大学生课题论文书写范文

“27MHz正弦波发生器的设计”杨学斌(温州大学物理与电子信息工程学院09电信本1浙江温州325035)摘要：在无线电传输等方面上，需要采用如27MHz正弦波这样的高频载波，才能把音频、视频或脉冲信号运载出去。本文介绍了以电容三点式振荡器和晶体振荡器两种设计方案。电容三点式由放大电路、选频电路、滤波电路、正反馈电路构成，具有波形稳定、失真小等特点。晶体振荡器采用27MHz晶振通过谐振，使频率具有更高的精确度。实验中使用了Multisim11.0软件对设计的两个实验电路进行仿真。关键词：晶振正弦波振荡器反馈引言：目前27MHz无线通信模块在市场上应用十分广泛。如应用27MHz无线通信模块的汽车收费设计在高速公路收费站收费和日产27MHz业余频段40信道车载台式对讲机芯（简称机芯）。该机具有石英晶振二次变频高灵敏度接收、压控振荡以及PLL频率检测锁相环技术，其收/发频点准确稳定。本文介绍采用晶振振荡器制作27MHz正弦波发生器，实现方法比较简单，频率较稳定。用晶体振荡器实现的发生器频率更稳定，误差在10-6之内，可以应用到对频率精度高的设备中。1工作原理1.1电容三点式振荡器振荡器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。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。本次课程设计的是自激振荡器的一种--电容反馈三点式振荡器。LC振荡器具有基本放大器、选频网络、滤波网络和正反馈网络四个部分组成[1]。为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1，即AF=1，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为C1/C2，所以维持振荡所需的电压增益应该是A=C2/C1（1-1）电容三点式振荡器的谐振频率为f0=1/2*[L*(C1*C2)/(C1+C2)]1/2 （1-2）1.2晶体振荡器[2]当对稳定度要求特别高时，在实际中常用石英谐振器来控制振荡频率组成晶体振荡器。如图1-1这种振荡器类似于三点式振荡器。当振荡频率等于石英谐振器的串联谐振频率时，近似为一短路线，电路产生振荡。因此，振荡频率主要取决于石英谐振器的串联谐振频率。图1-1串联型晶体振荡器[3]2电路原理2.1电容反馈式三点式振荡器该振荡器采用分压式电流负反馈偏置电路，如图2-1所示。其中，R1用于调整静态工作点（影响起振条件）。C3、C4为交流耦合电容，正反馈电压取自C4两端，改变C3和C4的比值，可以改变反馈深度（即反馈系数），以满足振荡的振幅条件。图2-1电容反馈式三点式振荡器2.227MHz晶体振荡器实验电路如图2-2。此电路是在电容三点式振荡器基础上改进的。R3、R9组成直流偏置电阻，R3为基极可调电阻，改变其值可以改变振荡的幅度，L1、C8、C4、C5组成并联谐振回路，调谐在振荡频率上。其中，C4为微调电容，用于微调振荡频率。C8为反馈电容，C5为分压电容。图2-227MHz晶体振荡器级，则可以先设定R3=4.7。由于gab比G0小许多，故忽略。令系数为5，则=13.8mS（3-6）EMBEDEquation.3ICQ=gmVT=13.8mS*26mV=0.36mA（3-7）代回原设计验算，R3上的压降为1.7V，略小于原来的假设值。但从上面计算可看到，数值R3的改变对于gm影响甚小。因此，下面我们就以此值为基础进行设计。由于R3上的压降为1.7V，假定晶体管的VBE(on)=0.7V，则VBQ=1.7+0.7=2.4V，R1=62千欧，R2=24千欧。3.1.2晶体振荡器电路选材同电容三点式振荡器器材同，只在4与6节点间加一个27MHz晶振。3.2仿真结果[4]电容三点式仿真如图3-1，晶体振荡器仿真如图3-2。图3-1电容三点式仿真图3-2晶体振荡器仿真从图3-1中可得到周期为37.127ns即频率26.93MHz，幅度约为2V的正弦波。波形稍有失真。从图3-2中可得到周期也为37.127ns即频率26.93MHz，幅度也约为2V的正弦波。较图3-1，它的正弦波频率更为稳定波形也更完整。3.3实际制作及调试3.3.1电容三点式焊接电路[5]如图3-3，调试结果如图3-4。图3-3电容三点式焊接电路图3-4电容三点式调试结果图3-4显示本实验得到振幅4V，频率为27.06MHz的正弦波，与图3-1仿真结果一致。3.3.2晶体振荡器焊接电路如图3-5，调试结果如图3-6。图3-5晶体振荡器焊接电路图3-6晶体振荡器调试结果本实验可视为在电容三点式基础上通过27.0000MHz晶振的谐振，本实验得到振幅约为3V，频率为27.0008MHz的正弦波，与图3-2仿真结果一致。3.4性能分析27MHz正弦波的稳定性主要受两方面的影响，一是负载阻抗变化对发生器的输入电阻或分压电容的影响，二是系统内部产生频率与所需的频率大小的差距。3.4.1电容三点式性能分析[6]输出波形的稳定度在实验中发现，输出波形的频率和幅度受负载影响。因为缓冲器[7]输入电阻趋于无穷，输出电阻趋于零，因此当负载变化时，输出电压几乎不变的特点。本文介绍了在原先负载部分前加入一缓冲器，如图3-7所示。仿真结果如图3-8。图3-7加入缓冲器的电路图图3-8加入缓冲器的仿真结果从图3-8中得知，加入缓冲器后波形幅度有所下降，但也有1V左右，而且变化前后频率没有发生改变，达到设计要求。下面两个表格是记录两个变量变化而得的数据。表格3-1数据是在C4=0，R1从0千欧变化到10千欧的过程。表格3-2数据是在R1=0，C4从0pF变化到100pF的过程。表3-1在电容C4=0pF时VR1和R4的关系R1（千欧）0246810VR1（V）1.000.980.950.960.980.99表3-2在R1=2千欧时VR1和C4的关系C5（pF）020406080100VR4（V）1.010.990.980.980.980.99由两表格数据得知，如果负载阻抗变化，在缓冲器的作用下，输出波形也不会对发生器产生明显的影响。3.4.2晶体振荡器性能分析[8]观察静态工作点变化对振荡器工作频率和幅度的影响取R1=200kΩ，调节R3以改变静态工作点电流IEQ，使其分别为表3-5所示各值，用示波器观察振荡波形的电压峰峰值VP-P，用频率计测量频率值（建议有效位数取5或6位），填表3-3。表3-3（R1=200千欧）R30%*2020%*2040%*2060%*2080%*20100%*20f（MHz）24.324.424.624.6无无VP-P（V）0.95.18.21000从表3-3看出输出波形的频率随着静态工作点IE的减小而逐渐增大；当频率达到一定值时，频率几乎不变；静态工作点太低时，电路不起振，Vp-p也变为零。4结论此次实验利用电容三点式振荡器和晶体振荡器两种方法来实现27MHz正弦波。在输出波形频率方面，两种方法都能产生较为稳定的27MHz正弦波。在输出波形幅度上，电容三点式振荡器采用串联电压负反馈，起到了稳定电压幅度的效果。不足之处是两种方法建立振幅稳定和相位稳定所需时间比较长。（指导老师：施肖菁）参考文献:[1].杜武林,武汉理工大学《高频电子线路》课程任务指导书[EB].武汉理工大学出版,2010.3-5.[2].高吉祥，《高频电子线路》[M].北京:电子工业出版社,2003.172-175.[3].韩广兴,《电子元器件与实用电路基础》[M].北京:电子工业出版社.2002.30.[4].程勇，《实例讲解multisim11.0电路仿真》[M].北京：人民邮电出版社，2010.15-39.[5].刘霞，《电子设计与实践》[M].北京：电子