正弦波振荡器电路设计与实现,,课程设计.doc

郑州轻工业学院本科通信电子线路课程设计总结报告郑州轻工业学院课 程 设 计 任 务 书题目 正弦波振荡器电路设计与实现 专业、班级 电子06- 1 学号 52 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：1、主要内容（1）按照振荡器的条件设计电路。（2）根据电路焊接振荡器电路。（3）测得振荡电路相关数据，根据电路元器件参数计算比对。2、基本要求（1）设计电路实现的主要内容。（2）书写课程设计报告。3、主要参考资料电子线路教材电子线路实验指导书电子线路课程设计指导书完 成 期 限： 2008年12月19日指导教师签名： 张涛 课程负责人签名： 张涛 2008年12月19日摘要在测量、自动控制、通讯、无线电广播和电视等诸多领域中，正弦波振荡器作为各种用途的信号源，有着广泛而重要的应用。例如：无线发射机中的载波信号源，超外差式接收机的本地振荡信号源，电子测量仪器中的正弦波新年好源，数字系统中的时钟信号源。在这些应用中，对振荡器提出的要求主要是振荡频率的准确性和稳定性，其中尤以振荡振荡频率的准确性和稳定性最为重要。正弦波振荡器的另一类用途是作为高频加热设备和医用电疗一起正弦交变能源。在这类应用中，对振荡器提出的要求是高效率的产生足够大的交变功率，而对振荡频率的准确性和稳定性的要求一般不做苛求。按照组成原理而言，正弦波振荡器可分为两大类，一类是利用正反馈的反馈振荡器；另一类是负阻振荡器，它是将器件直接接到谐振回路中，利用负阻器件的负阻效应去抵消回路中的损耗，从而产生除等幅的自由振荡，主要应用在微波频段。关键字：正弦波、振荡、正反馈、高频、频稳性28目 录第一章 设计内容及要求5第一节：设计题目：正弦波振荡电路的设计与实现5第二节：设计目的5第三节：设计内容5第四节：设计要求5第二章 设计原理6第一节：反馈型正弦波振荡器的工作原理6第二节、选择合适的振荡电路10一、各种振荡器的频率精确度和稳定度10二、三点式振荡电路的基本模型10三、选择合适的振荡电路模型11四、设计合适的偏置电路16五、 选择合适的输出电路19六、 振荡器的频稳度20第三节、振荡电路电路原理图21第三章 设计具体过程22第四章 设计结果22第五章 设计体会24第六章 参考资料27第一章 设计内容及要求第一节：设计题目：正弦波振荡电路的设计与实现第二节：设计目的1. 熟悉掌握正弦波振荡电路的原理，利用此原理进行设计，掌握一般电路的设计步骤；2. 熟悉简单的焊接知识并焊接电路；3. 进行动手练习。第三节：设计内容1. 根据原理，设计正弦波振荡器；2. 画出正弦波振荡器的方框图3. 根据方框图画出正弦波振荡器的电路图4. 进行必要的电路仿真，检测是否符合要求5. 焊接实物图，调试波形第四节：设计要求焊好电路板，能进行一定的检错能力，对电路板出现的问题能进行必要的分析，最终得出正确的结果，调出正确的波形。第二章 设计原理第一节：反馈型正弦波振荡器的工作原理一、 基本定义凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，勿须外部提供激励信号，能产生持续等幅正弦波输出，称为反馈型正弦波振荡器。二、 工作条件1. 起振条件：保证振荡器从无到有建立起振荡2. 平衡条件：保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振3. 稳定条件：保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏 三、 构成框图反馈振荡器的组成方框 四、 工作原理1. 平衡条件振荡器的平衡条件：振幅平衡条件：即：相位平衡条件：2. 起振条件即：振幅起振条件：相位起振条件：振荡起振过程效果图3. 稳定条件 1) 稳定平衡与不稳定平衡2) 软激励与硬激励3) 稳定条件幅度稳定条件：相位稳定条件：4. 设计正弦波振荡器的要求1) 正弦振荡器工作原理包括起振条件： 平衡条件：稳定条件：2) 振荡器的静态工作点应设计在软激励状态3) 从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用的结果，称为内稳幅 4) 判断能否产生正弦振荡的方法a) 是否可能振荡首先看电路供电是否正确；二是看是否满足相位平衡条件b) 是否起振看是否满足振幅起振条件c) 是否产生正弦波看是否有正弦选频网络第二节、选择合适的振荡电路振荡电路的组成：振荡回路模块、偏置电路模块、输出缓冲电路模块。现在分别说明如下：振荡电路的选择主要是根据所给定的工作频率（或工作频段）频率稳定度的要求。因为设计的电路要求是高频信号，故选择LC振荡电路或晶体振荡电路，现在分别应用这两种电路，分别比较它们的频稳性。一、 各种振荡器的频率精确度和稳定度分 类频 率 精 确 度频 率 稳 定 度无稳态多谐振荡器LC振荡器RC振荡器晶体振荡器稳定化晶体振荡器101510251025105106101510251025105106二、 三点式振荡电路的基本模型三点式振荡器的交流等效电路X3=-（X1+X2）其中X1，X2同性，X3为异性三、 选择合适的振荡电路模型在小功率通讯机中所使用的可变频率振荡器，一般都要求波段范围内频率连续可调，故可选用互感耦合三点式振荡电路。互感量的调节比较方便，其输入与输出电路的馈电方式互不影响。但是，由于结构复杂，特别是电路中含有电感元件，故这种电路较适用于中短波波段，在短波段以上，一般多采用考毕兹电路（电容三点式电路）。对于可变频率振荡器，其频率稳定度要求提高时，几乎都采用克拉泼电路或席勒电路，它的频稳度达到104105。若采用高质量回路元件，再加上一些措施，频稳度还可进一步提高共基组态的“考毕兹”振荡电路克拉泼振荡电路（改进型电容三点式振荡电路）席勒振荡电路（改进型电容三点式振荡电路） 由图可知,这种电路是在电容三点式振荡电路的电感支路上串进了一个小电容C而构成的（C3对交流短路,属共基组态）。C1、C2、C及L组成谐振回路,当C C1、CC2时,求得振荡频率为： 上式可见,振荡频率基本上与C1、C2无关,因此,可选C1、C2的值远大于极间电容,这就减小了极间电容变化对振荡频率的影响,提高了振荡频率的稳定性。LC回路谐振电阻R0反射到三极管集、射极的等效负载电阻为：其中。由上式可知：若C调至较小时,将使变小,导致电路增益下降,因此,这一电路的振荡频率只能在小范围内调节,否则将出现输出幅度明显下降的现象。 图Z0812所示电路,是并联型三点式振荡电路,又称席勒振荡电路,它是在串联型电容三点式振荡电路的电感L旁并接了一个电容C而构成的。 由于LC回路的谐振电阻R0反射到三极管集、射极间的等效负载电阻而C3 C,当C变小时, 变化程度不如式GS0813那样显著,从而削弱了振荡幅度受频率改变的影响。因此,席勒振荡电路的频率调节范围 较克拉泼电路要宽,由图I0823可知,当C3C1、C3IBQ的条件时，各偏置元件可按下列公式选取： RB2 (26)RE （3-4-7）发射极电阻旁路电容CE可按下式计算 CE （3-4-8）其中， f 振荡器的工作频率，单位为Hz； 为了满足 的关系，隔直电容CB可按下面经验公式进行计算： （3-4-9）其中，RB= RB1RB2hie；f为工作频率，单位为MHz。需要指出的是，CERE之值不能太大，否则将会产生间歇振荡现象。静态工作点的确立：ICQ=2mA，VCEQ=6V，=60，则：RC+RE=3K,取RC=2K，RE=1K，RB1=28K，RB2=8.2K，IBQ=33.3UA五、选择合适的输出电路当负载变化或需要大功率时，振荡器必须配置缓冲放大器（buffer amplifier，简称缓冲器），使负载不影响振荡器。图c是通过射随器从基极调谐振荡器中取出的一种简单方法。由于射随器可以在几乎不降低回路Q值的情况下就能耦合。而且回路的输出是正弦波，振幅大，所以易取出大正弦波电压作为输出。而且最好使作为缓冲器的射随器如图c所示直接耦合，并且用负电源接射极。图c电压缓冲器、六、振荡器的频稳度 频率稳定度是振荡器的一项十分重要的技术指标，这表示在一定的时间范围内或一定的温度、湿度、电源、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，振荡频率的相对变化量越小，则表明振荡器的频稳度越高。改善振荡频率的稳定度，从根本上说就是提高振荡回路的标准性。提高振荡回路标准型除了操永稳定性好和高Q的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数的电感反作用的具有负温度系数的电容，以实现稳度补偿作用，或采用部分接入的方法以减小不稳定的晶体管级间电容和分布电容对振荡频率的影响。石英晶体具有十分稳定的物理和化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效参数Lq很大，Cq很小，Rq不大，因此晶体Q值非常大，所以晶体振荡器比LC稳定。第三节、振荡电路电路原理图一、 设计的正弦振荡电路原理图正弦振荡电路二、 仿真波形图第三章 设计具体过程1. 理解正弦波振荡电路的组成原理，画出方框图；2. 方框图分模块设计电路，分三模块振荡回路模块、偏置电路模块、输出缓冲电路模块；3. 画出原理图，进行必要的仿真；4. 根据原理图，进行必要的布局，焊接电路；5. 在焊接好电路板之后，认真进行调试，直至调出波形为止。第四章 设计结果实验数据的测量与比较LC振荡器和晶体振荡器频稳度比较时间LC振荡器频率（MHZ）晶体振荡器（MHZ）10分钟后12.8210.420分钟后11.9010.230分钟后12.5010.3理论值：10.710.245由表上数据可以得出，晶体振荡器的频稳度叫LC振荡器高。反馈系数对振荡器性能的影响(LC振荡器)反馈系数FC1（pF）C2(pF)f（MHZ）Vcep-p(mV)Vfp-p1/210020012.822721201/310030011.90250901/510050012.19222601/810080012.5017030由实验数据得到，振荡幅度随着反馈系数的增大而减小。晶体管工作状态对振荡电路的影响RV1（K）VCE（V）IE（mA）晶体管状态振荡器状态10.311饱和失真停振1362正常正常2010.50.5截止失真不能起振由表中数据可得，如果静态点设置不合适。若偏高就可能导致停振；若偏低就可能导致不能起振，所以要设置合适的偏置电路。第五章 设计体会十六周，我们进行通信电子线路的课程设计。通过此次课程设计，我能对正弦波振荡器的原理有了比较深刻的认识，加深了对这门课的理解。通过此次可能设计，我能较好的由表及里，对书上所学的理论知识，希望能通过实践，通过自己动手，能更好的为自己所用。我个人认为学习一门课程，不在于你是否能取得高分，而在于你是否能将它灵活应用，真正学好一门课程在于这个知识点能否成为你以后设计的一部分，能否被你信手捏来。实践能更好的检验理论的正确与否，实践能更好的帮助我们探求自身的不足，实践能更好的巩固我们的知识。通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。对于我们电子专业还是什么工科专业，不管是硬件设计还是软件设计，都要分模块设计，设计思路都是自顶向下，自底向上。知识的连贯性体现于应用。我觉得学习在于发现问题，解决问题，解决问题的关键在于自己，而不是一味的依靠别人。如今网络资源如此丰富，为我们提供了一个很好的学习平台，感觉知识的海洋是如此的浩瀚，而我们却是如此的渺小，希望在自己有限的时间里学习更多的东西。这次课程设计，使我明白了很多东西，做任何事情都需要我们有一颗细腻的心，外加认真的态度。刚开始，焊好电路板，波形出不来，需要我认认真真的比对电路原理图，最后，找到了错误，得出了理想的波形。不管做什么，都需要我们有坚忍不拔的毅力。以后工作，不管是否从事专业工作，都需要我们要良好的工作态度。态度的好坏直接决定于你以后的成败。对生活要充满希望，要有乐观开朗的生活作风，要有热情。年纪轻轻，就如老人垂暮，这必然不是一个美好的人生。做任何事情，不能只有三分钟热度，既然做了就要把它做好。正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们