而阻止振幅的增大， 達(dá)到新的平衡， 并保證新平衡點(diǎn)在原平衡 點(diǎn)附近，否則，若振幅增大 ,T 也增大, 則振幅將持續(xù)增大 , 遠(yuǎn)離元原平衡點(diǎn) , 不能形成新的平衡，振蕩器不穩(wěn)定；而當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅減小時(shí)，T應(yīng)增大，形成增幅振蕩，阻止振幅的減小，再遠(yuǎn)平衡點(diǎn)附近建立起新的平衡， 否則振蕩器將是不穩(wěn)定的。因此振幅穩(wěn)定條件為?云?= ?>"

8、;< 0由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反饋系數(shù)大小F不隨輸入信號(hào)改變，故振蕩器條件?又可寫(xiě)為< 0? ?式中K為放大器增益大小。由于放大器的非線性，只要電路設(shè)計(jì)合理，振幅穩(wěn)定 一般很容易滿足。若振蕩器采用自偏壓電路，并工作到截止?fàn)顟B(tài)，其|?K/ ?U i|大, 振蕩穩(wěn)定性好。再解釋振蕩器的相位穩(wěn)定性前，我們必須清楚，一個(gè)正弦信號(hào)的相位©和它的頻率W之間的關(guān)系?= ?（1）= j w dt顯然W2處不滿足相位平衡條件，這時(shí)，？?+ ?不變，但由于？ > ?，?要下降，即這時(shí)？?相對(duì)于？?的幅角?攵?？）+ ?+ ? < 0這表示Ub落后于Ub，導(dǎo)致振蕩周期增長(zhǎng)，振蕩

9、頻率降低，即又恢復(fù)到原來(lái)的振 蕩頻率W1。上述相位穩(wěn)定是靠w增加，©L降低來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即并聯(lián)振蕩回路的相 位特性保證了相位穩(wěn)定。因此相位穩(wěn)定條件為?= ?1 < 0?回路Q值越高，I警I值越大，其相位穩(wěn)定性越好。2.電容反饋式三端振蕩器基本電路就是通常所說(shuō)的三端式(又稱三點(diǎn)式)的振蕩器，即LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路如圖。根據(jù)諧振回路的性質(zhì)，諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性，因而有IcX1 X2 X3 0 即 X3 (X1 X2)一般情況下，回路Q值很高，因此回路電流遠(yuǎn)大Cv于晶體管的基極電流?b、集電極電流？c以及發(fā)射極電流?e,故由圖有UbjX2lX2X1X3

10、Ucjx,因此X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。即構(gòu)成原則為:射同余異三端式振蕩器有兩種基本電路,如圖所示。 圖(a)中X1和X2為容性,X3為感性，滿足三端式振蕩器的組成原則，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的，稱為電容反饋振蕩器,也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器。圖(b)為電感反饋振蕩器,也稱為C2C1X3 L(a)L6哈特雷(Hartley)振蕩器。TITC(b)1)三端電容反饋振蕩器圖4 - 8(a)是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路，將Rb1, Rb2, Rc視為開(kāi)路 將Cb'Ce視為短路圖，則是其交流等效電路如圖(b)。(b)C 1C 2C 1 C 2振蕩頻率：高Q時(shí)f f。12 t

11、lc與電感三端震蕩電路想比，電容三端振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形較好， 這是因?yàn)榧姌O和基極電流可通過(guò)對(duì)諧波為低阻抗的電容支路回到發(fā)射極，所以高次諧 波的反饋減弱，輸出的諧波分量減少，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中 的不穩(wěn)定電容（分布電容、器件的結(jié)電容等）都是與該電路并聯(lián)的，因此適當(dāng)?shù)?加大回路電容量，就可以減弱不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩器的影響， 從而提高了頻率穩(wěn)定 度。最后，當(dāng)工作頻率較高時(shí)，甚至可以只利用器件的輸入和輸出電容作為回路 電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。這種電路的缺點(diǎn)是：調(diào)或來(lái)改變震蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令 與 為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)

12、，基本上不會(huì) 影響反饋系數(shù)。2）改進(jìn)型電容三點(diǎn)式（1）如圖是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路丄h%¥ rQ 廠 4vr；R【II |«11J【II£ C012W交流尊效電C3,這時(shí)諧11 丄C2Ci1C3C3 G C2 1C3itP彳LCC!C1自2Rof 0 2 nLCz 2 nTC?使上式成立的條件是C1和C2都要選得比較大，由此可見(jiàn)，C1、RlP2Ro于是，振蕩頻率為C2對(duì)振蕩它的特點(diǎn)是在前述的電容三點(diǎn)式振蕩諧振回路電感支路中增加了一個(gè)電容 其取值比較小，要求C3<< C1, C3<< C2先不考慮各極間電容的影響,振回路的總電容

13、量C2為C1、C2和C3的串聯(lián)，即頻率的影響顯著減小，那么與C1、C2并接的晶體管極間電容的影響也就很小了, 提高了振蕩頻率的穩(wěn)定度。(2)西勒電路是在克拉潑電路的L兩端并聯(lián)上一個(gè)電容得到的，有效的改善了克 拉潑電路可調(diào)范圍小的缺點(diǎn)，電路圖如圖所示：賈 blT二 4 rLi二 G(原理電踣LL丄Q3)交流等效電踣CE i4 1GC2C31所以振蕩頻率fo -_,2%丄62nLC3 C4該電路頻率穩(wěn)定性非常高，振幅穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，適合做波段振蕩器。1.2.通過(guò)對(duì)以上的幾種電路的分析，可以看出: 電感反饋式三端振蕩器：容易起振，調(diào)頻方便，但波形失真較大;電容反饋式三端振蕩器：波形好，頻率穩(wěn)定性

14、好，但調(diào)頻不方便;3.克拉潑振蕩器：調(diào)頻方便但可調(diào)范圍小;4.西勒振蕩器：頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，調(diào)頻方便。所以，在本設(shè)計(jì)中擬采用并聯(lián)改進(jìn)型的西勒電路振蕩器。3.石英晶體振蕩器a.主要成分：SiO2天然的石英晶體有六個(gè)側(cè)面，呈六棱雙角錐形。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)那懈?，可獲得石英晶體薄片一一晶片。不同切向得到的晶片特性不同一一固有諧振頻率不同。b.主要特性：壓電效應(yīng)在晶片上加電場(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，加交變電場(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振 動(dòng)一一機(jī)械振蕩，同時(shí)，它的機(jī)械振蕩又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。換句話說(shuō)，晶片能實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。這種能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程與LC并聯(lián)諧振回路中：電感的磁場(chǎng)能與電容的電場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換的情況

15、相類(lèi)似。晶片的這種物理特征稱為“壓 電效應(yīng)”。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于晶片的固有頻率時(shí)， 石英晶體振蕩的振幅會(huì)突然增 加,晶體呈現(xiàn)出純電阻性質(zhì)，損耗極小，Q值極高，這種現(xiàn)象稱為“壓電諧振”， 所以石英晶體實(shí)際上是一種電機(jī)械的諧振子。c.電路符號(hào)及等效電路電路符號(hào):中間表示石英晶片，晶片表面鍍一層金屬膜，焊上金屬電極。其等效電路分為靜態(tài)等效電路和動(dòng)態(tài)等效電路。靜態(tài)時(shí)：石英晶體相當(dāng)于一個(gè)平板電容器， 晶片相當(dāng)于介質(zhì)，金屬膜相當(dāng)于兩個(gè)極板，等效電路為:Co :晶體的靜態(tài)電容，皮法數(shù)量級(jí)動(dòng)態(tài)時(shí)：石英晶體相當(dāng)于一個(gè)振蕩電路，其等效電路為:L:晶體電感，反映晶體的慣性,102 10 3h10 1 10 2

16、pfR：晶體的損耗電阻，幾歐-幾百歐。C:晶體電容，反映晶體的彈性,圖8* II分析：由于L很大，C、R很小，所以Q0 W0LR這樣大的Q0值是一般的LC回路所做不到的。WqCR104 106從等效電路可以看出。1串聯(lián)諧振狀態(tài)：諧振頻率?=? 2?/?11?并聯(lián)諧振狀態(tài)：諧振頻率？?=2?5?d/ ?=? = ?0 + 2? V ? 0?0?+?從數(shù)量級(jí)上看，C C0，因此，fs和fp兩個(gè)頻率非常接近。在fs fp頻率區(qū)間內(nèi)，晶體呈感性;在其余的頻率區(qū)間內(nèi)，晶體呈容性。石英晶體的電抗一一頻率特性曲線。石英晶體諧振器具有優(yōu)良的特性，具體表現(xiàn)為:a.石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。b.石英晶體諧振

17、器與有源器件的接入系數(shù)P很小，一般為10-3 = 10-4 c.石英晶體諧振器具有非常高的 Q值。根據(jù)晶體在電路中的作用，可以將晶體振蕩器歸為兩大類(lèi)：并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。1）并聯(lián)型晶體振蕩器圖4-17示出了一種典型的晶體振蕩器電路，當(dāng)振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時(shí)晶體呈感性 ，該電路滿足三端式振蕩器的組成原則,而且該電路與電容反饋的振蕩器對(duì)應(yīng),通常稱為皮爾斯（Pierce）振蕩器。V 二=C1 Z-二C T3"cj CgmU10 C 0.庖 EC 二二 C2C3I(a)圖10反饋系數(shù)F的大小為F|電阻Ro也很高,雖然接入系數(shù).E J_Ub +

18、B o(b)!nrq iClC 2p較小，但等效到晶體管CE兩端的阻抗Rl仍較高,由于晶體的品質(zhì)因數(shù)Q很高，故其并聯(lián)諧振所以放大器的增益較高，電路很容易滿足振幅起振條件。b-e型并聯(lián)晶體振蕩器 的典型電路如圖所示，該電路是一個(gè)雙回路振蕩器，它的固有諧振頻率略高于振 蕩器的工作頻率，負(fù)載回路選用的是并聯(lián)諧振回路，可以抑制其他諧波，有利于改善輸出波形，并且電路的輸出信號(hào)較大，但頻率穩(wěn)定度不如b-c型振蕩電路,因?yàn)樵赽-e型電路中，石英晶體則接在輸入阻抗低的 b-e之間，降低了石英晶體的標(biāo)準(zhǔn)性。其等效電路如圖（b）所示。和一般LC振蕩器相比，石英晶體振蕩器在外界因素變化而影響到晶體的回 路固有頻率時(shí)

19、，它還具有使頻率保持不變的電抗補(bǔ)償能力， 原因是石英晶體諧振 器的等效電感Le與普通電感不同，當(dāng)頻率由Wq變Wo化到時(shí)，等效電感值將由零變到無(wú)窮大，這段曲線十分陡峭，而振蕩器又剛好被限定在工作在這段線性范圍 內(nèi)，也就是說(shuō)，石英晶體在這個(gè)頻率范圍內(nèi)具有極陡峭的相頻特性曲線，因而它 具有很高的電感補(bǔ)償能力。2）串聯(lián)型晶體振蕩器在串聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)之間，通常接在反饋電路中。如圖是一串聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)際線路和等效電路。cDII-P +Ec11二二 5LV JTDC2圖11在串聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)之間,通常接在反饋電路中。由串聯(lián)型振蕩器的實(shí)際

20、路線和等效電路。 可以看出, 體短路，該電路即為電容反饋的振蕩器。 電路的實(shí)際工作原理為：如果將石英晶當(dāng)回路的諧振頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率時(shí)，晶體的阻抗最小，近似為一短路線，電路滿足 相位條件和振幅條件，故能正常工作；當(dāng)回路的諧振頻率距串聯(lián)諧振頻率較遠(yuǎn)時(shí)，晶體阻抗增大，是反饋減弱，從而使電路不能滿足振幅條件，電路不能正常工作。 串聯(lián)型晶體震蕩器的工作頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率， 不需要外加負(fù)載電容Cl，通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容為無(wú)窮大，在實(shí)際制作中，若 fq有小的誤差，則可以通過(guò)回路調(diào)諧來(lái)微調(diào)。串聯(lián)型晶體振蕩器只能適應(yīng)高次泛音工作,這是由于晶體只起到控制頻率的作用，對(duì)回路沒(méi)有影響，只要電路

21、能正常工作,輸出幅度就不受晶體控制。由于晶體的精確度極高，所以串聯(lián)晶體振蕩器足以滿足實(shí)際要求,而且串聯(lián)振蕩容易設(shè)計(jì)電路容易搭建所以本次設(shè)計(jì)選串聯(lián)諧振電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.2元器件參數(shù)的計(jì)算1.席勒振蕩器參數(shù)的計(jì)算1 )確定三極管靜態(tài)工作點(diǎn)如圖是要設(shè)計(jì)的電路及其交流等效電路R1合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好h'x=C1i二 Cb b名i-二 C21LR2T EcRcCV 二二 C1L_藝壞有著密切的關(guān)系。-般小功率振蕩器的圖12(a)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，由附錄三極(b)管 2n3904 的參數(shù)的選取 Icq =

22、2mA Vceq = 6V, p =100 ;28則有Re ,十呼3K為提高電路的穩(wěn)定性Re值適當(dāng)增大，取 Re=1K貝U Rg 2KQ因：Ueq=Icq ?Re則：Ueq =2mAX 1K=2V因：Ibq = Icq? B則:I bq =2mA/100=0.02mA一般取流過(guò)Rb2的電流為510I BQ ,若取 10I BQUrQR2 =Ubq = Ueq + 0.7所以 R -2.7V=2.7V所以 R2 - 10?Ibq = 10?0.0.2mA因:13.5K Q所以取標(biāo)稱電阻為12K?。因:則：Ri =R = vcc-U bq rR1 nR2Ubq12V-2 7V2 7V 12K Q

23、41.3K Q2）交流參數(shù)的確定回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)為總電容 C和總電感L兩部分。確定這些元件參量的方法，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計(jì)算出另一種電抗元件量。從原理來(lái)講，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的觀點(diǎn) 出發(fā)，以保證回路電容Cp遠(yuǎn)大于總的不穩(wěn)定電容 Cd原則，先選定Cp為宜。若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應(yīng)取大一些，這有利于減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極間電容等變化的影響。但C不能過(guò)大，C過(guò)大，L就小，Q值就會(huì)降低,使振蕩幅度減小，為了解決頻穩(wěn)與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系數(shù)F=C1/C2，不能過(guò)大或過(guò)小，適宜0.1 0.5。因振蕩器的工作頻率為:

24、當(dāng)LC振蕩時(shí)，按題目要求 fo=1520MH,本次選20MH本電路中，貝U回路的諧振頻率主要由C3、C4、L決定，即12 7lC2 皿3 C4)6 = 6.33 X10-17 = 63.3 X10-6 X10-12有 L?(C3 + C4)=4? n?20?10為了計(jì)算簡(jiǎn)便取 “ 64<10-6 X10-12 ”則取 G+C4=8 pF，L= 8 訂取C3=C4 = 4pF，因要遵循 C1，C2>>C3,C4， C1/C2=0.10.5 的條件，故取 G = 40pF 則 C2=60 pF。2. 串聯(lián)石英晶體振蕩器的計(jì)算 1 ）確定三極管靜態(tài)工作點(diǎn)如圖是要設(shè)計(jì)的電路及其交流等

25、效電路正確的靜態(tài)工作點(diǎn)是振蕩器R1 n能夠正常工作的關(guān)鍵因素，靜態(tài)工作 點(diǎn)主要影響晶體管的工作狀態(tài)，若靜R2V JT a-態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置不當(dāng)則晶體管無(wú)法進(jìn)TC2行正常的放大，振蕩器在沒(méi)有對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)是無(wú)法工作的。振蕩(a)圖13(b)器主電路的靜態(tài)工作點(diǎn)主要由Ri、R2、Re決定，將電感短路，電容斷路，得到直流通路。根據(jù)上述原則，由附錄三極管2n3904的參數(shù)的選取ICQ =2mAVCEQ =6V, 3=100 ;rm* r U cc U CEQ則有Re eI CQ因：？?=?貝U：?=2mAX 3K=6V因：?= ?貝U：?=2mA/100=0.02mA一般取流過(guò)Rb2的電流為510

26、1 BQ ,若取10I BQ因：？ =?= ?+ 0.7所以?= 10? = 10?0j7v2mA = 33.5?因：?=訂 4 ?UBQ則：?= 12；-6 33.5?R26.4?VCC-U BQ2）交流參數(shù)的確定對(duì)于振蕩器，當(dāng)電路接為串聯(lián)型振蕩器時(shí)，晶體起到短路電阻的作用，輸出頻率應(yīng)為20MHZ主要頻率由石英晶體決定，諧振回路只起微調(diào)的作用。由于沒(méi)有20MHZ勺石英晶體所以所以選25MHZ勺石英晶體通過(guò)諧振電路來(lái)微調(diào)到 20MHZ本電路中，貝U回路的諧振頻率主要由G、C2、L微調(diào)，即2?V?2?V?(?/ ?1有 L?(G C2)=4? n2?20?10 6=6-33 "0-17

27、=63.3 "0" X10-12“64<10-6 X10-12 ”則取 C3 /C4 = 8 pF, L = 8 uH有為了計(jì)算簡(jiǎn)便取本應(yīng)去取C=C2 =但為了微調(diào)頻則取G=8pF, C2 = 10pF, L = 10 uH3.3仿真結(jié)果與分析1.軟件簡(jiǎn)介Multisim是一個(gè)專門(mén)用于電子線路設(shè)計(jì)與仿真的EDA工具軟件，它是加拿大 IIT 公司(In teractive Image Tech no logise Ltd.)推出的繼EWB后的版本。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim 軟件結(jié)合了直觀的捕捉

28、和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。學(xué)生可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。Multisim軟件特點(diǎn):(1)直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來(lái)，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。(2)豐富的元器件庫(kù)：Multisim大大擴(kuò)充了 EWB勺元器件庫(kù)，包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMO數(shù)字 IC、DAC ADCS其他各

29、種部件，且用戶可通過(guò)元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可通過(guò)liT公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的擴(kuò)充和更新服務(wù)。(3)豐富的測(cè)試儀器：除EW具備的數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外,Multisim 新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與EW不同的是：所有儀器均可多臺(tái)同時(shí)調(diào)用。(4)完備的分析手段：除了 EW提供的直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點(diǎn)一零點(diǎn)分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim新增了直流掃描分析、

30、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等,基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計(jì)要求。 強(qiáng)大的仿真能力：Multisim 既可對(duì)模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真,也可進(jìn)行數(shù)模混合仿真，尤其是新增了射頻(RF)電路的仿真功能。仿真失敗時(shí)會(huì)顯示出錯(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因，仿真結(jié)果可隨時(shí)儲(chǔ)存和打印。2.西勒振蕩器的仿真icsciM： 9,30 V Vfjg-l®. 7於 V 呎自滋fa；!以下為Multisim對(duì)西勒振蕩器的仿真:T： <.2ilPA1(0?曬I： LL9m4 IW刼何3 2 吒豈用“qy誕 頻牟：19.t M-2i -VCCXTClijiLR3:輕 kQ .:

31、Q1_tC7亦 A； Cl - -:=40 pl ._.：C6112 恂F ：；：G8:豐-rtj -二；圖141 )仿真結(jié)果if鬥圖15示波器波形奶 拔率計(jì)-XFC19.538 MHz測(cè)重irwnU - _* B H .Ha"周期fflV腿沖上升/T障耦合ACDC廠韁變信號(hào) 壓靠比 P圖16頻率計(jì)讀數(shù)V: 9.97 V峰）：6.44 VW有效值）：7,41 V V（直流）：7.09 VI; -115.5 mA 1（峰-嶂）：33.D mAH有敢血：179 mA 1（直演）：-152 nA 率；1/5 MHz圖17測(cè)量探針讀數(shù)2 ）仿真分析仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期效果（主要技術(shù)指標(biāo)：振蕩頻

32、率15-20MH Z,輸出信號(hào)幅度 >5（峰一峰值），可調(diào)；頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-4 ）輸出幅度可以通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載上的 滑動(dòng)變阻器來(lái)改變。3. 串聯(lián)石英晶體自激振蕩器的仿真以下為Multisim對(duì)晶體振蕩器的仿真圖181 ）仿真結(jié)果存示液需-X軋14時(shí)間1,746 U341,74e US0,0(W s通道-7.325 V -7,925 0,000 V時(shí)叫比例120 rise聞xfe置o W M I B/A I A/E-通道通道?比例15 訕N 比例I刊訓(xùn)QivY©置|0AC I 0 foT通道B反向I保存 I Ext. Trigger r觸發(fā)邊SFT 七 |T_b I ir llv

33、SS o曲平 o V屹|(zhì)of5J廠婁型 正(21標(biāo):毎|自功丙圖19示波器波形圖20頻率計(jì)讀數(shù)V: -6.38 VV（舞-峰）：19-4 V V（WxfctS）: 6.96 VV（直流:壽22 uVI: -51,2 uA185 uAH有效倩）：66.2 uA H直流）：-7.32 nA 頻率：20.1 MHz圖21測(cè)量探針讀數(shù)2 ）仿真分析仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期效果（主要技術(shù)指標(biāo)：晶振頻率為20MHZ,輸出信號(hào)幅度>5V（峰一峰值），可調(diào)）輸出幅度可以通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載上的滑動(dòng)變阻器來(lái)改變。3.3仿真注意事項(xiàng)1. 間歇振蕩防止方法：起振時(shí)KF不要太大外，主要方法是適當(dāng)選取偏壓電路中Cb、Ce的值。

34、TEcLcR2lICeReJ 二 廠R1-r Ci寧C2圖22間歇振蕩時(shí)Ub與Eb的波形2. 頻率拖曳現(xiàn)象頻率拖曳是在緊耦合的振蕩器中，當(dāng)變化一個(gè)回路的諧振頻率時(shí)，振蕩頻率 具有非單值的變化。防止方法：減小兩回路的耦合。Ec4CbHhRb(a)L11= =Ce圖24(b)；L2變壓器反饋振蕩器(a)實(shí)際電路；(b)耦合回路的等效電路3. 振蕩器的頻率占據(jù)現(xiàn)象在一般LC振蕩器中,若從外部引入一頻率為fs的信號(hào),當(dāng)fs接近振蕩器原來(lái) 的振蕩頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生占據(jù)現(xiàn)象，。4. 寄生振蕩在高頻放大器或振蕩器中，由于某種原因，會(huì)產(chǎn)生不需要的振蕩信號(hào)，這種 振蕩稱為寄生振蕩。產(chǎn)生寄生振蕩的形式和原因是各種各樣的，有單級(jí)和多級(jí)振蕩，有工作頻率附近的振蕩或者是遠(yuǎn)離工作頻率的低頻或超高頻振蕩。Lc圖25低頻寄生振蕩的等效電路和波形四、結(jié)論課程設(shè)計(jì)是將課程基本理滄轉(zhuǎn)化為課程實(shí)踐的活動(dòng)的“橋梁”，課程設(shè)計(jì)水 平不僅能反映課程理論研究的成果， 更足制約教育、 教學(xué)質(zhì)量的重要因素。