模擬電子課程設(shè)計---正弦波振蕩器的設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　設(shè)計名稱： 正弦波振蕩器的設(shè)計 </p><p><b>　　摘 要:</b></p><p>　　從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩電路就是一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。分析RC串并聯(lián)選頻

2、網(wǎng)絡(luò)的特性，根據(jù)正弦波振蕩電路的兩個條件，即振幅平衡與相位平衡，來選擇合適的放大電路指標，來構(gòu)成一個完整的振蕩電路。很多應(yīng)用中都要用到范圍可調(diào)的 LC 振蕩器，它能夠在電路輸出負載變化時提供近似恒定的頻率、幾乎無諧波的輸出。電路必須提供足夠的增益才能使低阻抗的 LC 電路起振，并調(diào)整振蕩的幅度，以提高頻率穩(wěn)定性，減小 THD（總諧波失真）。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 正弦波；振蕩電路；穩(wěn)幅</p&g

3、t;<p><b>　　目錄 </b></p><p>　　摘要………………………………………………………………………………2</p><p>　　設(shè)計要求…………………………………………………………………………4</p><p>　　方案設(shè)計與選擇………………………………………………………………4</p><

4、p>　　正弦波振蕩器的工作原理……………………………………………………4</p><p>　　4.1 自激振蕩的條件……………………………………………………………4</p><p>　　4.2自激振蕩建立過程……………………………………………………………5</p><p>　　正弦波振蕩器的組成……………………………………………………………5</p>

5、;<p>　　選擇合適的振蕩電路……………………………………………………………6</p><p>　　設(shè)計結(jié)果與分析…………………………………………………………………7</p><p>　　7.1 設(shè)計合適的偏置電路及靜態(tài)工作點分析…………………………………7</p><p>　　7.2 振蕩頻率分析………………………………………………………………8&

6、lt;/p><p>　　振蕩電路總原理圖及元件清單…………………………………………………8</p><p>　　8.1振蕩電路總原理圖…………………………………………………………9</p><p>　　8.2 元件清單……………………………………………………………………9</p><p>　　8.3 正弦波振蕩器波形仿結(jié)果………………………………

7、………………10</p><p>　　設(shè)計體會………………………………………………………………………11</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………12</p><p>　　附錄……………………………………………………………………………13</p><p>　　評語表………………………………………………

8、…………………………14</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　設(shè)計題目：正弦波振蕩器的設(shè)計</p><p><b>　　一、設(shè)計要求：</b></p><p>　　1、振蕩頻率：1kHz；</p><p>　　2、振幅穩(wěn)定，波形對稱，無明顯非線性失

9、真；</p><p>　　3、電源電壓：V=12V；</p><p><b>　　二、方案設(shè)計與選擇</b></p><p>　　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，適用于低頻，而電容反饋三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率

10、可以做得較高。</p><p>　　所以選擇電容反饋三點式振蕩器是不容置疑的，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。本次課程設(shè)計我們選擇考畢茲振蕩器,因為此振蕩電路適用于較高的工作頻率。</p><p>　　三、自激振蕩的工作原理</p><p>　　正弦波振蕩器：一種不需外加信號作用，能夠輸出不同頻率正弦信號的自激振蕩電路。</

11、p><p>　　LC回路中的自由振蕩如圖1(a)所示。</p><p>　　自由振蕩——電容通過電感充放電，電路進行電能和磁能的轉(zhuǎn)換過程。</p><p>　　阻尼振蕩——因損耗等效電阻R將電能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗的減幅振蕩。圖1(b)所示。</p><p>　　等幅振蕩——利用電源對電容充電，補充電容對電感放電的振蕩過程，圖1(c)所示。這種等幅正

12、弦波振蕩的頻率稱為LC回路的固有頻率，即</p><p>　　圖1 LC回路中的電振蕩</p><p><b>　　1、自激振蕩的條件</b></p><p>　　振蕩電路如圖2所示。</p><p>　　振蕩條件：相位平衡條件和振幅平衡條件。</p><p><b>　　1．相位平衡

13、條件</b></p><p>　　反饋信號的相位與輸入信號相位相同，即為正反饋，相位差是180?的偶數(shù)倍，即 =2n 。其中， 為vf與vi的相位差，n是整數(shù)。vi、vo、vf的相互關(guān)系參見圖3 .</p><p><b>　　2.振幅平衡條件</b></p><p>　　反饋信號幅度與原輸入信號幅度相等。即?AVF=1

14、 </p><p>　　圖2 變調(diào)諧放大器為振蕩器 圖3 自激振蕩器方框圖</p><p>　　2、自激振蕩建立過程</p><p>　　自激振蕩器：在圖2中，去掉信號源，把開關(guān)S和點“2”相連所組成的電路。</p><p>　　圖4 振蕩的建立過程</p>

15、<p>　　自激振蕩建立過程：電路接通電源瞬間，輸入端產(chǎn)生瞬間擾動信號vi，振蕩管V產(chǎn)生集電極電流iC，因iC具有跳變性，它包含著豐富的交流諧波。經(jīng)LC并聯(lián)電路選出頻率為f0的信號，由輸出端輸出vo，同時通過反饋電路回送到輸入端，經(jīng)過放大、選頻、正反饋、再放大不斷地循環(huán)過程，將振蕩由弱到強的建立起來。當信號幅度進入管子非線性區(qū)域后，放大器的放大倍數(shù)降低到?AVF=1時，振幅不再增加，自動維持等幅振蕩。如圖4所示。</p&

16、gt;<p>　　四、正弦波振蕩器的電路組成</p><p><b>　　基本電路組成： </b></p><p>　　(1)放大電路：保證放大信號，并向電路提供能量。</p><p>　　(2)反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使之滿足相位和幅度平衡條件。</p><p>　　(3)選頻網(wǎng)絡(luò)：選擇某一頻率，滿足起振條

17、件，保證輸出為單一頻率的正弦波信號</p><p>　　(4)穩(wěn)幅措施的電路：保證正弦波振蕩器輸出具有穩(wěn)定幅度的正弦波信號。</p><p>　　三點式振蕩電路的基本模型電路</p><p>　　圖5 三點式振蕩電路</p><p><b>　　選擇合適的振蕩電路</b></p><p>　　振

18、蕩電路的組成：振蕩回路模塊、偏置電路模塊、輸出緩沖電路模塊。振蕩電路的選擇主要是根據(jù)所給定的工作頻率（或工作頻段）頻率穩(wěn)定度的要求。因為設(shè)計的電路要求是高頻信號，故選擇LC振蕩電路。</p><p>　　電容式三點式LC振蕩電路：</p><p>　　電路特點：LC振蕩回路三個端點與晶體管三個電極相連。</p><p>　　圖9 電容三點式振蕩器</p>

19、;<p>　　電容三點式振蕩器電路如圖9(a)所示，交流通路如圖9(b)所示。</p><p>　　相位條件：當線圈1端電位為“”時，3端電位為“”。此電壓經(jīng)Ｃ1、Ｃ2分壓后，2端電位低于1端而高于3端，即vf與vo反相，經(jīng)V倒相放大后，使1端獲“”電位，形成正反饋，滿足相位條件。</p><p>　　振幅條件：適當?shù)倪x擇Ｃ1、Ｃ2的數(shù)值，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)

20、生振蕩。電路振蕩頻率為 而 </p><p>　　電路特點：頻率較高，可達100?MHz以上; 反饋電壓中高次諧波分量較小; 電容三點式電路的反饋系數(shù)決定于兩個電容容抗的比值，調(diào)節(jié)振蕩頻率，電容三點式電路反饋系數(shù)就會隨著頻率改變而改變。</p><p>　　優(yōu)點：輸出波形好;電路的頻率穩(wěn)定度較高。工作頻率可以做得較高，可達到幾十M

21、Hz到幾百MHz的甚高頻波段范圍.</p><p>　　缺點：調(diào)節(jié)頻率不方便。</p><p><b>　　設(shè)計的結(jié)果與分析</b></p><p>　　1、設(shè)計合適的偏置電路及靜態(tài)工作點分析</p><p>　　靜態(tài)工作點的選擇及偏置電路元件的估算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

22、壞有著密切的關(guān)系。－般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點應(yīng)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0.5~2mA之間選取，各極電壓大致可取為：集電極對地電壓：Vco=(1~0.6)Vcc；發(fā)射極對地電壓：Veo=0.2Vcc</p><p>　　圖10振蕩管的偏置電路</p><p>　　對于振蕩器來說，穩(wěn)定靜態(tài)工作點的主要措施是采用高穩(wěn)定度的偏置電路。

23、目前廣泛采用的是混合反饋式偏置電路。對于這種電路，各偏置元件可按下列公式選?。?  Rb2>(2~6)Re發(fā)射極電阻旁路電容CE可按下式計算：。為了滿足 <<Rb的關(guān)系,隔直電容CB可按下面經(jīng)驗公式進行計算： 。其中，Rb=Rb1//Rb2//hie；f為工作頻率，單位為MHz。需要指出的是，CERE之值不能太大，否則將會產(chǎn)生間歇振蕩現(xiàn)象。</p><p&g

24、t;　　靜態(tài)工作點的確立：ICQ=2mA，VCEQ=6V，β=60，則：RC+RE=3K,取RC=2K，RE=3.6K，RB1=150K，RB2=30K，IBQ=33.3UA</p><p><b>　　2、振蕩頻率分析</b></p><p>　　圖11中L1、L2、C1組成諧振回路,L2兼作反饋網(wǎng)絡(luò),通過耦合電容C2將L2上反饋電壓送到三極管的基極。由交流通路看出

25、,諧振回路有三個端點與三極管的三個電極相連,而且與發(fā)射極相接的是L1、L2,與基極相接的是L2、路必然滿足相位平衡條件。當回路的Q值較高時,該電路的振蕩頻率基本上等于LC回路的諧振頻率,即</p><p>　　式中L = L1＋L2＋2M為回路總電感。該電路的特點與變壓器反饋式振蕩電路極為相似。須指出：它的輸出波形較差,這是由于反饋電壓取自電感的兩端,而電感對高次諧波的阻抗較大,不能將它短路,從而使Uf中含有較多

26、的諧波分量,因此,輸出波形中也就含有較多的高次諧波。不難證明其振蕩頻率為：</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　七、振蕩電路總原理圖及元件清單</p><p>　　1、設(shè)計的考畢茲振蕩器的振蕩電路原理圖：</p><p>　　圖12 考畢茲振蕩器</p><p>　

27、　理論計算振蕩器的頻率f 7MHz 調(diào)解C1C2改變頻率時，反饋系數(shù)改變。</p><p>　　頻率穩(wěn)定度：。LC諧振回路的標準性和Q值都不高，頻率穩(wěn)定度不高于數(shù)量級。</p><p><b>　　2、元件清單</b></p><p>　　3、下面是仿真波形圖的截屏：</p><p><b>　　八、 設(shè)計

28、體會</b></p><p>　　這一周，我們進行模擬電子課程的課題設(shè)計。通過此次課程設(shè)計，我能對正弦波振蕩器的原理有了比較深刻的認識，加深了對這門課的理解。在這次的正弦波振蕩電路的設(shè)計任務(wù)中，我們是負責“正弦波振蕩器的設(shè)計”這個題目，這是本次課程設(shè)計不可或缺的部分。當然，在設(shè)計中，遇到過不少的困難，但是，通過網(wǎng)上查找相關(guān)資料，及參考書本，得到了意想不到的結(jié)果。</p><p>

29、;　　通過這次課程設(shè)計，我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。實踐能更好的檢驗理論的正確與否，實踐能更好的幫助我們探求自身的不足，實踐能更好的鞏固我們的知識。</p><p>　　這次課程設(shè)計，使我明白了很多東西，做任何事情都需要我們有一顆細膩的心，外加認真的態(tài)度。不管做什么，都需要我們有堅忍不拔的毅力和端正

30、的態(tài)度。</p><p>　　這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，自己查資料、問同學、請教老師…… 通過各種各樣的辦法，最終解決了所遇到的問題，感謝給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W，同時也為自己在這次任務(wù)重的成長而感到欣慰。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]郭永貞.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計指導

31、模電分冊.</p><p>　　[2]童詩白、華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:人民教育出版社,1982</p><p>　　[3]王克義，李潔.電子技術(shù)與數(shù)字電路.北京:北京大學出版社,1996</p><p>　　[4]程開明.模擬電子技術(shù).重慶:重慶大學出版社,1993</p><p>　　[5]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分).北京:高

32、等教育出版社,1998</p><p>　　[6]莊效恒，李燕民.模擬電子技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,1999</p><p>　　[7]謝沅清，解月珍.電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:人民郵電出版社,1999</p><p>　　[8]柯節(jié)成.電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社,1991</p><p><b>　　附錄</b>&

33、lt;/p><p><b>　　正弦波震蕩條件</b></p><p>　　︱AF︳=AF=1 （1）</p><p>　　φa+φf=2nπ，n=0，1，2，… （2）</p><p>　　式①稱為振幅平衡條件，而式②則稱為相位平衡條件，這是正弦波振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)振蕩電路產(chǎn)生持續(xù)振

34、蕩的兩個條件。值得注意的是，無論是負反饋放大電路的自激條件（–AF=1）或振蕩電路的振蕩條件（AF=1），都是要求環(huán)路增益等于1，不過，由于反饋信號送到比較環(huán)節(jié)輸入端的＋、－符號不同，所以環(huán)路增益各異，從而導致相位條件不</p><p><b>　　一致。</b></p><p>　　圖1 圖2</p>

35、<p>　　振蕩電路的振蕩頻率f0是由式②的相位平衡條件決定的。一個正弦波振蕩電路只在一個頻率下滿足相位平衡條件，這個頻率就是f0，這就要求在AF環(huán)路中包含一個具有選頻特性的網(wǎng)絡(luò)，簡稱選頻網(wǎng)絡(luò)。它可以設(shè)置在放大電路A中，也可設(shè)置在反饋網(wǎng)絡(luò)F中，它可以用R、C元件組成，也可用L、C元件組成。用R、C元件組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路稱為RC振蕩電路；一般用來產(chǎn)生1Hz～1MHz范圍內(nèi)的低頻信號。</p><p>

36、　　由于正弦波振蕩電路中的放大器件是工作在線性區(qū)，因此在分析中，可以近似按線性電路來處理。 </p><p>　　等幅正弦波振蕩的頻率稱為LC回路的固有頻率： </p><p><b>　　靜態(tài)工作點公式</b></p><p>　　IBQ≈Ucc/Rb 　　ICQ=β×IBQ 　　UCEQ=Ucc―ICQ×Rc 　&l