電容三點式震蕩電路的設計

北方民族大學

課程設計報告院（部、中心）電氣信息工程學院姓名郭佳學號21000065專業(yè)通信工程班級1同組人員課程名稱通信電路課程設計設計題目名稱500KHz電容三點式LC正弦波振蕩器的設計起止時間2013.3.4——2013.4.28成績指導教師簽名北方民族大學教務處制摘要本次課設介紹了電容三點式高頻振蕩電路的設計方法，反饋振蕩器的原理和分析

以及電容三點式電路參數(shù)的計算，并利用其它相關(guān)電路為輔助工具來調(diào)試放大電

路，解決了放大電路中經(jīng)常出現(xiàn)的自激振蕩問題和難以準確的調(diào)諧問題。同時

也給出了具體的理論依據(jù)和調(diào)試方案，從而實現(xiàn)了快速、有效的分析和制作，振

蕩器電路。并以500KHz的振蕩器為例，利用multisim制作仿真的模型。關(guān)鍵字：電容三點式振蕩仿真目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目錄3\o"CurrentDocument"1、概述4\o"CurrentDocument"2、三點式電容振蕩器5\o"CurrentDocument"2.1反饋振蕩器的原理和分析5\o"CurrentDocument"2.2電容三點式參數(shù)6\o"CurrentDocument"2.3設計要求8\o"CurrentDocument"3、電路設計8\o"CurrentDocument"4、調(diào)試與總結(jié)10\o"CurrentDocument"1仿真102、總結(jié)：11\o"CurrentDocument"5、心得體會11oo1、概述振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能轉(zhuǎn)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。一個振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡。放大器能對振蕩器輸入端所加的輸入信號予以放大使輸出信號保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡則只允許某個特定頻率f0能通過，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個條件決定的；一個是反饋電壓U和輸入電壓U要相等，這是振幅平衡條件。二是U和U必fifi須相位相同，這是相位平衡條件，也就是說必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。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各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數(shù)字式頻率計等，其核心部分都離不開正弦波振蕩器。功率振蕩器在工業(yè)方面（例如感應加熱、介質(zhì)加熱等）的用途也日益廣闊。正弦波是電子技術(shù)、通信和電子測量等領(lǐng)域中應用最廣泛的波形之一。能夠產(chǎn)生正弦波的電路稱為正弦波振蕩器。通常，按工作原理的不同，正弦振蕩器分為反饋型和負載型兩種，前者應用更為廣泛。在沒有外加輸入信號的條件下，電路自動將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交變振蕩信號輸出。2、三點式電容振蕩器2.1反饋振蕩器的原理和分析反饋振蕩器原理方框圖如圖2.1所示。反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡組成的一個閉合環(huán)路，放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(如振蕩回路)作負載，是一個調(diào)諧放大器。圖2.1圖2.1反饋振蕩器方框圖為了能產(chǎn)生自激振蕩，必須有正反饋，即反饋到輸入端的自你好與放大器輸入端的信號相位相同。定義A(S)為開環(huán)放大器的電壓放大倍數(shù)：A(S)二亠U(S)iF(S)為反饋網(wǎng)絡的電壓反饋系數(shù)：F(S)U'(S)F(S)iU(S)oAf(S)為閉環(huán)電壓放大倍數(shù):oUoU(s)iA(S)1—A(S)?F(S)在振蕩開始時，由于激勵信號較弱，輸出電壓的振幅U則比較小，此后經(jīng)o過不斷放大與反饋循環(huán)，輸出幅度U開始逐漸增大，為了維持這一過程使輸出

振幅不斷增加，應使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大，即振蕩開始時應為增幅振蕩，即：T(jW)》1因此起振的振幅條件是：A-F>1起振的相位條件是：p+p二2n兀AF要使振蕩器起振必須同時滿足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。2.2電容三點式參數(shù)三點式電容振蕩器是自激振蕩器的一種。由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋放大器組成。因振蕩回路兩串聯(lián)電容的三個端點與振蕩管三個管腳分別相接而得名。它的優(yōu)點是：反饋電壓取自電容C，而電容對晶體管非線性2特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗，所有反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形很好；其缺點是：反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)，如果用改變電容的方法來調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。三點式電容振蕩器的電路原理圖如圖2.2所示。-c-c圖2.2電容三點式振蕩電路由振蕩器諧振頻率計算公式：W=-^=V'LC根據(jù)設計指標，f=6MHz分配合適的電容和電感。LC振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡三個部分組成。為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應該等于1,即AF=1，因為在諧振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為所以維持振蕩所需的電壓增益應該是：電容三點式振蕩器的諧振頻率為f1:丁CCf=_兀L?1_2—

o2C+C'12在實驗中可通過測量周期T來測定諧振頻率，即/-oT放大器的電壓增益可通過測量峰值輸出電壓V和輸入電壓V來確定，即opip所以，可以得出V=V-Aopip當知道輸入V,A等于多少的時候，由公式可以求出V的具體參數(shù)值。ipop2.3設計要求震蕩頻率500KHz；輸出信號有效值3V,電源電壓12V負載電阻3K3、電路設計振蕩器在接通電源的一瞬間,晶體管會產(chǎn)生一個從零到某一數(shù)值的電流階躍,該電流階躍的成分十分豐富,選頻網(wǎng)絡會選出滿足正反饋的頻率在經(jīng)過正反饋建立信號電路設計如下圖：偏置電阻參數(shù)如圖所示基集偏置電阻：R2=33k,R3=12K射集反饋電阻：R4=1.62k電源電壓12V隔直電容：10nF旁路電容：510nF三點震蕩電路：C2=10NF,C3=30NF.L1=12UH負載電阻：3k1）靜態(tài)工作電流的確定合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點,對振蕩器的起振,工作的穩(wěn)定性,波形質(zhì)量的好壞

有著密切的關(guān)系。－般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點應選在遠離飽和區(qū)而靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流ICQ大約在0.8-4mA之間選取，故本實驗電路中：選I=2mAV=1.2VB=100CQCEQ則有R+則有R+RecU-UCCCEQ12-0.2二5.4KG2CQ為提高電路的穩(wěn)定性R值適當增大，取Re=1.62KQ則Rc=4.5KQe因：U=1?R貝9：U=2mAX1.62K=3VEQCQEEQ因：I=I/B則：I=2mA/100=0.02mABQCQBQ一般取流過Rb2的電流為5-10IBQ,若取10IBQVR=-^QTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"b2IV二V+0.73.7V因：BQBQEQ貝y：R==18KG取標稱電阻12KQ。b20.2V-V12V-3.7V12V-3.7V:R二———12KG=26.9KGb13.7Vb1Vb2因：BQ故Rb1取28K為調(diào)整振蕩管靜態(tài)集電極電流的方便，Rb1由27KQ電阻構(gòu)成。三極管性能ceo=30熱敏電阻連接；:熱敏電阻狀況；:功耗：降值拐點’：熱敏電阻連接；:熱敏電阻狀況；:功耗：降值拐點’：最低工作視度：最高工作租度：麟電放電：:Vcbo=60lc(max]=0.8hFE(min)=35hFE(max)=300Ft二250Pd=3Package=TO-18145.80^137.503.0025.00-65.00200.000.004、調(diào)試與總結(jié)1仿真在設計完成電路后，運用mutisium軟件對振蕩電路進行仿真，對其產(chǎn)生的波形進行分析。振蕩器波形圖如圖4.1所示。兇mV周期V0DC通道丄測星rwciTrin.!eiLFCl熔類率計-XFCl500.912kHz靈敏度識M5)觸發(fā)電平時間軸比例|5us/Div兇mV周期V0DC通道丄測星rwciTrin.!eiLFCl熔類率計-XFCl500.912kHz靈敏度識M5)觸發(fā)電平時間軸比例|5us/DivX位置廠通道A比例|5V/Div￥位置|0通道￥比例|5V/Div￥位置T2-T1緩變信號壓縮比脈沖|上升/下降|時間15.092ms15.092msO.LILIOS通道丿3.280V3.280V0.000V廠耦合由仿真結(jié)果圖可知：該電路的振蕩頻率為500KHZ，輸出電壓有效值為3V2、總結(jié)：在這個設計當中，我們學會振蕩電路的一些基本內(nèi)容和基本理論知識。在設計電路元件參數(shù)的時候，首先要計算是否符合振蕩電路的起振條件和平衡條件。正反饋網(wǎng)絡是電感反饋三點式振蕩網(wǎng)絡中比較重要的一個環(huán)節(jié)。正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用，維持振蕩電路所消耗的能量。5、心得體會在本次課程設計中，我從各方面的設計和構(gòu)思中學到了許多知識，了解到理論和實踐結(jié)合的難度。在上學期學習通信電子線路這門課程時，元件的使用只是很局限的運用。在課程設計中我發(fā)現(xiàn)很多芯片，元器件，電路都有很奇妙的作用。它們以前的作用只是一個最基本的運用，更多的運用會出現(xiàn)在各個實際電路中。對于電路設計，剛開始拿到題目的時候我以為很簡單，在實際制作的過程中發(fā)現(xiàn)其實并不是這樣。因為以前學的很多東西都忘記了，包括簡單的三極管的靜態(tài)工作點的計算都忘記了，后來在老師的幫助下再查了其他的資料才將三級管的靜態(tài)工作點計算好。在后續(xù)的設計過程中，也遇到了許多的問題，如波形不平滑等問題，在仿真的過程中很多知識需要聯(lián)系起來一起用，需要靈活的運用。經(jīng)過這次課程設計，讓我對前面的路有了更多的信心，因為在這個過程中，我學到了不少實用的東西，對于通信電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨立解決問題的能力。雖然這次課程設計中我對電路進行了仿真，并且認真的對電路的每一部分進行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定。本課程設計不僅僅是一項任務，而且是一項使命