高頻電子線路課程設(shè)計—調(diào)基振蕩器電路設(shè)計

1、<p>　　高頻電子線路課程設(shè)計（論文）</p><p>　　題目： 調(diào)基振蕩器電路設(shè)計 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發(fā)送設(shè)備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分。調(diào)基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，它電路簡單、應(yīng)用方便、靈活性大，它能夠產(chǎn)生正弦波，各種電

2、子測試儀器如信號發(fā)生器、數(shù)字式頻率計等，它們均可以由調(diào)基型振蕩器來完成。調(diào)基振蕩器電路，簡單地說，是由放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)組成，必須滿足起振、平衡和穩(wěn)定條件。因為本設(shè)計工作在高頻段，故選擇了LC振蕩器，調(diào)基型振蕩器是將LC振蕩回路置于基極電路,通過調(diào)節(jié)基極的振蕩器的電感或電容,從而改變振蕩器的振蕩頻率,產(chǎn)生等幅的正弦波形,使電路出現(xiàn)諧振。完成電路的原理設(shè)計后，在EWB軟件上進行仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：調(diào)基

3、振蕩器；LC振蕩電路; 等幅振蕩；EWB仿真</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 調(diào)基振蕩器電路設(shè)計意義1</p><p>　　1.2 調(diào)基振蕩器電路設(shè)計要求及指標1</p><p>

4、;　　1.3 設(shè)計方案論證2</p><p>　　1.4 總體設(shè)計方案框圖分析3</p><p>　　第2章 調(diào)基型振蕩器整體電路設(shè)計4</p><p>　　2.1 調(diào)基振蕩電路圖及工作原理設(shè)計4</p><p>　　2.2 整體電路的仿真6</p><p>　　2.3 調(diào)基振蕩器電路的條件6</p&

5、gt;<p>　　2.4 調(diào)基振蕩器電路參數(shù)分析7</p><p>　　2.5調(diào)基型振蕩器的穩(wěn)定問題8</p><p>　　第3章 設(shè)計總結(jié)10</p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　附錄12</b></p><p&

6、gt;<b>　　緒論</b></p><p>　　調(diào)基振蕩器電路設(shè)計意義</p><p>　　振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發(fā)送設(shè)備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分。調(diào)基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，而且電路簡單、應(yīng)用方便、靈活性大，它能夠產(chǎn)生正弦波，各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數(shù)字式頻率計等，它們均可以由調(diào)基型振蕩器來完成。功率振蕩器在工業(yè)方面（例如感

7、應(yīng)加熱、介質(zhì)加熱等）的用途也日益廣闊。調(diào)基型振蕩器也是一種必不可少的振蕩器，振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能抓換為交流電能的裝置。調(diào)基振蕩電路頻率在較寬的范圍變化時，振幅較平穩(wěn)，應(yīng)用非常廣泛。調(diào)基型振蕩器的設(shè)計要求及性能指標在無線電發(fā)明初期所用的火花發(fā)射機,電弧發(fā)生器等都需要調(diào)基型振蕩器,它帶給人們的生活十分便利,它是人們發(fā)展起來的一個重要里程碑.</p><p>　　調(diào)基振蕩器電路設(shè)計要求及指標</

8、p><p>　　振蕩器是不需要外信號激勵,自身將直流電能轉(zhuǎn)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。大多數(shù)振蕩器都是利用LC回路來產(chǎn)生振蕩,調(diào)基型振蕩器是將LC振蕩回路置于基極電路,通過調(diào)節(jié)基極的振蕩器的電感或電容,從而改變振蕩器的振蕩頻率,產(chǎn)生等幅的正弦波形,使電路出現(xiàn)諧振。根據(jù)用途的不同有的方面需要諧振我們就需要采取一定的方法維持諧振,在其它方面不需要諧振,就要求我們?nèi)コC振。要是振蕩器產(chǎn)生

9、振蕩必須具備以下幾個條件：</p><p><b>　　要有產(chǎn)生振蕩的條件</b></p><p>　　要有產(chǎn)生振蕩的相位平衡條件</p><p>　　要有一個完整的電路設(shè)計圖</p><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　1.分析設(shè)計要求，明確性能指

10、標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　2 .確定合理的總體方案。以電路的先進性、結(jié)構(gòu)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，敲定可行方案。</p><p>　　3.設(shè)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(shè)計。</p><p>　　4.組

11、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><b>　　技術(shù)指標:</b></p><p>　　電路中各元件參數(shù)的正確選擇,使電路產(chǎn)生振蕩,畫出所需要的正弦波形記錄產(chǎn)生的振蕩頻率,調(diào)節(jié)振蕩元件使電路出現(xiàn)失諧,經(jīng)過調(diào)整讓電路再次呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)并維持穩(wěn)定狀態(tài).</p><p&g

12、t;<b>　　設(shè)計方案論證</b></p><p>　　根據(jù)振蕩器電路組成的不同，可分為以下三種。</p><p>　　共基調(diào)集型：晶體管基極交流接地，選頻網(wǎng)絡(luò)接于集電極電路。</p><p>　　共射調(diào)基型：晶體管發(fā)射極交流接地，選頻網(wǎng)絡(luò)接于基極電路。</p><p>　　共基調(diào)射型：晶體管基極交流接地，選頻網(wǎng)絡(luò)接于

13、發(fā)射極電路。</p><p>　　所以調(diào)集型振蕩器屬于共射調(diào)基型。低頻振蕩電路幾乎都采用RC振蕩方式。振蕩電路用的定時元件也可以使用電感與電容既LC，但低頻時若使用LC元件，電感量要很大，所以形狀當然也很大。從要求小型、輕量、低成本來看，這是所不希望的。</p><p>　　現(xiàn)如今高頻振蕩中多使用LC元件。然而，有時也會超過集成電路使用的頻段。因此，現(xiàn)在仍然采用與晶體管組合的電路。高頻振蕩

14、即使是數(shù)百千赫至數(shù)兆赫，若對于穩(wěn)定度有要求，則要在LC諧振回路增設(shè)次級線圈，可簡單構(gòu)成反耦合振蕩電路，該電路的特征是元件少。這樣的振蕩電路，即在晶體管基極配置LC并聯(lián)諧振回路，集電極線圈L2與線圈L1進行耦合，構(gòu)成正反饋電路，該電路稱為調(diào)基振蕩器電路。</p><p>　　電路主要由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，放大器可由晶體管電路即三極管來完成，由LC回路為振蕩電路，又與L1,M等組成晶體管的正反饋電路，完成控制作用。

15、</p><p>　　電路組成簡單，成本低廉，制作容易，功能穩(wěn)定，元件應(yīng)用較少便能完成振蕩功能輸出穩(wěn)定振幅。所以此方法可行性高。</p><p>　　總體設(shè)計方案框圖分析</p><p>　　構(gòu)成一個振蕩器必須具備下列三個條件：</p><p>　　1）一套振蕩回路，包含兩個或兩個以上的儲能元件。在這兩個元件中，當一個釋放能量時，另一個就接受

16、能量。釋放和接受能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數(shù)值。</p><p>　　2）一個能量來源，可以補充有振蕩回路電阻產(chǎn)生的能量損失。在晶體管振蕩器中，這能量源就是電源Vcc。</p><p>　　3）一個控制設(shè)備，可以使電源功率在正確的時刻補充電路的能量損失，以維持等幅振蕩。</p><p>　　調(diào)基型振蕩器整體電路設(shè)計</p><p>

17、　　調(diào)基振蕩電路圖及工作原理設(shè)計</p><p>　　調(diào)基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，而且電路簡單、應(yīng)用方便、靈活性大，它能夠產(chǎn)生正弦波，各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數(shù)字式頻率計等，它們均可以由調(diào)基型振蕩器來完成。調(diào)基型振蕩器也是一種必不可少的振蕩器，振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能抓換為交流電能的裝置。調(diào)基振蕩電路頻率在較寬的范圍變化時，振幅較平穩(wěn)，應(yīng)用非常廣泛。</p><p&g

18、t;　　圖2.1是基極調(diào)試振蕩電路，該電路不用作信號振蕩器，電路中，晶體管T1是利用基極-發(fā)射極間二極管特性當作二極管使用，這樣，主振蕩用晶體管T2 設(shè)定的直流偏置與晶體管T1的Vbe的溫度系數(shù)抵消。由于基極和發(fā)射極之間輸入阻抗較小，為避免回路值降低過多，故在兩回路中晶體管與振蕩回路間采用部分接入耦合。R1為T2 的基極偏置電阻，用該電阻的R1設(shè)定振蕩開始必要的集電極電流，但由于它與LC諧振回路并聯(lián)。因此，要求用高阻值，使諧振電路的Q值

19、不降低。</p><p>　　若電路滿足相位平衡，幅度平衡就可以發(fā)生振蕩。為了獲得等幅振蕩，就必須設(shè)法使LC回路中的電阻等于零。由于實際的LC回路本身總是有正電阻的，因此就必須人為地引入一個負電阻，將回路本身的正電阻完全抵消，已獲得等幅振蕩。實際上在回路中引入一個正反饋即等效于引入一個負電阻。當R為負值時，振蕩振幅將隨時間而增長；當R的負值不變時，則振幅將繼續(xù)無限制地增大，但這實際上是不可能的。因為一個振蕩器振蕩

20、時，回路的等效串聯(lián)電阻為負值（由有源器件供給負阻），隨著振蕩振幅的增長，有源器件的工作狀態(tài)逐漸改變，負電阻的絕對值逐漸減小。最后負電阻與回路本身正電阻正好互相抵消時，整個串聯(lián)等效電阻變?yōu)榱?，振蕩器可產(chǎn)生等幅振蕩，它的振蕩頻率取決于電路參數(shù)L、C、R的值。</p><p><b>　　整體電路的仿真</b></p><p>　　下圖為經(jīng)過原理設(shè)計后，應(yīng)用軟件EWB仿真出

21、來的波形，是等幅的波形，結(jié)果表明，本次課設(shè)很成功。</p><p>　　調(diào)基振蕩器電路的條件</p><p>　　任何振蕩電路并不需要借助于外部信號源激勵，完全可以自動振蕩起來，比如通電瞬間的電沖擊，雖然它不是正弦信號，但它是由很多不同頻率的正弦信號組合而成的。這些不同頻率的正弦信號在放大和反饋過程中通過選頻網(wǎng)絡(luò)，只有其中一個頻率的信號幅度最大且滿足正反饋的相位條件。這個頻率的信號再經(jīng)過放

22、大,輸出信號會比原來更大。如此往復(fù)反饋,放大,信號的幅度越來越大，振蕩就建立起來了，顯然在振蕩的建立過程中，反饋信號的振幅必須大于前一次輸入信號的振幅，即Uf>Ui。由圖可知Uf=FUo=AFUi從而可得振蕩電路的起振條件為：AF>1上式中的AF包括選頻網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)。</p><p>　　當電路起振后，信號不斷增大，三極管將逐漸工作到非線性區(qū)，放大能力減小。若再繼續(xù)增大輸入信號，輸出幅度增加很少。當

23、滿足AF=1，就得到了穩(wěn)定的振蕩輸出，這時Uf=Ui。說明振蕩達到了平衡。為了獲得等幅振蕩，就必須設(shè)法使LC回路中的電阻等于零。由于實際的LC回路本身總是有正電阻的，因此就必須人為地引入一個負電阻，將回路本身的正電阻完全抵消，已獲得等幅振蕩。實際上在回路中引入一個正反饋即等效于引入一個負電阻。當R為負值時，振蕩振幅將隨時間而增長；當R的負值不變時，則振幅將繼續(xù)無限制地增大，但這實際上是不可能的。因為一個振蕩器振蕩時，回路的等效串聯(lián)電阻為

24、負值（由有源器件供給負阻），隨著振蕩振幅的增長，有源器件的工作狀態(tài)逐漸改變，負電阻的絕對值逐漸減小。最后負電阻與回路本身正電阻正好互相抵消時，整個串聯(lián)等效電阻變?yōu)榱?，振蕩器可產(chǎn)生等幅振蕩，它的振蕩頻率取決于電路參數(shù)L、C、R的值。所以振蕩的振幅平衡條件是：AF=1。</p><p>　　相位平衡條件是電路振蕩的必要條件，因此判斷一種電路是否是振蕩器，首先要判斷它是否要滿足相位條件，即是否是正反饋。</p&g

25、t;<p>　　調(diào)基振蕩器電路參數(shù)分析</p><p>　　振蕩開始動作由線圈L1與L2匝比及線圈的Q值等決定，因此，在發(fā)射極接可調(diào)電阻進行調(diào)整。</p><p>　　基極調(diào)諧式電路的振蕩頻率f0由線圈L1的電感及與此并聯(lián)的電容C1決定，即</p><p><b>　　f0</b></p><p>　　先決

26、定L1或C1當中任何一個參數(shù)均可。但該值決定并不是很適當，應(yīng)該是決定電抗為數(shù)百歐的常數(shù)。這數(shù)百歐的值沒有特別的根據(jù)，但于數(shù)兆赫的頻帶的振蕩電路相比，設(shè)定線圈L1的電抗非常大，原因是考慮到較大的Q值。</p><p>　　諧振頻率的阻抗Z0可表示為</p><p><b>　　Z0=2πf0LQ</b></p><p>　　近接開關(guān)用的振蕩電路是

27、利用阻抗的變化的性質(zhì)，因此，設(shè)計時Z0的值要盡量高，這樣更有利。</p><p>　　假定XL=500Ω,f0=450KHZ,則有</p><p>　　L1=XL/2πf0=176uH</p><p>　　因此，450KHz諧振時電容C1值變?yōu)?lt;/p><p>　　C1=1/w2L1=710pF</p><p>　　然

28、而根據(jù)線圈L1是繞在磁心上的匝數(shù)決定的最大電感的關(guān)系，對其進行修正L1=125uH，則有</p><p>　　XL=2πf0L1=353Ω</p><p><b>　　C1=1000pF</b></p><p>　　線圈的匝比與正反饋量有關(guān)，但L2線圈一般為L1的20%左右（L1=125uH時線圈50圈，L2繞10圈）。</p>

29、<p>　　電阻R1阻值與通常偏置電阻的算法不同，這是振蕩開始供給必要基極電流 （Ic/hFE）的電阻，電流為數(shù)十微安即可，這里R1選用100kΩ以上的電阻。</p><p>　　2.5調(diào)基型振蕩器的穩(wěn)定問題</p><p>　　振蕩器的頻率穩(wěn)定問題是極重要的技術(shù)指標。因為通信設(shè)備、電子測量儀器等的頻率是否穩(wěn)定，取決于這些設(shè)備中的主震蕩器的頻率穩(wěn)定度。通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會影響

30、通信的可靠性，測量儀器的頻率不穩(wěn)，就會引起較大的誤差。特別是空間技術(shù)的迅速發(fā)展，對振蕩器頻率穩(wěn)定度的要求就更高。</p><p>　　評價振蕩器頻率的主要指標有兩個，即準確度和穩(wěn)定度。</p><p>　　振蕩器實際工作頻率f與標稱頻率f0之間的偏差，稱為振蕩頻率準確度。通常分為絕對頻率準確度與相對頻率準確度兩種，其表達式為</p><p><b>　　絕

31、對準確度 </b></p><p><b>　　相對準確度 </b></p><p>　　振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指在一定時間間隔內(nèi)，頻率準確度的變化，所以實際上是頻率“不穩(wěn)定度”。但習慣上都叫它“穩(wěn)定度”。</p><p>　　應(yīng)該指出，在準確度與穩(wěn)定度兩個指標中，穩(wěn)定度更為重要。因為只有頻率“穩(wěn)定”，才能談得上準確。也就是說，

32、一個頻率源的準確度是由它的穩(wěn)定度來保證的。因此，主要討論頻率穩(wěn)定度。</p><p>　　根據(jù)所指定的時間間隔不同，頻率穩(wěn)定度可分為長期頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度的瞬間頻率穩(wěn)定度三種。</p><p>　　長期頻率穩(wěn)定度，一般指一天以上乃至幾個月的相對頻率變化的最大值。它主要用來評價天文臺或計量單位的高精度頻率標準和計時設(shè)備的穩(wěn)定指標。</p><p>　　短期頻率

33、穩(wěn)定度，一般指一天以內(nèi)頻率的相對表化最大值。外界因素引起的頻率變化大都屬于這一類。通常稱為頻率漂移。短期頻率穩(wěn)定度，一般多用來評價測量儀器和通訊設(shè)備中主振蕩器的頻率穩(wěn)定指標。</p><p>　　瞬間頻率穩(wěn)定度，指秒或毫秒內(nèi)隨機頻率變化，即頻率的瞬間無規(guī)則變化。通常稱為振蕩器的相位抖動或相位噪聲。</p><p>　　盡管這種所謂長期、短期和瞬間頻率穩(wěn)定度的劃分直到現(xiàn)在仍沒有嚴格的統(tǒng)一規(guī)定

34、，但是，這種大致的區(qū)別還是有一定實際意義的。短期頻率穩(wěn)定度主要是與溫度變化、電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定性等因素有關(guān)。長期頻率穩(wěn)定度主要取決與有源器件、電路元件和石英晶體等老化特性，而與頻率的瞬間變化無關(guān)。至于瞬間頻率穩(wěn)定度主要是由于頻率源內(nèi)部噪聲而引起的頻率起伏，它與外界條件和長期頻率漂移無關(guān)。</p><p>　　要想使振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，應(yīng)首先考慮影響振蕩頻率的因素，有三種因素：即振蕩回路參數(shù)L和C、回路電阻

35、r和有源器件的參數(shù)。消除這些因素的方法分別為溫度補償法、要求振蕩器的負載必須極輕且穩(wěn)定不變、采用穩(wěn)壓電源和恒溫措施。</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　振蕩器的用途十分廣泛，它是無線電發(fā)送設(shè)備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分。本次課程設(shè)計的調(diào)基振蕩電路，是一種不需要外信號激勵,自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。調(diào)基振蕩器是由放

36、大器和反饋電路組成，必須滿足起振條件，穩(wěn)定條件和平衡條件，使其輸出穩(wěn)定的等幅波形。調(diào)基型振蕩器是眾多振蕩器中的一種，而且電路簡單、應(yīng)用方便、靈活性大，它能夠產(chǎn)生正弦波，各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數(shù)字式頻率計等，它們均可以由調(diào)基型振蕩器來完成。大多數(shù)振蕩器都是利用LC回路來產(chǎn)生振蕩,調(diào)基型振蕩器是將LC振蕩回路置于基極電路,通過調(diào)節(jié)基極的振蕩器的電感或電容,從而改變振蕩器的振蕩頻率,產(chǎn)生等幅的正弦波形,使電路出現(xiàn)諧振。調(diào)基振蕩電路頻率

37、在較寬的范圍變化時，振幅較平穩(wěn)，應(yīng)用非常廣泛。調(diào)基型振蕩器的設(shè)計要求及性能指標在無線電發(fā)明初期所用的火花發(fā)射機,電弧發(fā)生器等都需要調(diào)基型振蕩器,它帶給人們的生活十分便利,它是人們發(fā)展起來的一個重要里程碑。</p><p>　　通過設(shè)計調(diào)基型振蕩器電路，對高頻電子線路這門課有了更深刻的了解，對振蕩電路的認識也不再停留在字面上，實現(xiàn)了從理論到實踐的飛躍。了解到了理論和實踐是分不開的。只懂理論不行，當面對一堆元器件時，

38、會迷茫不知所措；可只懂實踐也不行，當被問到原理時只憑感覺也不足以服人。學習的目的就是去應(yīng)用，只有實踐才能將書本知識轉(zhuǎn)化為實用的技巧。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]張肅文.非線性震蕩引論.北京：高等教育出版社，1983 </p><p>　　[2] A.A.安德羅諾夫等.振動理論(上﹑下冊).北京:科學

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