正弦波课程设计报告.doc

1 沈航北方科技学院沈航北方科技学院 课程设计任务书课程设计任务书 教 学 系 部 信息工程系 专业 电子信息工程 课程设计题目 正弦波振荡器设计 班级 B041201 学号 B04120101 姓名 陈欣荣 课程设计时间 2012 年 12 月 31 日至 2013 年 1 月 13 日 课程设计的内容及要求 一 主要内容 本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器 要求根 据给定参数设计电路 并利用 multisim 仿真软件进行仿真验证 达到任务书 的指标要求 最后撰写课设报告 报告内容参照课设报告文档模版的要求 主要包括有关理论知识介绍 电路设计过程 仿真及结果分析 主要技术指标 输出频率 10 5MHz 输出幅度 有效值 5V 二 基本要求 根据题目及基本要求 技术指标 查阅相关资料和书籍 设计 计算 电路 确定元器件参数 2 天 待电路设计完成后 上机进行电路仿真 使用 Multisim 仿真过程中 用到的仪器 调试方法 排故过程及电路技术指标的测量要做记录 最终写 到报告中 6 天 报告正文按目录要求撰写 其他内容见格式说明 2 天 2 三 主要参考书 1 谢沅清等 通信电子电路 北京 电子工业出版社 2008 2 张肃文 高频电子线路 第六版 北京 高等教育出版社 2008 3 从宏涛 Multisim8 仿真与应用实例开发 清华大学出版社 2005 3 四 评语 五 成绩 指导教师 年 月 日 3 摘 要 高频信号发生器主要是产生高频正弦振荡波 故电路主要是由高频振荡电路构成 振荡器的功能是产生标准的信号源 广泛应用于各类电子设备中 所以 振荡器是电子 技术领域中最基本的电子线路 也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路 本课设 首先 算出电路静态工作点参数 设置出电路的滤波电路 通过调节调试 滑动变阻器 得出满足任务书要求的输出频率与输出幅度 关键字关键字 振荡器 频率 正弦波 正弦波振荡器设计 1 目录目录 1 绪论 2 2 方案的确定 2 3 工作原理 硬件电路的设计参数的计算 3 3 1 三极管 2N2222 的介绍 3 3 2 电路参数的设计 3 4 总体电路设计和仿真分析 4 4 1 仿真电路和静态工作点 4 4 2 仿真的振荡频率和幅度 5 4 3 误差分析 7 5 心得体会 7 参考文献 8 附录 8 附录 元器件清单 8 附录 电路总图 9 正弦波振荡器设计 2 1 绪论绪论 电容三点式振荡器 也叫考毕兹振荡器 是自激振荡器的一种 这种电路的优点是 输出波形好 电容三点式振荡器是自激振荡器的一种 由串联电容与电感回路及正反 馈放大器组成 因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名 它的优点是 反馈电压取自电容 而电容对晶体管非线性特性产生的高次谐波呈现低 阻抗 所有反馈电压中高次谐波分量很小 因而输出波形很好 其缺点是 反馈系数 因与回路电容有关 如果用改变电容的方法来调整振荡频率 必将改变反馈系数 从 而影响起振 为了提高稳定度 需要对电路作改进 以减少晶体管极间电容的影响 可 以通过采用减弱晶体管与回路之间耦合的方法 可以运用西勒振荡器 振荡器是不需外信号激励 自身将直流电能转换为交流电能的装置 凡是可以完成 这一目的的装置都可以作为振荡器 一个振荡器必须包括三部分 放大器 正反馈电路 和选频网络 放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的 数值 正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的 只有这样才能使 振荡维持下去 本课题旨在根据已有的知识及搜索资料设计一个正弦波振荡器 要求根 据给定参数设计电路 并利用 multisim 仿真软件进行仿真验证 达到任务书的指标 最 后撰写课设报告 报道内容按照课设报告文稿模版的要求进行 主要内容理论知识介绍 电路设计过程 仿真以及结果分析等 主要技术指标 输出频率 10 5 MHz 输出幅度 有效值 大于等于 5V 允许某个特定 频率 能通过 使振荡器产生单一频率的输出 0f 2 方案的确定 方案的确定 正弦波振荡器有很多种 例如 LC RC 等振荡器 LC 振荡器还有很多种 例如电容 反馈三点式 电感反馈三点式等 电容反馈三点式稳定性好 波形输出较为理想 同时 可得到较高的振荡频率 本次课程设计的电容反馈三点式振荡器是自激振荡器的一种 振荡器是不需要外加信号激励 自身将直流电能转换为交流电的装置 由学过的知识知 道 构成一个振荡器必须具备下列一些最基本的条件 1 任何一个振荡回路 包含两个或两个以上储能元件 在这两个储能元件中 当 正弦波振荡器设计 3 一个释放能量时 另一个就接收能量 接收和释放能量可以往返进行 其频率决定于元 件的数值 2 电路中必须要有一个能量来源 可以补充由振荡回路电阻所产生的损耗 在电 容三点式振荡器中 这些能量来源就是直流电源 3 必须要有一个控制设备 可以使电源在对应时刻补充电路的能量损失 以维持 等幅震荡 这是由有源器件 电子管 晶体管或集成管 和正反馈电路完成的 3 工作原理 硬件电路的设计参数的计算工作原理 硬件电路的设计参数的计算 3 1 三极管三极管 2N2222 的介绍的介绍 2N2221A 三极管是一种控制元件 主要用来控制电流的大小 以共发射极接法为例 当基极电压有一个微小的变化时 基极电流也随之有一小的变化 受基极电流的控制 集电极电流会有一个很大的变化 即基极电流控制集电极电流的变化 但集电极电流的变化比基极电流的变化大得多 这就是三极管的放大作用 IC 的变 化量与 IB 变化量之比叫做三极管的放大倍数 一般在几十到几百倍 对于晶体管静态工作点 合理地选取振荡器的静态工作点 对振荡器的起振 工作 的稳定性 波形质量的好坏有着密切的关系 一般小功率振荡器的静态工作点应选在远 离饱和区而 靠近截止区的地方 根据上述原则 一般小功率振荡器集电极电流 大约 CQ I 在 0 8 4mA 之间选取 3 2 电路参数的设计电路参数的设计 振荡回路元件的确定回路中的各种电抗元件都可归结为总电容 C 和总电感 L 两部 分 确定这些元件参量的方法 是根据经验先选定一种 而后按振荡器工作频率再计算 出另一 种电抗元件量 从原理来讲 先选定哪种元件都一样 但从提高回路标准性的观 点出发 以保证回路电容远大于总的不稳定电容原则 先选定为宜 若从频率 p C d C p C 稳定性角度出发 回路电容应取大一些 这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电 容等变化的影响 但 C 不能过大 C 过大 L 就小 Q 值就会降低 使振荡幅度减小 为 正弦波振荡器设计 4 了解决频稳与幅度的矛盾 通常采用部分接入 反馈系数 不能过大或过小 2 1 C C F 适宜 1 8 1 2 根据公式 其中 可对振荡频率进行理论计算 0 1 2 f LC 1111 TCCCC 0f 当取 50pF 时 0 186 10 9TC 1111 TCCCC 10 347 MHz 0 1 2 f LC 对于晶体振荡 只需和晶体并联一可调电容进行微调即可 为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响 振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出 例如发射极接地的振荡电路 输出宜取自基极 如为基极接地 则应从发射极输出 如 图电路原理图如图3 2 1所示 图3 2 1电路原理图 4 总体电路设计和仿真分析 总体电路设计和仿真分析 4 1 仿真电路和静态工作点仿真电路和静态工作点 1 在电子平台上组建仿真电路 如图 4 1 1 所示 其中 需双击可变电容图TC 标 将弹出的对话框中的 Key 栏设置成 B Increment 栏改成 1 双击电位器 图标 将弹出的对话框中的 Increment 栏也改成 1 正弦波振荡器设计 5 图 4 1 1 仿真电路图 4 2 仿真的振荡频率和幅度仿真的振荡频率和幅度 1 开启仿真开关 双击虚拟示波器图标 从放大面板的屏幕上将看到电路的振荡波 形如图 4 1 2 所示 可知幅度有效值大于 5v 正弦波振荡器设计 6 图 4 2 1 振荡器波形图 2 双击频率计 频率计结果如图 4 2 3 所示 图 4 2 2 频率计仿真值 电路理论计算振荡器计算值为 10 347MHz 10 347MHz 0 f 正弦波振荡器设计 7 仿真的实际频率 10 553MHz 10 553MHz 0 f 4 3 误差分析误差分析 由图 4 3 的频率计仿真值 与理论值对比发现仿真实验值和理论值间存在一定误差 有误差是不可能避免的 对此我们可以提高计算和仿真精度 比如降低计算过程中的计 算误差和实验仿真过程中的仿真误差 尽可能的满足工程要求 5 心得体会 心得体会 在本次课程设计中 我从各方面的设计和构思中学到了许多知识 了解到理论和实 践结合的难度通过这次课程设计 加强了我们动手 思考和解决问题的能力 平时我们 只注重理论知识的学习 而忘记了我们学习的最终目的是学以致用 课程设计正是为了 跳出纯粹的理论知识 在实践中检验我们学习的理论知识和动手能力 在本学期学习通信电子线路这门课程时 芯片的使用只是很局限的运用 在课程设 计中我发现很多芯片 元器件 电路都有很奇妙的作用 它们以前的作用只是一个最基 本的运用 更多的运用会出现在各个实际电路中 尤其是组合的使用时的发挥效用 在设计的初期阶段 我查阅了很多资料 在图书馆埋头工作了两天 才整理好本次 课程设计电路的原理及相关电路图 接着 通过 multisim 软件的模仿调试 在备选的几 套方案中选出自己满意的一套方案 也就是电容式振荡器 虽然设计的时候算好了静态 工作点 但是在操作中还是出现问题 幅值的调试使得有效值大于等于 5V 但是由于电 阻电容的数值有问题 经过调试改变数值 最终达到 5V 实验最后圆满完成 事实告诉我 们不是你计划好的就会按张来 变化也要考虑到 这也说明了平时的加强实验训练是多 么重要 正弦波振荡器设计 8 经过这次课程设计 让我对前面的路有了更多的信心 因为在这个过程中 我学到 了不少实用的东西 对于高频电子电路有了更深层次的掌握 并且提高了独立解决问题 的能力 参考文献参考文献 1 谢沅清等 通信电子电路 北京 电子工业出版社 2008 2 廖常初 PLC 编程及应用 机械工业出版社 2005 3 3 胡学林 可编程控制器原理及应用