高頻電子線路課程設(shè)計(jì)晶體振蕩器的制作

1、高頻電子線路課程設(shè)計(jì) 晶體振蕩器的制作 姓名：李蒞 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 電信10-2 院系： 電子與信息工程學(xué)院 指導(dǎo)老師：石雁祥一、課程設(shè)計(jì)名稱：晶體振蕩器的制作二、設(shè)計(jì)目的 （1）、掌握三端式振蕩電路的基本原理，起振條件，振蕩電路設(shè)計(jì)及電路參數(shù)計(jì)算。 （2）、提高電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力，能夠正確使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試與檢測(cè)。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料 示波器 電烙鐵 萬用電路板- 1張 電阻 20KW-1只 電阻2.2KW-1只 電阻 1.6KW-1只 電阻680W-1只 電容 0.03uF/6v- 2只 電容 1600pF- 2只 電容 4.7uF- 2只 電容 100pF- 2只

2、 電容 0.03uF- 2只 電容 0.01uF/6v- 2只 電感 3.3uH- 2只 晶振 5M- 2只 三極管- 2只四、振蕩器的基本常識(shí)1 振蕩器的分類振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它的能量來源一般是直流形式（振蕩器電路的直流供電電源）。經(jīng)過振蕩器轉(zhuǎn)換后，此直流能量轉(zhuǎn)換為一定頻率、一定幅度和一定波形的交流能量輸出。這種電能的“轉(zhuǎn)換”過程被稱作“振蕩”。振蕩器的作用是產(chǎn)生特定的輸出信號(hào)，因此也常常被稱為信號(hào)發(fā)生器。振蕩器的類型繁多，按照振蕩過程是否依賴于外部激勵(lì)信號(hào)的參與，可以分為他激振蕩器和自激振蕩器；按照波形分類有正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器；按照振蕩器振蕩頻率的高低，可以分為低頻振蕩器

3、、高頻振蕩器、超高頻振蕩器等；按照振蕩器的選頻元件分類，則有RC振蕩器、LC振蕩器、石英晶體振蕩器等。2 振蕩產(chǎn)生的原理2.1 自激振蕩的產(chǎn)生無需外加激勵(lì)就能產(chǎn)生特定波形的交流輸出信號(hào)，這種振蕩電路稱為自激振蕩器。自激振蕩器產(chǎn)生的波形可能是正弦波，也可能是非正弦波。其中正弦波自激振蕩器在廣播通訊、自動(dòng)控制、儀器儀表、高頻加熱、超聲探傷等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用；而非正弦振蕩器能產(chǎn)生出矩形波（方波）、三角波、鋸齒波等信號(hào)，這些信號(hào)可以用于測(cè)量設(shè)備、數(shù)字系統(tǒng)、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)設(shè)備中。振蕩產(chǎn)生的原理并不復(fù)雜，有時(shí)甚至?xí)诓唤?jīng)意中自動(dòng)發(fā)生。例如，當(dāng)我們演唱卡拉OK時(shí)，話筒將唱歌的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)擴(kuò)音機(jī)放

4、大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。這個(gè)過程可以用圖2.1.1（a） 表示。如果揚(yáng)聲器和話筒的相對(duì)位置安排不當(dāng)，如圖2.1.1（b）所示那樣，揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音將和歌唱聲同時(shí)進(jìn)人話筒，形成正反饋。如此反復(fù)循環(huán)，將形成聲-電和電-聲變換系統(tǒng)的自激振蕩。此時(shí)即使沒有輸入信號(hào)，在揚(yáng)聲器中也會(huì)出現(xiàn)嘯叫聲，這是“聲回授”參與到電路中產(chǎn)生的振蕩。上述的“同授”也叫作反饋。在設(shè)置有反饋支路的放大器中，若在某些頻率點(diǎn)上由于反饋不當(dāng)，形成了正反饋所需的相移量并具有足夠的強(qiáng)度，符合自激振蕩的條件，就會(huì)產(chǎn)生一種不希望的“寄生振蕩”它常常會(huì)淹沒“有用”的信號(hào)而使放大器的工作不穩(wěn)定。在正常放大器中不希望振蕩出現(xiàn)，但是可以利用這一現(xiàn)象

5、制成振蕩器。事實(shí)上，振蕩器都是利用電路中的正反饋來工作的。正反饋放大器形成自激振蕩的原理可以用圖2.2.2來解釋。圖2.2.2 正反饋放大器形成自激振蕩的原理2.2 產(chǎn)生振蕩的條件在振蕩器中要維持等幅的自激振蕩，基本放大器輸入端的反饋信號(hào)必須和原輸人信號(hào)幅度相等，同時(shí)相位也應(yīng)相同。AF=1就是產(chǎn)生自激振蕩時(shí)A、F應(yīng)滿足的基本數(shù)學(xué)條件。其中A和F是頻率的函數(shù)，一般也可以表示為復(fù)數(shù)形式。復(fù)數(shù)乘積AF=1的涵義就是振蕩器電路的環(huán)路放大倍數(shù)等于l , 同時(shí)復(fù)數(shù)的相位值等于2N，其中N=0,士1, 士2，士3，。總之，產(chǎn)生自激振蕩既要滿足幅度條件，也要滿足相位條件。假若AF<1,則XfXi，則振蕩

6、幅度越來越小，最終將導(dǎo)致振蕩電路停振。這也從反面說明了，只有AF1，電路才能維持振蕩。根據(jù)振蕩條件，信號(hào)由圖2.2.3中的輸人端開始，沿環(huán)路繞行一周，必須保證其振幅與相位不變。一個(gè)振蕩器必須同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，才有可能產(chǎn)生自激振蕩。 圖 2.2.3 自激振蕩器方框圖振蕩器中的反饋支路常常采用電抗元件構(gòu)成二當(dāng)信號(hào)頻率確定后，這些電抗元件和信號(hào)的頻率就共同決定了此信號(hào)相移的大小。電路的起振如果是由頻率成分豐富的噪聲引起的，那么總會(huì)有其中的一個(gè)頻率滿足相位平衡條件。有了噪聲作為起始信號(hào)，電路不需要另外送人信號(hào)，就能產(chǎn)生輸出信號(hào)。3 起振和穩(wěn)幅3.1 起振過程在自激振蕩器中，起始瞬間的輸入電壓Xi的產(chǎn)

7、生原因有兩種：一是在電路接通電源時(shí)取得。因?yàn)榻油娫磿r(shí)，電路各處都存在瞬變過程，在輸人端的瞬變電壓即可作為起始輸人電壓；二是放大器中存在各種微小的電擾動(dòng)和噪聲電壓。這兩種原因所取得的起始電壓包含著極為豐富的各種頻率分量）它們中總會(huì)有符合相位條件的某個(gè)頻率成分，最終成為自激信號(hào)的最初來源。至于振幅條件更容易滿足，由于開環(huán)放大倍數(shù)A是無窮大，很容易滿足起振條件AFl的要求。為了保證電路在指定的頻率上振蕩起來，常常為這種自激振蕩器安排一個(gè)諧振在指定頻率上的選頻回路，使電路更容易在指定的頻率上滿足產(chǎn)生自激振蕩的條件。放大器獲得起始瞬時(shí)榆入電壓了Xi后，接著產(chǎn)生輸出信號(hào)電壓和正反饋電壓，并且經(jīng)過放大器的

8、選頻后，指定頻率的輸出電壓幅度增大了，反饋電壓的幅度也增大，經(jīng)過電路的正反饋、放大、再反潰、再放大的循環(huán)過程，使振蕩電壓由小到大逐漸建立起來。3.2 振幅的穩(wěn)定振蕩器接通電源開始起振時(shí)，起始信號(hào)可能很弱。此時(shí)放大器工作在線性放大區(qū)，信號(hào)被放大，其振幅逐漸增加，反饋信號(hào)的振幅也隨之增加。促使它們不斷增大的因素是放大作用和正反饋。當(dāng)振幅增大到某種程度后，由于二極管特性的非線性，晶體三極管工作范圍將超出放大區(qū)進(jìn)人飽和區(qū)或截止區(qū)。放大器的放大倍數(shù)將顯著下降，因而使輸出信號(hào)振幅的增大程度變緩。另一方面，能量的損耗也會(huì)使輸出信號(hào)振幅的增大程度變緩。因?yàn)檎袷幤魉牡哪芰縼碜噪娫矗孰娐分兴苋〉玫哪芰靠偸?/p>

9、有限的。當(dāng)振蕩器輸出信號(hào)的幅度加大時(shí)，其電路各部分的能量消耗也加大了（包括負(fù)載的功率輸出），由于能量的供給有限，使電路的輸出振幅不可能無限增大。所以振蕩器的振幅只能增大到某種程度，此后形成等幅振蕩波形輸出。4 正弦波振蕩器正弦波振蕩器（sin-wave oscillator）可以輸出單一顆率的正弦波，是應(yīng)用最為廣泛的振蕩器。從結(jié)構(gòu)上看， 正弦波振蕩電路就是一個(gè)沒有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大器。圖（a）表示接成正反饋時(shí)，因此有放大電路在輸入信號(hào)時(shí)的方框圖?？筛漠嫵蓤D2.4.1（b）所示。由圖可知，若在放大器的輸入端（1端）外接一定頻率、一定幅度的正弦波信號(hào)經(jīng)過基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的環(huán)路

10、傳輸后,在反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端（2端) ，得到反饋信號(hào)與在大小和相位上都一致,那么就可以去除外接信號(hào)，而將（1）、（2）兩端連接在一起(如圖中的虛線所示）而形成閉環(huán)系統(tǒng)， 其輸出端可能繼續(xù)維持與開環(huán)時(shí)一樣的輸出信號(hào)。這樣由于便有 或 正弦波振蕩器的振蕩條件為：幅度平衡條件： ，相位平衡條件：5 頻率穩(wěn)定度在工程應(yīng)用中，要求正弦波振蕩電路的振蕩頻率有一定的穩(wěn)定度，有必要引用頻率穩(wěn)定度來作為衡量振蕩電路的質(zhì)量指標(biāo)之一。頻率穩(wěn)定度一般用頻率的相對(duì)變化量f/f0來表示，f0為振蕩頻率，f為頻率偏移。頻率穩(wěn)定度有時(shí)附加時(shí)間條件，如一小時(shí)或一日內(nèi)的頻率相對(duì)變化量。五、設(shè)計(jì)方法步驟及注意事項(xiàng)1電路的選擇晶體振蕩

11、電路中，與一般LC振蕩器的振蕩原理相同，只是把晶體置于反饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路之中，作為一感性元件，與其他回路元件一起按照三端電路的基本準(zhǔn)則組成三端振蕩器。根據(jù)實(shí)際常用的兩種類型，電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式。由于石英晶體存在感性和容性之分，且在感性容性之間有一條極陡峭的感抗曲線，而振蕩器又被限定在此頻率范圍內(nèi)工作。該電抗曲線對(duì)頻率有極大的變化速度，亦即石英晶體在這頻率范圍內(nèi)具有極陡峭的相頻特性曲線。所以他具有很高的穩(wěn)頻能力，或者說具有很高的電感補(bǔ)償能力。因此選用石英晶體電路進(jìn)行制作。2 石英晶體振蕩器設(shè)計(jì)（1）選擇電路形式：選用電路如圖所示（2）選擇晶體管和石英晶體。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按公式max=T(21

12、0)H=（24120MHz）選擇5M晶體管作為振蕩管。（3）將各元件安裝到電路板上1)把晶振插入萬用板，然后焊接好。2)注意直流源的正負(fù)及接地端。3) 分別把各電阻，電容放入所定位置，注意電容的極性，然后焊接好。安裝完各元件后的得到的電板實(shí)物圖所示：六、電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在用示波器對(duì)實(shí)際電路產(chǎn)生波形的測(cè)量中，波形出現(xiàn)少量失真的情況。七、心得體會(huì)這學(xué)期下來，我對(duì)電路故障的排查能力有了很大的提高。當(dāng)然，經(jīng)過了課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足。但是通過自己的動(dòng)手動(dòng)腦，既增加了知識(shí)，又給了我專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，我也會(huì)更加努力，認(rèn)真學(xué)習(xí)，爭取在以后的課程中做得更好！生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。通過這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。雖然自己對(duì)于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通