課程設計---電容反饋振蕩器電路設計

1、<p>　　高頻電子線路 課程設計（論文）</p><p>　　題目： 電容反饋振蕩器電路設計 </p><p>　　學 院：電子與信息工程學院 </p><p><b>　　專業(yè)班級： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p

2、><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　教師職稱： </b></p><p><b>　　起止時間： </b></p><p>　　課程設計（論文）任務及評語</p>

3、;<p>　　院（系）：電子與信息工程學院 教研室：通信教研室</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章電容反饋式振蕩器的設計方案論證1</p><p>　　1.1電容反饋式振蕩器的應用意義1</p><p>　　1.2 電容反饋式振蕩器

4、的設計要求及技術指標1</p><p>　　1.3 電容反饋式振蕩器的的電路原理2</p><p>　　1.4 電容反饋式振蕩器的方案框圖及分析4</p><p>　　第2章 電容反饋式振蕩器的電路設計及仿真5</p><p>　　2.1電路的設計依據(jù)5</p><p>　　2.2原理圖EWB軟件仿真6&l

5、t;/p><p>　　2.3 仿真結果6</p><p>　　第3章 設計總結7</p><p><b>　　參考文獻7</b></p><p>　　第1章電容反饋式振蕩器的設計方案論證</p><p>　　1.1電容反饋式振蕩器的應用意義</p><p>　　隨著社會的

6、發(fā)展，通訊工具在我們的生活中的作用越來越重要。通信工程專業(yè)的發(fā)展勢頭也一定會更好，為了自己將來更好的適應社會的發(fā)展，增強自己對知識的理解和對理論知識的把握，本次課程設計我準備制作具有實用價值的電容反饋式振蕩器。</p><p>　　振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能轉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。</p><p>　　一個振蕩器必須包括三部分：放大器、

7、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 f能通過，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。</p><p>　　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 必須相位相同，

8、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。</p><p>　　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、介質加熱等)的用途也日益廣闊。</p>

9、<p>　　正弦波是電子技術、通信和電子測量等領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。</p><p>　　1.2 電容反饋式振蕩器的設計要求及技術指標</p><p&

10、gt;<b>　　設計內(nèi)容：</b></p><p>　　1．用EWB仿真，設計一個電容反饋振蕩器</p><p>　　2．能夠觀察輸出的振蕩波形。</p><p>　　3．測量其振蕩頻率。</p><p>　　4．分析電路并計算其頻率是否與所測的頻率相同。</p><p>　　設計參數(shù)：振蕩頻率

11、5MHZ左右</p><p><b>　　設計要求：</b></p><p>　　1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構思出各種總體方案，繪制結構框圖。</p><p>　　2 .確定合理的總體方案。以電路的先進性、結構的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可

12、行方案。</p><p>　　3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。</p><p>　　4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。</p><p>　　本次課程設計我設計的是電容反饋式振蕩器。振蕩器是不需要外加信號激勵，自身將直流電能轉換為交流電的裝置。凡是

13、可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。</p><p>　　1.3 電容反饋式振蕩器的的電路原理</p><p>　　構成一個振蕩器必須具備下列一些最基本的條件：</p><p>　?。?）任何一個振蕩回路，包含兩個或兩個以上儲能元件。在這兩個儲能元件中，當一個釋放能量時，另一個就接收能量。接收和釋放能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數(shù)值。</p>

14、<p>　?。?）電路中必須要有一個能量來源，可以補充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的損耗。在電容三點式振蕩器中，這些能量來源就是直流電源。</p><p>　?。?）必須要有一個控制設備，可以使電源在對應時刻補充電路的能量損失，以維持等幅震蕩。這是由有源器件（電子管，晶體管或集成管）和正反饋電路完成的。</p><p>　　電容三端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

15、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，而電容對晶體管非線性特性產(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，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。</p><p>　　電容三端振蕩器電路原理圖如圖a所示。</p><p>　　圖a

16、 電容三端振蕩器電路</p><p>　　由振蕩器諧振頻率計算公式：</p><p>　　根據(jù)設計指標，取f=6MHz來分配合適的電容和電感。</p><p>　　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，放大器的增益應該等于1，即，因為在諧振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為</p><p>　　所以維持振蕩所需的電壓增

17、益應該是：</p><p>　　電容三點式振蕩器的諧振頻率為 </p><p>　　在實驗中可通過測量周期T來測定諧振頻率，即</p><p>　　放大器的電壓增益可通過測量峰值輸出電壓和輸入電壓來確定，即</p><p><b>　　所以，可以得出</b></p><p>　　當知道輸入等于多少

18、的時候，由公式可以求出</p><p>　?。?）2N2222A三極管的工作原理 </p><p>　　2N2221A三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當基極電壓UB有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，

19、反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。</p><p>　　但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號時，首先要進入導通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點，也叫建立偏置，否則會放大失真。</p>&

20、lt;p>　　1.4 電容反饋式振蕩器的方案框圖及分析</p><p>　　圖b 電容反饋式振蕩器的方案框圖</p><p>　　濾波網(wǎng)絡:濾除電源中的交流成分是外加電源中只含有直流成分，因為振蕩器所要求的加在電路上的電能是直流電能，而實際電源很難達到純粹的直流，所以需要加這樣一個電路將其中可能的交流成分濾除。</p><p>　　放大網(wǎng)絡：放大網(wǎng)絡就是通過加

21、在基極的直流電壓來控制集電極的電壓輸出。放大網(wǎng)絡對于靠近諧振頻率的信號，有較大的增益，對于遠離諧振頻率的信號，增益迅速下降。</p><p>　　選頻網(wǎng)絡：由電感及電容組成的選頻網(wǎng)絡分為兩類，一類是串聯(lián)諧振回路，另一類是并聯(lián)諧振回路，回路諧振時，電感線圈中的磁能與電能中的磁能周期性的轉換著。電抗元件不消耗外交電動勢能量。外加電動勢只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路中的等幅振蕩。所以在串聯(lián)諧振時，回路中電流達到

22、最大值，并聯(lián)諧振中，負載電壓達到最大值。</p><p>　　正反饋網(wǎng)絡：反饋，指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統(tǒng)功能的過程，即將輸出量通過恰當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程。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。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)。</p><p>　　第2章 電容反

23、饋式振蕩器的電路設計及仿真</p><p>　　2.1電路的設計依據(jù) </p><p>　　三點式LC振蕩器，特別是電容反饋式三點振蕩器，由于反饋主要是通過電容，所以可以削弱高次諧波的反饋，是振蕩產(chǎn)生的波形得到改善，且頻率穩(wěn)定度高，又適于較高波段工作。</p><p>　　引起振蕩頻率不穩(wěn)定的原因有很多，包括晶體管間存在的電容，諧振回路參數(shù)隨時間、電源電壓、溫度的變

24、化而變化，晶體管參數(shù)不穩(wěn)定等，為得到穩(wěn)定的振蕩頻率，因此我們在選元器件時，除選用高質量電路元件，采用直流穩(wěn)壓電源及恒溫措施外，還應提高振蕩回路品質因數(shù)Q，因為Q越大，相頻特性曲線在f0附近的斜率也大，選頻特性也越好。</p><p>　　構成電容反饋三點式振蕩器的最基本電路應該是一個交流電路。因此在設計總電路圖之前，我先設計了一個交流電路，隨后將各個電路元件包括三極管連接起來才能得到最終的總電路圖</p&g

25、t;<p>　　2.2原理圖EWB軟件仿真</p><p>　　圖c 電容反饋式振蕩器的總電路圖</p><p><b>　　2.3 仿真結果</b></p><p>　　圖d 電容反饋式振蕩器的仿真波形</p><p><b>　　第3章 設計總結</b></p>&l

26、t;p>　　對于電路的設計過程我以為電容三點式振蕩器的設計很難，設計比較煩瑣，有靜態(tài)工作點的要求，各電阻、電容值的設計，還有好多要求，看起來十分復雜。后來通過查資料，才了解到先要計算好各電阻的值，再根據(jù)各電容的作用，確定電容的值，畫出電路圖，一切都會變得簡單。</p><p>　　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，對于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并

27、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。</p><p>　　我們在學習理論知識的同時還要努力培養(yǎng)自己的動手操作能力，對于通信工程的我們更是如此，通過這次課程設計我也看到了自己的差距，今后會努力提高自己的動手操作能力，以求真正領會通信專業(yè)里邊的各種知識，為將來的工作打下良好的基礎。</p><p>

28、;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　于洪珍，《通信電子電路》，清華大學出版社，2005年6月</p><p>　　沈偉慈，《高頻電路》，西安電子科技大學出版社，2000年</p><p>　　張肅文，《高頻電子線路》，高等教育出版社，1993年</p><p>　　高吉祥，《高頻電子線路》，電子工業(yè)出版社

29、，2003.年</p><p>　　清華大學通信教研組，《高頻電路》，人民郵電出版社，1980年</p><p>　　姚福安，《電子電路設計與實踐》，山東科學技術出版社，2003年</p><p>　　姜威，《實用電子系統(tǒng)設計基礎》，北京理工大學出版社，2008年1月</p><p>　　王松武，《電子創(chuàng)新與實踐》，國防工業(yè)出版社，2005年