振蕩器電路設計

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學 高頻電子線路課程設計高頻電子線路課程設計（論文）（論文）題目：題目： 調基振蕩器電路設計調基振蕩器電路設計 院（系）：院（系）： 電子與信息工程學院電子與信息工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學學 號：號： xxxxx 學生姓名：學生姓名： xxxx 指導教師：指導教師： 楊恭威楊恭威 教師職稱：教師職稱： 副教授副教授 起止時間：起止時間： 2013.6.282013.7.7 高頻電子線路課程設計（論文）III課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室：通信工程學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論 文）題 目調基振

2、蕩器電路設計課程設計（論文）任務設計內容：1. 設計電路2. 進行參數分析3. 分析其工作原理4. 分析其振蕩頻率設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績平時成績（20%）：

3、 論文成績（40%）： 答辯成績（40%）： 總成績 ： 指導教師簽字： 學生簽字： 年 月 日高頻電子線路課程設計（論文）IV摘 要振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發(fā)送設備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分。調基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，它電路簡單、應用方便、靈活性大，它能夠產生正弦波，各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數字式頻率計等，它們均可以由調基型振蕩器來完成。調基振蕩器電路，簡單地說，是由放大器和選頻網絡組成，必須滿足起振、平衡和穩(wěn)定條件。因為本設計工作在高頻段，故選擇了 LC 振蕩器，調基型振蕩器是將LC 振蕩回路置于基極電路,通過調節(jié)基極的振蕩器的電感或電容,從而改變振蕩器

4、的振蕩頻率,產生等幅的正弦波形 ,使電路出現(xiàn)諧振。 完成電路的原理設計后，在 EWB 軟件上進行仿真。關鍵詞：調基振蕩器；LC 振蕩電路; 等幅振蕩；EWB 仿真高頻電子線路課程設計（論文）V目 錄第 1 章 緒論 .11.1 調基振蕩器電路設計意義 .11.2 調基振蕩器電路設計要求及指標 .11.3 設計方案論證 .21.4 總體設計方案框圖分析 .3第 2 章 調基型振蕩器整體電路設計 .42.1 調基振蕩電路圖及工作原理設計 .42.2 整體電路的仿真 .62.3 調基振蕩器電路的條件 .62.4 調基振蕩器電路參數分析 .72.5 調基型振蕩器的穩(wěn)定問題.8第 3 章 設計總結 .1

5、0參考文獻 .11附錄 .12高頻電子線路課程設計（論文）1第 1 章 緒論1.1 調基振蕩器電路設計意義振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發(fā)送設備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分。調基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，而且電路簡單、應用方便、靈活性大，它能夠產生正弦波，各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數字式頻率計等，它們均可以由調基型振蕩器來完成。功率振蕩器在工業(yè)方面（例如感應加熱、介質加熱等）的用途也日益廣闊。調基型振蕩器也是一種必不可少的振蕩器，振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能抓換為交流電能的裝置。調基振蕩電路頻率在較寬的范圍變化時，振幅較平穩(wěn)，應用非常廣泛。調基型振蕩器的設計要求

6、及性能指標在無線電發(fā)明初期所用的火花發(fā)射機，電弧發(fā)生器等都需要調基型振蕩器,它帶給人們的生活十分便利,它是人們發(fā)展起來的一個重要里程碑 。1.2 調基振蕩器電路設計要求及指標振蕩器是不需要外信號激勵,自身將直流電能轉換為交流電能的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。大多數振蕩器都是利用 LC 回路來產生振蕩 ,調基型振蕩器是將LC 振蕩回路置于基極電路,通過調節(jié)基極的振蕩器的電感或電容,從而改變振蕩器的振蕩頻率,產生等幅的正弦波形 ,使電路出現(xiàn)諧振 。根據用途的不同有的方面需要諧振我們就需要采取一定的方法維持諧振,在其它方面不需要諧振,就要求我們去除諧振 。要是振蕩器產生振蕩必須

7、具備以下幾個條件：1)要有產生振蕩的條件2)要有產生振蕩的相位平衡條件3)要有一個完整的電路設計圖設計要求：1.分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。2 .確定合理的總體方案。以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。高頻電子線路課程設計（論文）23.設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。技術指標 :電路中各元件參數

8、的正確選擇,使電路產生振蕩 ,畫出所需要的正弦波形記錄產生的振蕩頻率,調節(jié)振蕩元件使電路出現(xiàn)失諧,經過調整讓電路再次呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)并維持穩(wěn)定狀態(tài)。1.3 設計方案論證根據振蕩器電路組成的不同，可分為以下三種。1) 共基調集型：晶體管基極交流接地，選頻網絡接于集電極電路。2) 共射調基型：晶體管發(fā)射極交流接地，選頻網絡接于基極電路。3) 共基調射型：晶體管基極交流接地，選頻網絡接于發(fā)射極電路。所以調集型振蕩器屬于共射調基型。低頻振蕩電路幾乎都采用 RC 振蕩方式。振蕩電路用的定時元件也可以使用電感與電容既 LC，但低頻時若使用 LC 元件，電感量要很大，所以形狀當然也很大。從要求小型、輕量、低成本

9、來看，這是所不希望的?，F(xiàn)如今高頻振蕩中多使用 LC 元件。然而，有時也會超過集成電路使用的頻段。因此，現(xiàn)在仍然采用與晶體管組合的電路。高頻振蕩即使是數百千赫至數兆赫，若對于穩(wěn)定度有要求，則要在 LC 諧振回路增設次級線圈，可簡單構成反耦合振蕩電路，該電路的特征是元件少。這樣的振蕩電路，即在晶體管基極配置LC 并聯(lián)諧振回路，集電極線圈 L2 與線圈 L1 進行耦合，構成正反饋電路，該電路稱為調基振蕩器電路。電路主要由放大器、反饋網絡構成，放大器可由晶體管電路即三極管來完成，由 LC 回路為振蕩電路，又與 L1,M 等組成晶體管的正反饋電路，完成控制作用。電路組成簡單，成本低廉，制作容易，功能穩(wěn)定

10、，元件應用較少便能完成振蕩功能輸出穩(wěn)定振幅。所以此方法可行性高。高頻電子線路課程設計（論文）3 1.4 總體設計方案框圖分析構成一個振蕩器必須具備下列三個條件：1）一套振蕩回路，包含兩個或兩個以上的儲能元件。在這兩個元件中，當一個釋放能量時，另一個就接受能量。釋放和接受能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數值。2）一個能量來源，可以補充有振蕩回路電阻產生的能量損失。在晶體管振蕩器中，這能量源就是電源 Vcc。3）一個控制設備，可以使電源功率在正確的時刻補充電路的能量損失，以維持等幅振蕩。圖 1.3 主體框圖Uf 放大器A（s）反饋網絡F(s)UsUiUo圖 1.1 發(fā)射級接地電路圖 1.2 集

11、電極接地電路高頻電子線路課程設計（論文）4第 2 章 調基型振蕩器整體電路設計2.1 調基振蕩電路圖及工作原理設計調基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，而且電路簡單、應用方便、靈活性大，它能夠產生正弦波，各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數字式頻率計等，它們均可以由調基型振蕩器來完成。調基型振蕩器也是一種必不可少的振蕩器，振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能抓換為交流電能的裝置。調基振蕩電路頻率在較寬的范圍變化時，振幅較平穩(wěn)，應用非常廣泛。圖 2.1 是基極調試振蕩電路，該電路不用作信號振蕩器，電路中，晶體管 T1是利用基極-發(fā)射極間二極管特性當作二極管使用，這樣，主振蕩用晶體管 T2 設定的直流偏

12、置與晶體管 T1 的 Vbe 的溫度系數抵消。由于基極和發(fā)射極之間輸入阻抗較小，為避免回路值降低過多，故在兩回路中晶體管與振蕩回路間采用部分接入耦合。R1 為 T2 的基極偏置電阻，用該電阻的 R1 設定振蕩開始必要的集電極電流，但由于它與 LC 諧振回路并聯(lián)。因此，要求用高阻值，使諧振電路的 Q值不降低。若電路滿足相位平衡，幅度平衡就可以發(fā)生振蕩。為了獲得等幅振蕩，就必須設法使 LC 回路中的電阻等于零。由于實際的 LC 回路本身總是有正電阻的，因此就必須人為地引入一個負電阻，將回路本身的正電阻完全抵消，已獲得等幅振蕩。實際上在回路中引入一個正反饋即等效于引入一個負電阻。當 R 為負值時，振

13、蕩振幅將隨時間而增長；當 R 的負值不變時，則振幅將繼續(xù)無限制地增大，.但這實際上是不可能的。因為一個振蕩器振蕩時，回路的等效串聯(lián)電阻為負值（由有源器件供給負阻） ，隨著振蕩振幅的增長，有源器件的工作狀態(tài)逐漸改變，負電阻的絕對值逐漸減小。最后負電阻與回路本身正電阻正好互相抵消時，整個串聯(lián)等效電阻變?yōu)榱悖袷幤骺僧a生等幅振蕩，它的振蕩頻率取決于電路參數L、C、R 的值。高頻電子線路課程設計（論文）5圖 2.1 整體電路圖高頻電子線路課程設計（論文）62.2 整體電路的仿真下圖為經過原理設計后，應用軟件 EWB 仿真出來的波形，是等幅的波形，結果表明，本次課設很成功。2.3 調基振蕩器電路的條件任

14、何振蕩電路并不需要借助于外部信號源激勵，完全可以自動振蕩起來，比如通電瞬間的電沖擊，雖然它不是正弦信號，但它是由很多不同頻率的正弦信號組合而成的。這些不同頻率的正弦信號在放大和反饋過程中通過選頻網絡，只有其中一個頻率的信號幅度最大且滿足正反饋的相位條件。這個頻率的信號再經過放大,輸出信號會比原來更大。如此往復反饋,放大,信號的幅度越來越大，振蕩就圖 2.2 整體電路仿真圖高頻電子線路課程設計（論文）7建立起來了，顯然在振蕩的建立過程中，反饋信號的振幅必須大于前一次輸入信號的振幅，即 UfUi。由圖可知 Uf=FUo=AFUi 從而可得振蕩電路的起振條件為：AF1 上式中的 AF 包括選頻網絡的

15、傳輸系數。當電路起振后，信號不斷增大，三極管將逐漸工作到非線性區(qū)，放大能力減小。若再繼續(xù)增大輸入信號，輸出幅度增加很少。當滿足 AF=1，就得到了穩(wěn)定的振蕩輸出，這時 Uf=Ui。說明振蕩達到了平衡。為了獲得等幅振蕩，就必須設法使 LC 回路中的電阻等于零。由于實際的 LC 回路本身總是有正電阻的，因此就必須人為地引入一個負電阻，將回路本身的正電阻完全抵消，已獲得等幅振蕩。實際上在回路中引入一個正反饋即等效于引入一個負電阻。當 R 為負值時，振蕩振幅將隨時間而增長；當 R 的負值不變時，則振幅將繼續(xù)無限制地增大，但這實際上是不可能的。因為一個振蕩器振蕩時，回路的等效串聯(lián)電阻為負值（由有源器件供

16、給負阻） ，隨著振蕩振幅的增長，有源器件的工作狀態(tài)逐漸改變，負電阻的絕對值逐漸減小。最后負電阻與回路本身正電阻正好互相抵消時，整個串聯(lián)等效電阻變?yōu)榱悖袷幤骺僧a生等幅振蕩，它的振蕩頻率取決于電路參數L、C、R 的值。所以振蕩的振幅平衡條件是：AF=1。相位平衡條件是電路振蕩的必要條件，因此判斷一種電路是否是振蕩器，首先要判斷它是否要滿足相位條件，即是否是正反饋。2.4 調基振蕩器電路參數分析振蕩開始動作由線圈 L1 與 L2 匝比及線圈的 Q 值等決定，因此，在發(fā)射極接可調電阻進行調整?；鶚O調諧式電路的振蕩頻率 f0由線圈 L1 的電感及與此并聯(lián)的電容 C1 決定，即f01121CL先決定 L

17、1 或 C1 當中任何一個參數均可。但該值決定并不是很適當，應該是決定電抗為數百歐的常數。這數百歐的值沒有特別的根據，但于數兆赫的頻帶的振蕩電路相比，設定線圈 L1 的電抗非常大，原因是考慮到較大的 Q 值。諧振頻率的阻抗 Z0 可表示為Z0=2f0LQ近接開關用的振蕩電路是利用阻抗的變化的性質，因此，設計時 Z0的值要盡高頻電子線路課程設計（論文）8量高，這樣更有利。假定 XL=500,f0=450KHZ,則有L1=XL/2f0=176uH因此，450KHz 諧振時電容 C1 值變?yōu)镃1=1/w2L1=710pF然而根據線圈 L1 是繞在磁心上的匝數決定的最大電感的關系，對其進行修正 L1=

18、125uH，則有XL=2f0L1=353 C1=1000pF線圈的匝比與正反饋量有關，但 L2 線圈一般為 L1 的 20%左右（L1=125uH時線圈 50 圈，L2 繞 10 圈） 。電阻 R1 阻值與通常偏置電阻的算法不同，這是振蕩開始供給必要基極電流 （Ic/hFE）的電阻，電流為數十微安即可，這里 R1 選用 100k 以上的電阻。2.5 調基型振蕩器的穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題是極重要的技術指標。因為通信設備、電子測量儀器等的頻率是否穩(wěn)定，取決于這些設備中的主震蕩器的頻率穩(wěn)定度。通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會影響通信的可靠性，測量儀器的頻率不穩(wěn)，就會引起較大的誤差。特別是空間技術的迅速

19、發(fā)展，對振蕩器頻率穩(wěn)定度的要求就更高。評價振蕩器頻率的主要指標有兩個，即準確度和穩(wěn)定度。振蕩器實際工作頻率 f 與標稱頻率 f0 之間的偏差，稱為振蕩頻率準確度。通常分為絕對頻率準確度與相對頻率準確度兩種，其表達式為絕對準確度 0fff相對準確度 振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指在一定時間間隔內，頻率準確度的變化，所以實際上是頻率“不穩(wěn)定度” 。但習慣上都叫它“穩(wěn)定度” 。應該指出，在準確度與穩(wěn)定度兩個指標中，穩(wěn)定度更為重要。因為只有頻率高頻電子線路課程設計（論文）9“穩(wěn)定” ，才能談得上準確。也就是說，一個頻率源的準確度是由它的穩(wěn)定度來保證的。因此，主要討論頻率穩(wěn)定度。根據所指定的時間間隔不同，頻率穩(wěn)

20、定度可分為長期頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度的瞬間頻率穩(wěn)定度三種。長期頻率穩(wěn)定度，一般指一天以上乃至幾個月的相對頻率變化的最大值。它主要用來評價天文臺或計量單位的高精度頻率標準和計時設備的穩(wěn)定指標。短期頻率穩(wěn)定度，一般指一天以內頻率的相對表化最大值。外界因素引起的頻率變化大都屬于這一類。通常稱為頻率漂移。短期頻率穩(wěn)定度，一般多用來評價測量儀器和通訊設備中主振蕩器的頻率穩(wěn)定指標。瞬間頻率穩(wěn)定度，指秒或毫秒內隨機頻率變化，即頻率的瞬間無規(guī)則變化。通常稱為振蕩器的相位抖動或相位噪聲。盡管這種所謂長期、短期和瞬間頻率穩(wěn)定度的劃分直到現(xiàn)在仍沒有嚴格的統(tǒng)一規(guī)定，但是，這種大致的區(qū)別還是有一定實際意義的。短期頻

21、率穩(wěn)定度主要是與溫度變化、電壓變化和電路參數不穩(wěn)定性等因素有關。長期頻率穩(wěn)定度主要取決與有源器件、電路元件和石英晶體等老化特性，而與頻率的瞬間變化無關。至于瞬間頻率穩(wěn)定度主要是由于頻率源內部噪聲而引起的頻率起伏，它與外界條件和長期頻率漂移無關。要想使振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，應首先考慮影響振蕩頻率的因素，有三種因素：即振蕩回路參數 L 和 C、回路電阻 r 和有源器件的參數。消除這些因素的方法分別為溫度補償法、要求振蕩器的負載必須極輕且穩(wěn)定不變、采用穩(wěn)壓電源和恒溫措施。高頻電子線路課程設計（論文）10第 3 章 設計總結振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發(fā)送設備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部

22、分。本次課程設計的調基振蕩電路，是一種不需要外信號激勵 ,自身將直流電能轉換為交流電能的裝置。調基振蕩器是由放大器和反饋電路組成，必須滿足起振條件，穩(wěn)定條件和平衡條件，使其輸出穩(wěn)定的等幅波形。 調基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，而且電路簡單、應用方便、靈活性大，它能夠產生正弦波，各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數字式頻率計等，它們均可以由調基型振蕩器來完成。大多數振蕩器都是利用LC 回路來產生振蕩 ,調基型振蕩器是將LC 振蕩回路置于基極電路,通過調節(jié)基極的振蕩器的電感或電容 ,從而改變振蕩器的振蕩頻率,產生等幅的正弦波形,使電路出現(xiàn)諧振。 調基振蕩電路頻率在較寬的范圍變化時，振幅較平穩(wěn)，應用非常廣泛。調基型振蕩器的設計要求及性能指標在無線電發(fā)明初期所用的火花發(fā)射機 ,電弧發(fā)生器等都需要調基型振蕩器,它帶給人們的生活十分便利,它是人們發(fā)展起來的一個重要里程碑。通過設計調基型振蕩器電路，對高頻電