西勒正弦波振蕩器

1、武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書目 錄摘 要. 21 正弦波振蕩器簡介. 32 電路方案論證. 42.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案. 42.2 各模塊電路方案論證. 63 整體電路. 104 焊接與調(diào)試. 115 心得體會(huì). 13參考文獻(xiàn). 14附錄：元件清單. 15武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書摘 要在信息時(shí)代飛速發(fā)展的今天，對(duì)信息的獲取、傳輸與處理的方法越來越受到人們的重視，信息科學(xué)技術(shù)已成為21世紀(jì)國際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的強(qiáng)大推動(dòng)力。信息作為一種資源，只有通過廣泛地傳播與交換，促進(jìn)人們交流與合作，才能創(chuàng)造和產(chǎn)生出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。信息的傳播與交換式依靠各通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。本課程設(shè)計(jì)要

2、求設(shè)計(jì)一個(gè)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器，即西勒振蕩器。系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：西勒振蕩器、射極跟隨器和電壓放大電路。西勒振蕩器用于產(chǎn)生正弦波；射極跟隨器作為緩沖級(jí)，減弱后級(jí)對(duì)前級(jí)的影響；為打到輸出電壓指標(biāo)，加一級(jí)電壓放大。關(guān)鍵詞：西勒振蕩器、射極跟隨器、電壓放大電路武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書1 正弦波振蕩器簡介正弦波振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、幅值不變的正弦波輸出。本設(shè)計(jì)采用的是改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器，即西勒振蕩器。其具有輸出波形好、工作頻率高、改變C調(diào)節(jié)頻率時(shí)不影響反饋系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于波段寬、頻率可調(diào)的場(chǎng)合。 正弦波振蕩器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，特別是在通信設(shè)備中起到重要作用。它

3、是無線電發(fā)送部分的心臟部分，也是超外差接收機(jī)的重要部分；各種電子測(cè)試儀器如信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字式頻率計(jì)等，核心部分都離不開正弦波振蕩器；并在自動(dòng)控制裝置和醫(yī)療設(shè)備等許多技術(shù)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。西勒振蕩器由起能量控制作用的放大器、將輸出信號(hào)送回到輸入端的正反饋網(wǎng)絡(luò)以及決定振蕩頻率的選頻回路組成。沒有輸入信號(hào)，而是由本身的正反饋信號(hào)代替。當(dāng)振蕩器接通電源后，即開始有瞬變電流產(chǎn)生，經(jīng)不斷的對(duì)它進(jìn)行放大、選頻、反饋、再放大等多次循環(huán)，最終形成自激振蕩，把輸入信號(hào)的一部分送回輸入端做輸入信號(hào)，從而就產(chǎn)生了一定頻率輸出的正弦波信號(hào)輸出。3 綜上所述，本設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和生活中具有非常重要的實(shí)際意義。武漢理工

4、大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書2 電路方案論證2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1.1 三點(diǎn)式振蕩器構(gòu)成法則三點(diǎn)式振蕩器即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，除晶體管外的三個(gè)電抗元件X1,X2,X3，如圖2.1。它們構(gòu)成了決定振蕩頻率的并聯(lián)諧振回路，同時(shí)也構(gòu)成了正反饋所需的反饋網(wǎng)絡(luò)，為此三者必須滿足一定的關(guān)系。根據(jù)諧振回路的性質(zhì)，諧振時(shí)應(yīng)為純電阻性，因而有X1+X2+X3=0圖2.1 三點(diǎn)式電抗圖所以回路中的三個(gè)電抗元件不能同時(shí)為感抗或容抗，必須由兩種不同性質(zhì)的電抗元件構(gòu)成。其構(gòu)成法則為：與晶體管發(fā)射級(jí)相連的兩個(gè)電抗元件必須是同性質(zhì)的，而不與發(fā)射極相連的另一阻抗和它們性質(zhì)相反。2

5、.1.2 電路組成及器件選擇該西勒振蕩器是由放大電路器電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)三部分組成的其等效電路如圖2.2。武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書圖2.2 西勒振蕩器交流等效電路該電路振幅起振條件： AF>1相位起振條件： A+F=2n振幅平衡條件： AF=1相位平衡條件： A+F=2n放大電路是由晶體管、高頻扼流圈（此處用電阻可等效代替）、高頻旁置電容集電極偏置電阻、基極偏置電阻、射極偏置電阻組成。放大器可選用有源器件如電子管、晶體管等，本設(shè)計(jì)選用晶體管最為能量控制的放大器。選頻網(wǎng)絡(luò)用來決定振蕩頻率，本設(shè)計(jì)采用LC并聯(lián)振蕩回路，由C1、C2、C3、C4、L1組成，要求C1>&

6、gt;C3，C2>>C3。反饋網(wǎng)絡(luò)是將輸出信號(hào)送回輸入端的電容分壓式正反饋網(wǎng)絡(luò)，C2和C5構(gòu)成正反饋。2.1.3 總系統(tǒng)框圖武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要有緩沖級(jí)，輸出電壓>1V，系統(tǒng)的組成框圖如圖2.3所示：圖2.3 西勒振蕩器系統(tǒng)框圖2.2 各模塊電路方案論證2.2.1 振蕩電路西勒振蕩器的振蕩電路的主要特點(diǎn)，就是與電感L并聯(lián)一可變電容，圖中C3<<C1、C2,因此晶體管和回路之間耦合較弱，頻率穩(wěn)定度高。與電感并聯(lián)的可變電容用來調(diào)節(jié)振蕩器的工作頻段，而電容C3起微調(diào)頻率作用。振蕩器在接通電源的一瞬間，晶體管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)從零到某一數(shù)值的電流

7、階躍，該電流階躍的成分十分豐富，選頻網(wǎng)絡(luò)會(huì)選出滿足正反饋的頻率在經(jīng)過正反饋建立信號(hào)。電路如圖2.4。圖2.4 振蕩電路武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書根據(jù)要求，有振蕩器的振蕩頻率為f=6MHz CC3+C4為了滿足諧振要求，各器件實(shí)際取值為C1=120pF，C2=330PF，C3=100PF C4=030PF，L=10mH，滿足C1>>C3,C2>>C3，并通過改變C4的值可以微調(diào)振蕩頻率。偏置電阻的取值方法：一般取Ic=2mA，若Re=1K，Ve=2V，Vb=2.7V，在基極偏置電路中，需有基極電流10倍左右的電流流動(dòng)，可算出R4=3.3K，R3+R5=11K，

8、晶體管工作狀態(tài)最好。R2起到扼流圈的作用。2.2.2 射極跟隨器電路射極跟隨器是典型的共集電極電路，該電路具有：電壓增益幾乎為1；輸入阻抗高；輸出阻抗低；失真系數(shù)低等特點(diǎn)，其電路如圖2.5所示。在電路中，射級(jí)跟隨器一般做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。因?yàn)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個(gè)好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。為了獲得最好的輸出效果，通常情況下，取Vce

9、為電源電壓的一半比較好。為此，我們?nèi)b1=Rb2 ，則VBQ =2.5V，VEQ = VBQ VBE =1.8V。在使用帶有發(fā)射極負(fù)載電阻RE 的射極跟隨器的情況下，若無信號(hào)的發(fā)射極電流IE 比最大輸出電流小時(shí)，則輸出波形的負(fù)側(cè)就會(huì)被切去，所以取IE =10mA，從而確定RE 為68。通常，在基極偏置電路中，需有基極電流10倍左右的電流流動(dòng)，故我們?nèi)b1=Rb2 =3.3K,此時(shí)在Rb1和Rb2中流動(dòng)的電路為0.75mA,符合電路要求。武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書圖2.5 射極跟隨器2.2.3 放大電路由于振蕩器振蕩電路的輸出波形的幅值不滿足要求，因此需要在電路中加放大電路，以提

10、高輸出信號(hào)的幅值。在本次設(shè)計(jì)中選用的放大電路為三極管共射放大器。其電路圖如圖2.6所示。武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書圖2.6 放大電路放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大，使輸出信號(hào)保持一定的數(shù)值。其中，R10的電阻改變?nèi)龢O管偏置電壓，用于調(diào)整波形，R9=100，與負(fù)載匹配，并可通過改變R9的阻值調(diào)整放大倍數(shù)。武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書3 整體電路圖3 西勒振蕩器說明：1）直流電源旁邊需加上去耦電容C6；2）級(jí)間耦合電容均為100pF； 3) 通過C5連接正反饋電路。武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書4 焊接與調(diào)試先用萬用表檢測(cè)元件參數(shù)是否符合要求。然后按照原

11、理圖，元件裝配。裝配完成后焊接該硬件。焊接時(shí)，以45度靠緊焊接面進(jìn)行預(yù)熱；然后將焊錫絲同時(shí)伸向被焊的組件腳及焊盤，一起接觸被焊處；當(dāng)焊錫絲熔化，向焊接處推入焊錫絲，使焊錫潤濕焊盤與組件腳，當(dāng)焊點(diǎn)上的焊錫成圓錐形時(shí)即抽離焊錫絲。在焊錫完全熔化后，移去烙鐵頭。如果焊點(diǎn)有連焊，應(yīng)將焊錫線與烙鐵頭一起接觸在連焊的焊點(diǎn)之間，待焊錫絲與助焊劑一起熔化后，移去焊錫絲，再將烙鐵頭側(cè)放著向下移走，吸去多余的焊錫；焊點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是：焊點(diǎn)呈錐形，焊錫要適量，表面有光澤，光滑，清潔等。焊接完成后調(diào)試制作的硬件。1）測(cè)試西勒振蕩器的第一級(jí)輸出電壓及頻率，如圖4.1所示，有圖4.1 第一級(jí)輸出f=6.123MHz，Vo=32

12、8mV2）測(cè)試西勒振蕩器經(jīng)射隨的輸出電壓及頻率，如圖4.2所示武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書圖4.2 第二級(jí)輸出F=6.143MHz，Vo=348mV3）測(cè)試西勒振蕩器經(jīng)放大后的最終輸出電壓及頻率，如圖4.3所示圖4.3 第三級(jí)輸出f=6.083MHz，Vo=1.56V綜上所述，測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。武漢理工大學(xué)高頻電子線路課程設(shè)計(jì)說明書5 心得體會(huì)“高頻電子線路”是通信工程、電子信息工程等電子信息類專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，有很強(qiáng)的理論性、工程型和實(shí)踐性，起到了承上啟下的作用。它綜合利用了“電路基礎(chǔ)”、“信號(hào)與系統(tǒng)”、“模擬電子線路基礎(chǔ)”、以及許多數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、物理基礎(chǔ)等先期課程

13、的知識(shí)，介紹了通信系統(tǒng)的組成、通信系統(tǒng)各個(gè)組件的物理概念和在系統(tǒng)中的作用，以及如何實(shí)現(xiàn)這些部件，為后續(xù)通信專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)我而言，此次課程設(shè)計(jì)的過程中我遇到了許多挫折,如軟件使用問題,仿真和實(shí)物有相當(dāng)大的差別等。但我認(rèn)為挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶。從拿到題目到具體設(shè)計(jì)，從學(xué)習(xí)到實(shí)踐，在一個(gè)多星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，如對(duì)Multsim軟件的應(yīng)用還不夠熟悉，以及其中很多功能應(yīng)用還未有深刻理解，要通過不斷的實(shí)用和查找資料來完善自己此方面的能力。此設(shè)計(jì)由于我們的學(xué)業(yè)不精和時(shí)間等客觀問題，未能使設(shè)計(jì)達(dá)到完善，還有很多缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，希望老師能提出改進(jìn)意見，謝謝老師對(duì)我們的