正弦波振蕩器設(shè)計

1、方案論證與選擇LC振蕩器的電路種類比較多，根據(jù)不同的反饋方式，又可分為互感反饋振蕩器，電感反饋三點式振蕩器，電容反饋三點式振蕩器，其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，合用于低頻，而三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形抱負，振蕩頻率能夠做得較高。選擇電容反饋三點式振蕩器，而電容反饋三點式振蕩器又分為考畢茲振蕩器，克拉波振蕩器，西勒振蕩器。振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，由晶體管等有源器件和含有選頻作用的無源網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其框圖如圖1所示。放大電路放大電路選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)輸出圖1振蕩器框圖本次設(shè)計在兩個方案中進行選擇方案一：設(shè)計電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器）；方案二：設(shè)計串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器（克拉波振蕩器）；方案一：電容三點式振蕩器（又稱考畢茲振蕩器）圖2電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器交流通路

1.相位平衡條件電容三點式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，如上圖所示，該電路的交流通路如右圖所示。能夠看出，它符合三點是振蕩電路“射同基反”的構(gòu)成原則，滿足自激振蕩的相位平衡條件。2.起振條件反饋系數(shù)：令，，則得到起振體現(xiàn)式：在較小時，可近似寫為：3.振蕩頻率在諧振回路值足夠高的條件下,電路的振蕩頻率為其中的精確表達式為：故考畢茲三點線路振蕩要比稍高一點，，越小，耦合越松，振蕩頻率偏高越明顯。考畢茲電路的優(yōu)點：(1)電容反饋三端電路的振蕩波形好。(2)電路的頻率穩(wěn)定度較高，適宜加大回路的電容量，就能夠減小不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響。(3)電容三端電路的工作頻率能夠做得較高，可直接運用振蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作頻率可做到幾十MHz到幾百MHz的甚高頻波段范疇。電路的缺點：調(diào)節(jié)頻率會變化反饋系數(shù)，管子的輸入電容和輸出電容對振蕩頻率的影響限制了振蕩頻率的提高。方案二：設(shè)計串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器（克拉波振蕩器）；圖3串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器交流通路上圖是克拉潑振蕩器的實際電路和交流等效電路。特點是用一電容與原電路中的電感相串聯(lián)后替代，功用重要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的原則性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。由圖可知,這種電路是在電容三點式振蕩電路的電感支路上串進了一種小電容而構(gòu)成的（對交流短路,屬共基組態(tài)）、、及L構(gòu)成諧振回路.由于遠遠不大于或，因此三電容串聯(lián)后的等效電容振蕩頻率由上式可見,振蕩頻率基本上與、、、無關(guān),因此,可選、的值遠不不大于極間電容,這就減小了極間電容變化對振蕩頻率的影響,提高了振蕩頻率的穩(wěn)定性。克拉潑振蕩器的反饋系數(shù)調(diào)節(jié)變化振蕩頻率時,不影響反饋系數(shù)即克拉潑振蕩器的振蕩頻率與反饋系數(shù)可分別獨立調(diào)節(jié)。

回路諧振電阻反射到三極管集、射極的等效負載電阻為：其中由上式可知：若調(diào)至較小時,將使等效負載電阻變小,造成電路增益下降,因此,這一電路的振蕩頻率只能在小范疇內(nèi)調(diào)節(jié),否則將出現(xiàn)輸出幅度明顯下降的現(xiàn)象。電路的振蕩頻率重要由來決定，基本不受其它的電容（、）的影響。這對提高振蕩頻率的穩(wěn)定性是有利的。通過對兩種電路的比較：電容三點式振蕩器調(diào)節(jié)頻率會變化反饋系數(shù)，管子的輸入電容和輸出電容對振蕩頻率的影響限制了振蕩頻率的提高。而串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器有下列優(yōu)點(1)由于電容遠不大于電容、，因此電容、對振蕩器的振蕩頻率影響不大，因此能夠通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)振蕩頻率；(2)由于反饋回路的反饋系數(shù)僅由與的比值決定，因此調(diào)節(jié)振蕩頻率不會影響反饋系數(shù)(3)由于晶體管的極間電容與、并聯(lián)，因此極間電容的變化對振蕩頻率的影響很??；通過上述綜合考慮，方案二較方案一作為可變振蕩器更為方便。故選擇方案二，設(shè)計串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器（克拉波振蕩器）。2、電路工作原理下圖為所設(shè)計的串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器，設(shè)計頻率為=10MHZ圖4串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器它是用電感和可變電容的串聯(lián)電路替代電容反饋振蕩器中的電感構(gòu)成的，反饋系數(shù)大小為諧振頻率為理論計算：通過Multisim仿真得到：電路的周期以下圖：圖5Multisim仿真串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器頻率圖6Multisim仿真串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器頻率如圖所得周期：所得振幅：=頻率計所得到的圖以下：圖7Multisim仿真串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器頻率示波器與頻率計所的頻率相吻合，符合設(shè)計規(guī)定。理論計算略不大于設(shè)計規(guī)定因素是在實際計算過程中存在誤差。3、電路調(diào)試與排故有關(guān)起振問題振蕩電路接通電源后，有時不起振，或者在外界信號強烈觸發(fā)下才起振（硬激勵），在波段振蕩器中有時只在某一頻段振蕩，而在另一頻段不振蕩等。全部這些現(xiàn)象無非是沒有滿足相位平衡條件或振幅平衡條件。如果在全波段內(nèi)不振蕩，首先要看相位平衡條件與否滿足。對三端振蕩電路要看與否滿足對應(yīng)的相位平衡判斷原則。另外，還要在振幅平衡條件所包含的多個因素中找因素。靜態(tài)工作點選的太小。電源電壓過底，使振蕩管放大倍數(shù)太小。負載太重，振蕩管與回路間耦合過緊，回路Q值太低。回路特性阻抗或介入系數(shù)pce太小，使回路諧振阻抗太低。（5）反饋系數(shù)太小，不易滿足振幅平衡條件。但并非越大越好，應(yīng)適宜選用。有時在某一頻段內(nèi)高頻端起振，而低頻端不起振，這多半是在用調(diào)節(jié)回路電容來變化振蕩頻率的電路中，低端由于C增大而L/C下降，致使寫真阻抗減少所起。反之，有時低端振高端不振，因素可能有：選用晶體管不夠高。管的電流放大倍數(shù)β太小。低端已處在起振的臨界邊沿狀態(tài)，在高頻工作時晶體管輸入電容CBE的作用使反饋削弱，或者是由于CB’E的反饋作用明顯等。在實際調(diào)試過程中，既要滿足三級管的正常工作，還要確保適宜的靜態(tài)工作點。既是要適宜的選擇各級電阻，以使得振幅達成一定條件?；芈冯姼蠰回路電容C也要匹配，并且通過計算選擇適宜的回路電感L和回路電容C。有關(guān)示波器和頻率計的使用：示波器要選擇適宜的時間軸比例和Y軸比例，以能夠清晰觀察波形，并且要選擇交流檔輸入。頻率計要選擇適宜的敏捷度，否則要么沒示數(shù)，要么不穩(wěn)定。4、結(jié)論本次課設(shè)設(shè)計正弦波振蕩器，通過對串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器（克拉波振蕩器）和電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器），進行比較，設(shè)計了串聯(lián)改善型電容三點式振蕩器（克拉波振蕩器）。通過電路的理論推導(dǎo)、Multisim電路仿真，設(shè)計出任務(wù)書中規(guī)定的正弦波振蕩器。通過計算和仿真得出了電路頻率基本一致。達成了本次課程設(shè)計的目的。但在設(shè)計過程中存在某些問題，例如：當調(diào)節(jié)振蕩頻率時同時變化反饋量，理論值與實際值總有一定偏差，Multisim仿真中的幅度不穩(wěn)定。參考文獻[1]趙相賓.可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.機械工業(yè)出版社，，7[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，，3[3]胡學(xué)林.可編程控制器原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，,1[4]高吉祥.高頻電子線路.電子工業(yè)出版社，，3[5]趙桂欽.模擬電子技術(shù)教程與實驗.清華大學(xué)出版社,,2[6]于紅珍.通信電子電路.清華大學(xué)出版社,,8元器件和儀器清單元件序號英文對照型號重要參數(shù)數(shù)量備注R1ResistorR150KΩ1R2ResistorR220KΩ1R3ResistorR3500Ω1R4ResistorR4110KΩ1R5ResistorR5200KΩ59%1可變R6ResistorR65KΩ1R7ResistorR7500KΩ15%1可變C1CapacitorC110nF1C2CapacitorC210nF1C3CapacitorC3100pF9%1可變C4Capacitor