高頻課程設(shè)計(jì)LC振蕩器設(shè)計(jì)

1、 目錄 目錄.1 摘要.2 關(guān)鍵詞.2 1 引言.2 1.1 課程設(shè)計(jì)背景.2 1.2 課程設(shè)計(jì)目的.2 1.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容.2 2 正弦波振蕩電路.32.1 LC振蕩器基本工作原理.32.2 各振蕩電路的方案比較與分析.3 2.3 振蕩器的穩(wěn)頻措施.4 2.4 改進(jìn)型電容反饋電路.4 3 電路設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果.6 3.1 參數(shù)計(jì)算.63.2 進(jìn)行仿真.63.3 仿真結(jié)果分析.7 4 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì).7 5 參考文獻(xiàn).8LC振蕩器設(shè)計(jì)摘要：電子線路中，在無需外加激勵(lì)信號的情況下，能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量的電子電路稱為高頻信號發(fā)生器。高頻信號發(fā)生器主要是產(chǎn)生

2、高頻正弦震蕩波，電路主要由高頻振蕩電路構(gòu)成。振蕩器是一種能自動(dòng)地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號能量的轉(zhuǎn)換電路。它無需外加激勵(lì)信號。本課程設(shè)計(jì)中，為了熟悉高頻電子線路課程，著眼于LC振蕩器的分析研究與設(shè)計(jì)。在課程設(shè)計(jì)中，為了學(xué)習(xí)Multisim軟件的使用，以及鍛煉電子仿真的能力，我選用的仿真軟件是Multisim11.0版本，該軟件提供了功能強(qiáng)大的電子仿真設(shè)計(jì)界面和方便的電路圖和文件管理功能。關(guān)鍵詞：LC正弦波振蕩器；西勒電路；Multisim仿真1 引言1.1 課程設(shè)計(jì)背景在電子線路中，由于LC原件的標(biāo)準(zhǔn)型較差，諧振回路的Q值較低，空載Q值一般不超過300，有載QL值更低。所以LC

3、振蕩器的頻率穩(wěn)定度一般為量級，即使是克拉潑電路和西勒電路，也只能達(dá)到 量級。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)主要指標(biāo)要求頻率穩(wěn)定度，所以選用西勒電路。1.2 課程設(shè)計(jì)目的(1) 掌握LC振蕩器的基本工作原理和主要技術(shù)指標(biāo)還有西勒電路的電路圖。(2) 學(xué)習(xí)Multisim仿真軟件的使用方法。(3) 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)電路圖，理論聯(lián)系實(shí)際，加深對理論知識(shí)的理解，提高分析和解決問題的能力。1.3 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 通過對高頻電子線路相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，我們知道LC正弦波振蕩器主要有電感反饋式三端振蕩器、電容反饋式三端振蕩器以及改進(jìn)型電容反饋式振蕩器（克拉波電路和西勒電路）等。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點(diǎn)式

4、振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率可以做得較高。由所學(xué)知識(shí)可知，西勒電路具有該電路頻率穩(wěn)定性非常高，振幅穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，適合做波段振蕩器等優(yōu)點(diǎn)。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。2 正弦波振蕩電路2.1 LC振蕩器的基本工作原理振蕩器是不需外信號激勵(lì)、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。LC振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器由晶體管等有源器件和具有選頻作用的無源網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)組成。振蕩器根據(jù)自身輸出的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器正弦波振蕩器在廣播通訊、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。本課程設(shè)計(jì)討論的就是正弦波振蕩器。其框圖如圖2-1所示 放大電路

5、選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)輸出 圖2-1 振蕩器原理框圖2.2各振蕩電路的方案比較與分析2.2.1 電容三點(diǎn)式振蕩的特點(diǎn)(1)振蕩波形好。(2)電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可以做得較高，可達(dá)到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。 電路的缺點(diǎn)：振蕩回路工作頻率的改變，若用調(diào)C1或C2實(shí)現(xiàn)時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。使振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。2.2.2電感三點(diǎn)式振蕩特點(diǎn)(1)工作頻率范圍為幾百kHz幾MHz；(2)反饋信號取自于L2， 其對f0的高次諧波的阻抗較大，因而引起振蕩回路的諧波分量增大，使輸出波形不理想。2.2.3克拉潑振蕩特點(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。(3)電

6、路中C3為可變電容，調(diào)整它即可在一定范圍內(nèi)調(diào)整期振蕩頻率。2.2.4西勒振蕩器特點(diǎn)(1)振蕩幅度比較穩(wěn)定； (2)振蕩頻率可以較高，做可變頻率振蕩器時(shí)其波段覆蓋系數(shù)較大，波段范圍內(nèi)輸出電壓幅度比較平穩(wěn)。2.3 振蕩器的穩(wěn)頻措施2.3.1 減小外界因素的變化 減小外界因素變化的措施很多，例如為了減小溫度變化對振蕩頻率的影響，可將整個(gè)振蕩器或諧振回路置于恒溫槽內(nèi)，以保持溫度的恒定；采用高穩(wěn)定度直流穩(wěn)壓源來減小電源電壓的波動(dòng)而帶來晶體管工作點(diǎn)電壓、電流發(fā)生的變化；采用金屬屏蔽罩減小外界磁場的變化而引起電 感量的變化；采用減震器可減小由于機(jī)械振動(dòng)而引起電感、電容值的變化；采用密封工藝來減小大氣壓力和濕

7、度變化而帶來電容器介電系數(shù)的 變化；在負(fù)載和振蕩器之間加一級射極跟隨器作為緩沖可減小負(fù)載的變化等。2.3.2 提高諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性所謂諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指諧振回路在外界因素變化時(shí)，保持其諧振頻率不變的能力。回路標(biāo)準(zhǔn)性越高，頻率穩(wěn)定度就越好。實(shí)質(zhì)上，提高諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性就是從振蕩電路本身入手來提高頻率的穩(wěn)定度。2.4 改進(jìn)型電容反饋電路2.4.1克拉潑（Clapp）電路圖2-1 為克拉潑振蕩器原理電路，(b)為其交流等效電路。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C3，其取值比較小，要求C3<< C1，C3<< C2。(a) 原理電路(b) 交流

8、等效電路VTC1C2LC3ReRb2CbRb1RcVCCLC3C1C2CieCoeVTCcb 圖2-1 克拉潑振蕩器先不考慮各極間電容的影響，這時(shí)諧振回路的總電容量C為C1、C2 和C3的串聯(lián)，即 (2-9)于是，振蕩頻率為 (2-10)使式(2-10)成立的條件是C1和C2都要選得比較大，由此可見，C1、C2對振蕩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。2.4.2西勒（Seiler）電路西勒電路是一種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器，是在克拉潑電路上改進(jìn)的來的，電路原理圖如圖2-2所示： 圖2-2 西勒振蕩器震蕩回路的總電容為：所以可以得到振蕩

9、頻率為：此時(shí)，為粗調(diào)，為細(xì)調(diào)，電路調(diào)頻方便而且調(diào)頻范圍大。3 電路設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果3.1 參數(shù)計(jì)算通過以上分析可知，本設(shè)計(jì)滿足振蕩器的起振條件和平衡條件，振蕩器的另外一個(gè)重要指標(biāo)則是頻率穩(wěn)定度，因此在本次設(shè)計(jì)中各器件參數(shù)的選擇必須滿足頻率穩(wěn)定度的要求振蕩回路參數(shù)L與C。L和C如有變化，必然引起振蕩頻率的變化，為了維持L和C的數(shù)值不變化，首先應(yīng)該選取標(biāo)準(zhǔn)性高，不易發(fā)生機(jī)械形變的原件；其次，應(yīng)盡量維持振蕩器的環(huán)境恒定。為了滿足諧振要求，各器件實(shí)際值為:=800pF,=400pF,=20pF,=26.825pF,=200H.滿足>>和>>.其它,=10.3,=4.7,=4k,=

10、2k, =10nF.3.2 進(jìn)行仿真 圖3-1為西勒電路振蕩器的電路圖，是Multisim軟件畫出的，可以對其進(jìn)行仿真： 圖3-1仿真電路圖 仿真結(jié)果： 示波器輸出波形 頻率計(jì)顯示頻率3.3 仿真結(jié)果分析在西勒電路中，由于C5與L并聯(lián)，C5的大小不會(huì)影響回路的接入系數(shù)。讓C4固定，通過改變C5來改變振蕩頻率，這樣一來，就不會(huì)影響起振條件了。西勒電路的波段覆蓋系數(shù)可達(dá)1.61.8。由仿真結(jié)果可以看出，波形基本無失真，輸出頻率帶5Mhz附近，符合課程設(shè)計(jì)要求。4 課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的題目是LC振蕩器的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用了高頻電子線路正弦波振蕩器電路內(nèi)容。通過查找資料，結(jié)合書本中所學(xué)的知識(shí)，完

11、成了課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。把書中所學(xué)的理論知識(shí)和具體的實(shí)踐相結(jié)合，有利于我們對課本中所學(xué)知識(shí)的理解，并加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。在課程設(shè)計(jì)之前，我們通過各個(gè)渠道查找資料后分析驗(yàn)證，經(jīng)過多次的修改和整理，作了如上的設(shè)計(jì)思路。雖然這次設(shè)計(jì)一開始是按照設(shè)計(jì)要求去完成的，但由于在實(shí)際操作中，出現(xiàn)了比較大的問題，導(dǎo)致以上的準(zhǔn)備資料，在實(shí)際操作中都未能派上用場。在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我懂得了很多，課程設(shè)計(jì)不光是讓我們?nèi)ァ霸O(shè)計(jì)”，更重要的是培養(yǎng)我們的能力！通過本次課程設(shè)計(jì)使我對通信電子線路又有了進(jìn)一步的了解，增加了對所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。其次對這個(gè)課題的理解問題。因?yàn)楦哳l的知識(shí)本來就不容易懂，所以查找資料和查閱基礎(chǔ)知識(shí)，花了我們很長的時(shí)間。這些都應(yīng)歸咎于自己基礎(chǔ)知識(shí)的匱乏。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我們通過動(dòng)手實(shí)踐操作，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握了有關(guān)高頻原理的有關(guān)知識(shí)，特別是動(dòng)手操作方面，加深了對LC正弦波振蕩器的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步鞏固了對高頻知識(shí)的理解，也對模塊的基本工作原理和調(diào)試儀器有了一定的了解。在設(shè)計(jì)時(shí)我們根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)了相關(guān)的知識(shí)，還查閱了相當(dāng)多的資料，這也在一定程度上拓寬了我們的視野，豐富了我們的知識(shí)。這次的高頻課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)是通過實(shí)踐操作和理論相結(jié)合，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，提高科學(xué)的思維能力。在接