《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)

高頻電子線路課程設(shè)計(jì)題目：RC相移式振蕩器院（系、部）：機(jī)電工程學(xué)院學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：2014年12月日目錄II目錄摘要I1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求11.1設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)11.2設(shè)計(jì)要求12方案論證13單元電路設(shè)計(jì)34電路原理圖85PCB版圖96RC相移振蕩器的仿真107輸出幅度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度118總結(jié)119附錄及參考文獻(xiàn)12 河北科技師范學(xué)院電子信息工程本科2012級(jí)《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)題目：RC相移式振蕩器河北科技師范學(xué)院電子信息工程本科2012級(jí)《高頻電子線路》課程設(shè)計(jì)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第1頁(yè)，總12頁(yè) 1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)RC相移振蕩器RC相移振蕩器的主要技術(shù)指標(biāo):電源電壓為12V,振蕩頻率為6.5KHz，輸出幅度為2.05V,準(zhǔn)確度為0.066，穩(wěn)定度為0.036.1.2設(shè)計(jì)要求1.分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案。2.確定合理的總體方案。以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、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(lái)源，敲定可行方案。3.設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路。2方案論證不同頻率的正弦波電壓通過(guò)RC電路時(shí)，輸出端的電壓幅度和相位都與輸入端不同。圖一畫出了簡(jiǎn)單的超前相移電路。對(duì)于圖一所示的RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，其在輸入端加入電壓，則在R兩端得到輸出電壓。由于相角超前于,故稱為超前相移網(wǎng)絡(luò)，或稱高通濾波網(wǎng)絡(luò)。圖一題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第8頁(yè)，總11頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第2頁(yè)，總12頁(yè) 隨著頻率的改變，單節(jié)RC電路中所產(chǎn)生的相移在0o~90o之間變化，但最大相移不超過(guò)90o，如果放大器在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)，為180o，反饋網(wǎng)絡(luò)還必須使通過(guò)它的某一特定頻率的正弦電壓再移相180o才能滿足自激振蕩的相位平衡條件（）。因此，一節(jié)RC電路最大相移不超過(guò)90o，不能滿足自激振蕩相位平衡條件。若兩節(jié)RC電路最大相移雖可接近180o，但此時(shí)頻率必須很低，從而容抗很大，致使輸出電壓接近于零，又不能滿足振蕩的幅度平衡條件（）。所以實(shí)際上要用三節(jié)RC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)移相180o，才能滿足振蕩條件()。所以設(shè)計(jì)如下RC相移振蕩器電路圖。圖二RC相移振蕩電路題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第8頁(yè)，總11頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第3頁(yè)，總12頁(yè) 3單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算①RC超前移相電路圖三設(shè)電壓傳輸系數(shù)為F，則超前電路有：故②采用超前移相網(wǎng)絡(luò)組成的超前RC移相振蕩器如圖四，其中、、和構(gòu)成分壓式偏置電路，為集電極負(fù)載，為輸出耦合電容。由于晶體管低頻工作時(shí)有、，若,并忽略和（=∥），則有：題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第8頁(yè)，總11頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第4頁(yè)，總12頁(yè) 所以，題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第8頁(yè)，總11頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第5頁(yè)，總12頁(yè) (Ⅰ)為滿足振蕩的相位條件，（1）式中分母中的虛部應(yīng)為零，即：解之得振蕩角頻率：如果選擇，則（Ⅱ）將Ⅱ式結(jié)果代入Ⅰ式中，得振幅起振條件：可見，組成這種振蕩器的晶體管的不得小于29，該振蕩器的振蕩頻率與RC的乘積成反比，因此要改變振蕩頻率，應(yīng)同時(shí)改變?nèi)?jié)移相振蕩電路的參數(shù)（2）直流電路分析題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第8頁(yè)，總11頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第6頁(yè)，總12頁(yè) 電路中的電阻Rb1和Rb2構(gòu)成T的分壓式偏置電路，Rc是T集電極負(fù)載電阻，Re是T發(fā)射極電阻，T具備處于放大狀態(tài)的直流電路工作條件。T工作在放大狀態(tài)下，這是一個(gè)振蕩器所需的。靜態(tài)工作點(diǎn)（3）正反饋電路分析如果在基本放大電路輸入端外接一定頻率，一定幅度的正弦信號(hào),經(jīng)過(guò)基本放大電路放大和反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸后，在反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端得到信號(hào)，如果和大小相等，相位相同，那么就可以不用外接信號(hào)，也可以得到同樣的輸出，即電路產(chǎn)生振蕩，此時(shí)有。無(wú)論是什么類型的振蕩器，必須存在正反饋環(huán)節(jié)，共發(fā)射極放大器具有反相的作用，即輸出信號(hào)電壓與輸入信號(hào)電壓之間相位差為180o，如若對(duì)放大器的輸出信號(hào)再移相180o后加到放大器的輸入端，那么就移相了360o，這樣反饋回來(lái)的信號(hào)與輸入信號(hào)之間是同相的關(guān)系，就是正反饋了。這后180o的相移要靠RC移相電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路中，電容Cl和電阻Rl構(gòu)成第一帶RC超前移相式電路，C2與R2構(gòu)成第二節(jié)RC移相電路，C3和放大器輸入電阻（由Rb1、Rb2和T的輸入電阻并聯(lián)）構(gòu)成第三節(jié)RC移相電路。這三節(jié)RC移相電路對(duì)信號(hào)移相180o，加上T共發(fā)射極放大器本身的180o移相，使T集電極經(jīng)三節(jié)RC移相電路后加到T基極上原信號(hào)相位與基極上原信號(hào)相位相同，所以這是正反饋過(guò)程，滿足相位正反饋條件。題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第8頁(yè)，總11頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第7頁(yè)，總12頁(yè) （4）振蕩過(guò)程分析設(shè)振蕩信號(hào)相位在T基極為正，經(jīng)T倒相放大（T接成共發(fā)射極放大器，其集電極信號(hào)電壓與基極信號(hào)電壓相位相反）后，再加入三節(jié)RC移相電路，被移相180o，使反饋信號(hào)電壓與T基級(jí)上輸入信號(hào)電壓同向。如下圖所示符合振蕩的相位條件，即三極管T移相180o，三節(jié)RC移相電路累計(jì)移相180o，這樣共移相360o，成為正反饋。圖四同時(shí)，T本身具有放大能力，這樣又符合幅度條件，振蕩器便能振蕩。振蕩信號(hào)是從T集電極輸出，通過(guò)耦合電容C0送出振蕩器。RC移相電路的相移量不等于180。，或大于或小于180。，這樣都不能滿足振蕩的相位條件，也就是只有頻率為fo的信號(hào)才能發(fā)生振蕩。在這種振蕩器中，當(dāng)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第9頁(yè)，總12頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第8頁(yè)，總12頁(yè) ,且遠(yuǎn)大于T放大器輸入電阻時(shí)，這一振蕩器的頻率由下式?jīng)Q定RC相移式振蕩器的振蕩頻率一般低于200KHZ。4電路原理圖圖五總原理圖題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第9頁(yè)，總12頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第9頁(yè)，總12頁(yè) 5PCB版圖圖六PCB版圖圖七3DPCB版圖題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第10頁(yè)，總12頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第10頁(yè)，總12頁(yè) 6RC相移振蕩器的仿真圖八仿真圖圖九波形圖題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第10頁(yè)，總12頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第11頁(yè)，總12頁(yè) 7輸出幅度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度根據(jù)仿真結(jié)果計(jì)算振蕩頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，準(zhǔn)確度即為實(shí)際值和計(jì)算值的比值，仔細(xì)觀察計(jì)算振蕩波形，準(zhǔn)確度A=,準(zhǔn)確度B=計(jì)算穩(wěn)定度時(shí)，選取兩個(gè)時(shí)刻分別計(jì)算振蕩頻率并計(jì)算差值從而計(jì)算穩(wěn)定度，為了精確，應(yīng)該選取盡量長(zhǎng)的時(shí)間段來(lái)進(jìn)行計(jì)算，穩(wěn)定度C=0.102-0.0660.036.輸出幅度可由圖只比例為1v/Div，峰-峰值為4,1V，則輸出幅度為2.05V。8總結(jié)在做這個(gè)設(shè)計(jì)之前，我首先查閱了大量資料，了解了RC相移振蕩器的基本模型，及公式算法。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)實(shí)際的操作，調(diào)試，對(duì)RC相移振蕩器有了更深入的了解。該RC相移振蕩器是用一個(gè)放大器和移相反饋網(wǎng)絡(luò)組成的，如果放大器在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)的相角為180度，反饋網(wǎng)絡(luò)還必須使它通過(guò)它的某一特定頻率的正弦電壓再移相180度，才能滿足自激振蕩的相位平衡條件，一節(jié)RC相移電路最大相移不超過(guò)90度，不能滿足相位平衡條件，兩節(jié)RC電路最大相移雖可接近180度，但是此時(shí)的頻率必須很低，從而容抗很大，致使輸出電壓接近于0V,又不能滿足自激振蕩的幅度平衡條件，所以至少要用三節(jié)RC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)180度的相移來(lái)滿足振蕩條件。實(shí)踐是對(duì)課本上知識(shí)的鞏固，通過(guò)實(shí)踐我們加深了對(duì)知識(shí)的理解。另外，通過(guò)在網(wǎng)上查閱資料，發(fā)現(xiàn)了自身的不足，了解到自身的水平十分有限，需要學(xué)習(xí)的地方還很多，有很多知識(shí)需要自己去拓展，同時(shí)也需要更多的實(shí)踐來(lái)完善我們對(duì)知識(shí)的理解。從理論到實(shí)踐，在整整5天的日子里，遇到了一些困難和問(wèn)題，都需要自己去解決，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，這些東西都是課本所不能學(xué)到的，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第10頁(yè)，總12頁(yè)題目：LC選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器第12頁(yè)，總12頁(yè) 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(lái)，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。附錄及參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]《高頻電子線路》主編：張肅文出版社：高等教育