双路正交IQ信号发生器

课程设计报告课程设计题目：双路正交I信号发生器学 院：专 业：通信工程班 级：姓 名：学号：指导老师：2011年07月08 电子线路中在无需外加激励信号的情况下能将直流电能转换成具有一定波形一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为信号发生器本课程设计中要求实现一频率为10号源，故为高频信号发生器。高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波，电路主要由高频振荡电路构成振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它无需外加激励信号。常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器C中LC振荡和体振荡用产频波馈大可晶管应分器件组可集路成所生形同将器成波振器非波器大者生弦者生形角波锯波。使用运算放大器组成的微分电路可实现正弦波相移9度，产生余弦波，两路信号形成双路正交信号。在本课程设计中，着眼于无线电通信的基础电路—C正弦振荡器的分析和研究通过对电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡（西勒电路）的分析对比和讨论以求得到一些对实际应用电路有帮助的结论在课程设计中，使用的仿真软件为了强子和方便的电路图和文件管理功能能够让使用者全面的收集电路的相关数据进而有助于对电路进行改进。总体来说课程设计中所涉及的仿真电路是比较简单的但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。本设计最终选用西勒振荡器。1目 录第一章设计要求总体框图1.设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3设框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3第二章各部分设计及工作原理2.1振荡LC„„„„„„„„„„„„„„„„„„4LC2.1.三点式振荡器相位平衡条件的判断准则„„„„ LC2.1电容三点式振荡器„„„„„„„„„„„„„„„42.1.3振荡器„„„„„„„„„„„„„„„„„„52.相位调整网路部分„„„„„„„„„„„„„„„„„„„82.3体设计及仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10第三章结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11第四章展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12第五章致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12第六章参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„122第一章设计要求与总体框图1.设计目的（）了解通信系统功能模块电路的工作原理（）熟悉通信系统功能电路的设计方法（）掌握利用仿真软件对电路功能进行分析（）学会通信电路的器件选型，参数调节，功能测试1.题目要求1基于L振荡器设计一频率为10号源并利用相位调整网络获得双路正交信号。2给出器件型号及计算电路器件参数。3将电路设计结果在prote行仿真。4给出设计方案及双路输出信号仿真结果，提交设计报告。1计总体框图双路正交I信号发生器的总体框图如图1示：它由L正弦波振荡器及相位调整网络两个模块组成L正弦波振荡器由西勒振荡器实现，相位调整网络由微分电路实现。Sin路交C振 调路 信号器 图1计总体框图3第二章各部分设计方案及工作原理2.1正振荡器部分C CC以L谐振回路作为选频网络的反馈振荡器统称为L振荡器它可以用来产生几十千赫兹到几百兆赫兹的正弦波信号。L振荡器按反馈网络结构不同，可分为互感耦合和三点式两C CCLC2.1.三点式振荡器相位平衡条件的判断准LCC三点式振荡器是指L回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合,可以克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点,是一种广泛应用的振荡电路,其工作频率可达到几百兆赫。C――UXe Ui Xce+ ― ―+f cIXbcU―+Uo图2-1点式振荡器原理be ce bcbe ce bcCC三点式振荡器原理电路如图2示。其中，X、X和X均为电抗元件。由图2以看出，X、X和X构成了决定振荡频率的并联谐振回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络。下面就分析在满足相位平衡条件时be ce bcbe ce bcCC假定L回路由纯电抗元件组成，并令回路电流为I，由图2得U=X U=-Xf e c be ce使Uf与Uc反相，必须要求X和be ce另一方在不考晶体管抗效应情况下荡频近似等回路的谐振频率那么，回路处谐振状时，回呈纯阻，有X+X+X=0e cXbc be ce，X必须与X(Xbc be ce：X和X的电抗性质必须相同，X与X、X的电抗性质必须相异。 be cebc be ce，容，。2.1电容三点式振荡器本次课程设计要求设计一频率为10号源频率较高所以选用电容三点振荡器。故对电容三点式振荡器做主要介绍。4a Cb1 b2 e e b ccLC1 2电容三点式振荡器又称为考毕兹（Colp）振荡器，其原理电路如图2-2（中R、R、R组成分压式偏置电路；C为旁路电容；、C为隔直流电容为高频扼流圈，其作用是为了避免高频信号被旁路，而且为晶体管；和a Cb1 b2 e e b ccLC1 2b1图2是它的交流等效电路在这个电路中电容相当于图2的X，相当于X，而电感相当于X，故它符合三点式振荡器的组成原则。 ceb12 be bcRC1bRb2

CCReCe

VCC1 LC2

IbUe

UceeU

cC1ILCL2b（a路 （b路F图2-2容三点式振荡器反系数的表达式FF»

C1C+C1 21C不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量C为、的串联，即Σ 1 2CC=å

11+1CC1 2

C振为f=0

12pLC

= 11 2CC2p(C+C)L1 2CC12调解改变频率时反馈系数也改变由于极间电容对反馈振荡器的回路电122.1.3振荡器由于电容三点式振荡器的频率稳定度不高故对其进行改进得到西勒振荡器，如图2-3所。5bRb1bCRb2

RcVTRe

VCCCVT ceC1 L C4 CC2 C3 be

C1C2 C4 LC3(a)原理电路 (b)交流等效电路图2-3勒振荡器L图2西勒振荡器其主要特点就是在回路电感两端并联了一个可变电容LC，而为固定值的电容器，所以回路的总等效电容为4 3CC=C+å 4所以振荡频率

1+C1

11+C2

1C3f»0

12pCå得f=0Hz。0定的值：C1==3=20pf，4=100pf由此可求出L=1.52uH如图2在prote图，端口s出正弦波，仿真图如图2示，电路中选择实际为1.4，uH据仿真图调节的，与理论计算有一定误差，输出正弦波幅度可有R调节实现，由仿真图可得，西勒电路的稳定度较好。6图2勒振荡器电路图及参数选择图2真波形图72.相位调整网路部分图2-6位调节网络电路图原理说明：（如图2微分电路电路图根据虚短和虚断的概念在理想情况下，微分电路的输出电压与输入电压的函数关系为：在实用电路中输入端与电容之间串联一个小电阻在低频区次电阻的作用不是很明显在高频区当容抗小于此电阻值时此电阻的存在限制了闭环增益的进一步增大从而有效地抑制了高频噪声和干扰当此电阻值不可过大一般小于1k（）运放的选择：在设计中，要求的频率我10以要选好运放，选择能在高频下工作的集成运算放大器。EL2工作在130，所以选择EL2360.在Prote图2-7,2-综上所述，能够很好的实现9度相位。8图2位调节仿真图1图2位调节仿真图292体设计及仿真图2电路图10图2-真图1图2-真图2第三章结论本次课程设计的题目是双路正交I信号发生器的设计与仿真，主要应用了通信电子线路三点式振荡器电路内容以及模拟电子技术基础的微分电路部分通过查找资料结合书本中所学的知识完成了课程设计的内容把书中所学的理论知识和具体的实践相结合有利于我们对课本中所学知识的理解并加强了我们的动手能力。在课程设计之前我们通过各个渠道查找资料后分析验证经过多次的修改和整理，作了如上的设计思路。虽然这次设计一开始是按照设计要求去完成的，但由于在实际操作中出现了比较大的问题导致许多准备的资料在实际操作中都未能派上用场在这次的课程设计过程中我懂得了很多课程设计不光是让我们去“设计，更重要的是培养我们的能力！在这次的课程设计中我们通过动手实践操作进一步学习和掌握了有关高频原理的有关知识，特别是动手操作方面，加深了对L正弦波振荡器的认识，进一步巩固了对高频知识的理解也对模块的基本工作原理和调试仪器有了一定的了解在设计时我们根据课题要求复习了相关的知识还查阅了相当多的资料这也在一定程度上拓宽了我们的视野丰富了我们的知识这次的课程设计重点是通过实践操作和理论相结合，提高动手实践能力，提高科学的思维能力。11在接触课程设计之前因为这门课程的难度很大所以基础知识以及逻辑推理思维方面都是很欠缺，但是最后通过不懈努力终于完成了课程设计的要求。第四章展望本次课程设计基本达到了要求但是还存在很多可以改进的地方如输出信号幅值的调节以及输出信号源波形的改变。对于输出信号幅度调节可将图2-9中的R换成一个电位器调节R可改变输出幅值对于信号源波形改变可在已产生的正弦波上在做变化如要产生方波可用一个电压比较器实现若要产生三角波，可在方波的基础上加一个积分电路。第五章致谢本次课程设计能够顺利完成首先要感谢老师的