高頻電子線路課程設(shè)計(jì)--高頻振蕩器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要：2</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求2</b></p><p>　　二、總體方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　三、工作原理說明2</p><p><

2、b>　　1、振蕩器概念2</b></p><p>　　2、靜態(tài)工作點(diǎn)的確定3</p><p>　　3、振蕩器的起振檢查3</p><p>　　4、高頻功率放大器4</p><p>　　5、電路設(shè)計(jì)原理框圖4</p><p><b>　　四、電路設(shè)計(jì)5</b></

3、p><p>　　1、正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2、高頻功率放大器的設(shè)計(jì)8</p><p>　　五、實(shí)驗(yàn)電路性能的測(cè)試9</p><p>　　1、振蕩器振蕩頻率為2MHz9</p><p>　　2、振蕩器振蕩頻率為4MHz10</p><p>　　3、高頻功率放大器電路10

4、</p><p><b>　　4、輸出功率10</b></p><p>　　六、結(jié)論及分析10</p><p>　　七、課程設(shè)計(jì)小結(jié)及體會(huì)10</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)11</b></p><p>　　附錄.......................

5、....................................................................................................12</p><p><b>　　高頻振蕩器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　

6、　本次課程設(shè)計(jì)通過對(duì)課本知識(shí)的運(yùn)用，介紹了高頻正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)方法，主要應(yīng)用LC振蕩電路產(chǎn)生正弦波，再經(jīng)高頻功率放大器進(jìn)行功率放大，并用Multisim仿真軟件進(jìn)行仿真，以及對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試最終得到滿足課題要求的電路。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 正弦波 LC振蕩器 高頻功率放大器</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求</b></p

7、><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1. 選擇合適的高頻正弦波振蕩器形式；</p><p>　　2. 從理論上分析振蕩器的各個(gè)參數(shù)及起振條件；</p><p>　　3. 設(shè)計(jì)高頻振蕩器，選取電路各元件參數(shù)，使其滿足起振條件及振幅條件。</p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：電源電

8、壓12V，工作頻率2M-4MHz，輸出電壓1V，頻率穩(wěn)定度較高。</p><p><b>　　二、總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　該課程設(shè)計(jì)主要涉及了振蕩器的相關(guān)內(nèi)容還有高頻功率放大器的內(nèi)容，正弦波振蕩器非常具有實(shí)用價(jià)值，通過該課題的研究，可以加深對(duì)振蕩器以及丙類高頻功率放大器的了解。</p><p><b>　　三、工作原

9、理說明</b></p><p><b>　　1.振蕩器概念</b></p><p>　　振蕩器主要分為RC，LC振蕩器和晶體振蕩器。其中電容器和電感器組成的LC回路，通過電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)換產(chǎn)程自由振蕩。要維持振蕩還要有具有正反饋的放大電路，LC振蕩器又分為變壓器耦合式和三點(diǎn)式振蕩器，現(xiàn)在很多應(yīng)用石英晶體的石英晶體振蕩器 ，還有用集成運(yùn)放組成的LC振蕩

10、器。</p><p>　　振蕩器的作用主要是將直流電變交流電.它有很多用途.在無線電廣播和通信設(shè)備中產(chǎn)生電磁波.在微機(jī)中產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào).在穩(wěn)壓電路中產(chǎn)生高頻交流電.。</p><p>　　題目要求產(chǎn)生高頻正弦波，所以選用電容三點(diǎn)式電路，進(jìn)一步考慮從而選用并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器（西勒電路），因?yàn)樗哂休敵霾ㄐ尾灰资д妫鳛榭勺冋袷幤魇褂梅浅７奖?，而且幅度平穩(wěn)，頻率穩(wěn)定性高，最高振蕩頻率可達(dá)

11、百兆至千兆等特點(diǎn)。</p><p><b>　　靜態(tài)工作點(diǎn)的確定</b></p><p>　　靜態(tài)工作點(diǎn)的確定直接影響著電路的工作狀態(tài)和振蕩波形的好壞。由于振蕩幅度穩(wěn)定下來后，電路必然工作到非線性區(qū)，也就是說，可能進(jìn)入截止區(qū)，也可能進(jìn)入飽和區(qū)，靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，易進(jìn)入飽和區(qū)．實(shí)踐證明：當(dāng)晶體管進(jìn)入飽和區(qū)后，晶體管的輸出阻抗將急劇下降(由原來的線性工作區(qū)幾十千歐或幾百千歐

12、下降為幾百歐姆)，使諧振回路Q值大為降低，不僅使振蕩波形嚴(yán)重失真，而且頻率穩(wěn)定度大為降低，甚至停振，為了避免上述情況發(fā)生，一般小功率振蕩器將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)得遠(yuǎn)離飽合區(qū)而靠近截止區(qū)，所以，c取1～4mA之間(可調(diào)整風(fēng)確定)。</p><p>　　3.振蕩器的起振檢查</p><p>　　3.1 用三用表檢查</p><p>　　由于本振蕩電路采用基極自給偏置，起始工作

13、點(diǎn)在晶體管的放大區(qū)，故發(fā)射極應(yīng)有正向偏置，接通電源后，調(diào)節(jié)電位器R ，使振蕩管的靜態(tài)電流lco=(1～4)nlA(可用測(cè)發(fā)射極電壓Ve來得知，Ico的大小)。</p><p>　　若 Vb—Ve<0V可判定電路已起振，工作在丙類狀態(tài)，而且振蕩很強(qiáng)。</p><p>　　若Vb—Ve=0.4V，可斷定已起振，工作在甲乙類狀態(tài)，振蕩比較強(qiáng)。</p><p>　　若

14、Vb—Ve=0.4-0.8V，工作狀態(tài)可能在甲類，但不能判定是否起振，需進(jìn)一步檢查。</p><p>　　3.2 用高頻毫伏表檢查</p><p>　　用高頻毫伏表接在振蕩器的輸出端，有讀數(shù)即有高頻電壓輸出，則起振，否則未起振。</p><p>　　3.3 用示波器檢查</p><p>　　用示波器接于振蕩器的輸出端，如有高頻振蕩波形顯示，說

15、明起振，否則未起振。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)室條件下，可應(yīng)用示波器檢查起振，因?yàn)槭静ㄆ鞑坏芘卸ㄊ欠衿鹫?，還能觀察波形結(jié)構(gòu)，是否有失真及間歇振蕩現(xiàn)象，以致還可判斷是否有寄生振蕩產(chǎn)生。</p><p>　　若用上述方法檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)振蕩器未起振，可從兩方面著手解決：</p><p>　　檢查是否過小，難以滿足起振條件。</p><p>　　調(diào)

16、整反饋系數(shù)的大小。</p><p><b>　　4.高頻功率放大器</b></p><p>　　高頻功率放大器的主要作用是用小功率的高頻輸入信號(hào)去控制高頻功率放大器將直流電源供給的能量轉(zhuǎn)換為大功率高頻能量輸出, 它主要應(yīng)用于各種無線電發(fā)射機(jī)中。</p><p>　　信號(hào)的放大實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，是將電源提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)電能。大功率的放

17、大器，消耗功率大，所以效率的高低就變得非常重要，這不僅表現(xiàn)在放大器輸出相同功率時(shí)，高頻率工作可以節(jié)約直流電源的電能，還在于采用相同器件的條件下高效率工作可以輸出更大的功率，所以該電路選用丙類高頻放大器。</p><p>　　5.電路設(shè)計(jì)原理框圖</p><p>　　正弦波振蕩器原理框圖如下圖所示</p><p>　　輸入 </

18、p><p>　　控制 輸出 </p><p>　　控制字K

19、 </p><p>　　圖1 正弦波振蕩器原理框圖</p><p><b>　　四、電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 正弦波振蕩器電路如圖2所示 </p><p>　　圖2 正弦波振蕩器電路圖&

20、lt;/p><p>　　LC振蕩部分是由晶體管組成的電容三點(diǎn)式振蕩器，所用改進(jìn)型電路既西勒電路，對(duì)交流短路，因此是基極接地（共集）電路。對(duì)于振蕩電路選擇共集組態(tài)主要考慮電容的改變來調(diào)節(jié)頻率，因?yàn)樽內(nèi)荻O管加反向偏置電壓和調(diào)制電壓，需要有公共接地點(diǎn)，通常選用共基電路在電路連接上比較方便，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由決定。即</p><p>　　綜上所述，可以取振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)=1.4，，設(shè)三極管60。

21、得</p><p>　　為了提高電路的穩(wěn)定性，的值可適當(dāng)增大，取=，則。</p><p>　　所以 </p><p><b>　　若取流過的電流</b></p><p><b>　　0.23</b></p><p>　　則

22、 </p><p>　　所以 </p><p>　　即 </p><p>　　振蕩器的靜態(tài)工作電流通常選在（1~4）mA，偏大可使輸出電壓幅度增加，但波形失真加重。頻率穩(wěn)定度差，過小會(huì)使較小，起振困難。 </

23、p><p>　　諧振頻率的計(jì)算，，為總電容，如果選擇遠(yuǎn)大于，遠(yuǎn)大于，則。根據(jù)題目要求振蕩器振蕩頻率變化范圍=2~4MHz，所以取uH，pF，變化范圍是5~30pF.。</p><p><b>　　1.2 頻率穩(wěn)定性</b></p><p>　　頻率穩(wěn)定度a頻率穩(wěn)定度發(fā)信機(jī)的每個(gè)波道都有一個(gè)標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。工作頻率的穩(wěn)定度取決于發(fā)

24、信本振源的頻率穩(wěn)定度。設(shè)實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱工作頻率的最大偏差值為Δf，則頻率穩(wěn)定度的定義為 頻率穩(wěn)定度式中為K為頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　穩(wěn)頻措施為一是減少外界因素的變化。二是合理選擇元器件。例如，選擇fT高且性能穩(wěn)定可靠的振蕩管，不但有利于起振（因在振蕩頻率上β較高），而且由于極間電容小，相移小，使振蕩頻率更接近回路的固有諧振頻率，有利于提高頻率穩(wěn)定度；選擇溫度系數(shù)小、Q值高的回路電感L（如在高頻瓷骨架

25、上用燒滲銀法制成的電感）和電容C，一方面使L和C在溫度改變時(shí)變化很小，振蕩頻率的變化也很小，另一方面由于Q值高，其頻率穩(wěn)定度也高；采用貼片元器件，可減小分布參數(shù)的影響，有利于振蕩頻率的穩(wěn)定。</p><p>　　電路的相位特性應(yīng)該滿足這樣的條件：由某一頻率變化所引起的相位變化，兩個(gè)變化量的符號(hào)必須相反，才能使頻率趨于穩(wěn)定。用數(shù)學(xué)表示為</p><p>　　寫成偏導(dǎo)數(shù)形式，則為</p&

26、gt;<p><b>　　1.3振幅穩(wěn)定性</b></p><p>　　在分析振蕩的產(chǎn)生過程中了解到：如果電路的環(huán)反饋系數(shù)AB>1，振幅增大，如果AB<1，振幅會(huì)衰減；若AB=1，則振幅維持不變。因此，當(dāng)電路中出現(xiàn)增幅現(xiàn)象時(shí)，必定滿足振幅條件下的AB>1。要使振幅不繼續(xù)增大而趨于穩(wěn)定，必須使電路的AB值隨振幅的增大而減小，自動(dòng)調(diào)整到AB=1。與此相反，當(dāng)電路中

27、出現(xiàn)減幅現(xiàn)象時(shí)，必定滿足在該振幅條件下的AB<1。要使振幅不繼續(xù)減小下去，必須使電路的AB值能隨振幅的減小而增大，自動(dòng)調(diào)整到AB=1。這就是說，欲使振蕩器的振幅在發(fā)生某種變化時(shí)能自動(dòng)趨于穩(wěn)定，電路的反饋系數(shù)AB應(yīng)具有下述特性：振幅變化使AB值隨之變化，AB變化再次造成的振幅變化應(yīng)與原振幅變化相反。如果用數(shù)學(xué)式子表示既</p><p><b>　　=負(fù)值</b></p>&

28、lt;p><b>　　寫成偏導(dǎo)數(shù)的形式為</b></p><p>　　2.高頻功率放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　高頻功率放大器電路如圖3所示 </p><p>　　圖3 高頻功率放大器電路圖</p><p>　　2.1 確定放大器的工作狀態(tài)</p><p>　　圖中的作用是

29、得到基極偏壓，是直流供電電源的高頻旁路電容，用來使有用信號(hào)在供電電源兩端產(chǎn)生的電壓忽略不計(jì)。為了獲得較高的效率和最大的輸出功率，選丙類放大器的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，，所以，。</p><p><b>　　集電極輸出功率</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　所以諧振電阻<

30、;/b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　集電極基波電流振幅</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　集電極電流脈沖最大值</p><p><b>　??；</b>

31、</p><p><b>　　直流分量</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　直流功率</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　總效率</b&

32、gt;</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　計(jì)算線圈砸數(shù)比</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　根據(jù)上面所得數(shù)據(jù)選擇可調(diào)式耦合線圈，把初級(jí)線圈電感設(shè)置為10uH，通過調(diào)節(jié)初級(jí)回路中的電容值以到達(dá)諧振頻率，并且設(shè)置

33、初級(jí)與次級(jí)線圈匝數(shù)比為1.47:1。</p><p>　　五、實(shí)驗(yàn)電路性能的測(cè)試</p><p>　　1.振蕩器振蕩頻率為2MHz</p><p>　　正弦波振蕩器的仿真電路圖4所示 </p><p>　　圖4 正弦波振蕩器仿真電路圖</p><p>　　振蕩器振蕩頻率為2MHz時(shí)的示波器仿真圖形和頻率計(jì)示數(shù)分

34、別如圖5和圖6所示</p><p>　　圖5 振蕩器仿真波形圖</p><p><b>　　圖6 頻率計(jì)示數(shù)</b></p><p>　　因?yàn)閮x器本身原因和計(jì)算的誤差，所以調(diào)節(jié)可變電容不能準(zhǔn)確使諧振頻率達(dá)到4MHz。</p><p>　　2.振蕩器振蕩頻率為4MHz</p><p>　　同理可得振

35、蕩器振蕩頻率為4MHz時(shí)的示波器圖形和頻率計(jì)示數(shù)。</p><p>　　因?yàn)閮x器本身原因和計(jì)算的誤差，所以調(diào)節(jié)可變電容不能準(zhǔn)確使諧振頻率達(dá)到4MHz。</p><p>　　3.高頻功率放大器電路</p><p>　　當(dāng)高頻功率放大器的輸入信號(hào)是振蕩器輸出4MHz的正弦波時(shí)，通過調(diào)節(jié)的大小，使LC回路達(dá)到諧振狀態(tài)。高頻功率放大器仿真電路圖如圖7所示。</p>

36、;<p>　　圖7 高頻功率放大器仿真電路圖</p><p><b>　　輸出功率</b></p><p>　　測(cè)量高頻功率放大器耦合輸出電壓為182</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　所以 </p><p>

37、<b>　　滿足任務(wù)要求。</b></p><p><b>　　六、結(jié)論及分析</b></p><p>　　經(jīng)過對(duì)該課題的通過該實(shí)驗(yàn)電路最后得到振蕩器諧振頻率范圍f0=2~4MHz并且是可調(diào)的， 高頻功率放大器輸出功率P500mW，效率70%。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)的電路，主要由正弦波振蕩器和高頻功率放大器兩部分構(gòu)

38、成。用到了許多以前所學(xué)的和本學(xué)期所學(xué)習(xí)的知識(shí)，綜合性比較強(qiáng)。</p><p>　　由于實(shí)驗(yàn)儀器等原因，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定誤差，但通過對(duì)比課程設(shè)計(jì)的要求，本次課程設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了任務(wù)要求。</p><p>　　七、課程設(shè)計(jì)小結(jié)及體會(huì)</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)的過程中遇到了不少問題，首先就是對(duì)高頻教材中提到的相關(guān)元件的概念、作用、以及參數(shù)等記得不是太清楚，在

39、做本次課程設(shè)計(jì)之前，我又重新翻看教材，鞏固了以前所學(xué)的大部分高頻電路基礎(chǔ)和模擬電子線路方面的知識(shí)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多不懂得知識(shí)，通過同學(xué)的相互幫忙以及上網(wǎng)搜索以及對(duì)高頻電子線路課本的學(xué)習(xí)，最終完成了本次課程設(shè)計(jì)。由于對(duì)仿真軟件不太了解，缺乏操作技能，在仿真過程中也遇到了很大的問題，比如在開始使用仿真軟件時(shí)找不到設(shè)計(jì)相關(guān)元器件等。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)

40、對(duì)本專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用進(jìn)行了全方面的考核與檢測(cè)，經(jīng)過本次課設(shè)認(rèn)識(shí)到了自身的不足，同時(shí)更加強(qiáng)了學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的決心，以及對(duì)以后從事電子方面的信心。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　[1] 謝沅清、鄧鋼. 通信電子線路. [M]北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[2] 李秀人. 電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo).

41、[M]北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006</p><p>　　[3] 鈴木雅臣. 晶體管電路設(shè)計(jì). [M]北京:科學(xué)出版社,2004</p><p>　　[4] 張肅文. 高頻電子線路（第四版）. 北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[5] 高吉祥、易凡、丁文霞. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><