電容反饋三點(diǎn)式振蕩器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電容反饋三點(diǎn)式振蕩器</p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，通訊工具在我們的生活中的作用越來越重要。通信工程專業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭也一定會(huì)更好，為了自己將來更好的適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，增強(qiáng)自己對(duì)知識(shí)的理解和對(duì)理論知識(shí)的把握，本次課程設(shè)計(jì)我準(zhǔn)備制作具有實(shí)用價(jià)值的電容反饋三點(diǎn)式振蕩器。</p><p&

2、gt;　　振蕩器簡(jiǎn)單地說就是一個(gè)頻率源，一般用在鎖相環(huán)中能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號(hào)輸出的電子電路或裝置。詳細(xì)說就是一個(gè)不需要外信號(hào)激勵(lì)、自身就可以將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能的裝置。一般分為正反饋和負(fù)阻型兩種。所謂“振蕩”，其涵義就暗指交流，振蕩器包含了一個(gè)從不振蕩到振蕩的過程和功能。能夠完成從直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)化，這樣的裝置就可以稱為“振蕩器”。</p><p><b>　　二、總體方案&

3、lt;/b></p><p>　　2.1電路工作原理 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的是電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器是自激振蕩器的一種，因此更好進(jìn)行設(shè)計(jì)了。振蕩器是不需要外加信號(hào)激勵(lì)，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。</p><p>　　由我們所學(xué)過的知識(shí)知道，構(gòu)成一個(gè)振蕩器必須具備下列一

4、些最基本的條件：</p><p>　　（1）任何一個(gè)振蕩回路，包含兩個(gè)或兩個(gè)以上儲(chǔ)能元件。在這兩個(gè)儲(chǔ)能元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。接收和釋放能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定于元件的數(shù)值。</p><p>　?。?）電路中必須要有一個(gè)能量來源，可以補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的損耗。在電容三點(diǎn)式振蕩器中，這些能量來源就是直流電源。</p><p>　　（3）必

5、須要有一個(gè)控制設(shè)備，可以使電源在對(duì)應(yīng)時(shí)刻補(bǔ)充電路的能量損失，以維持等幅震蕩。這是由有源器件（電子管，晶體管或集成管）和正反饋電路完成的。</p><p>　　對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)，所用的最基本原理如下：</p><p>　?。?）振蕩器起振條件為AF>1（矢量式），振蕩器平衡條件為:AF=1（矢量式），它說明在平衡狀態(tài)時(shí)其閉環(huán)增益等于1。在起振時(shí)A>1/F，當(dāng)振幅增大到一定的程度后

6、，由于晶體管工作狀態(tài)有放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)，放大倍數(shù)A迅速下降，直至AF=1（矢量式），此時(shí)開始諧振。假設(shè)由于某種因素使AF<1,此時(shí)振幅就會(huì)自動(dòng)衰減，使A與1/F逐漸相等。</p><p>　?。?）振蕩器的平衡條件包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：振幅穩(wěn)定和相位穩(wěn)定 。</p><p>　　我們可以假設(shè)橫坐標(biāo)是振蕩電壓，而縱坐標(biāo)分別是放大倍數(shù)K和反饋系數(shù)F，假設(shè)因?yàn)槟撤N情況使電壓增長(zhǎng)，這時(shí)K.F&

7、lt;1，振蕩就會(huì)自動(dòng)衰減。反之，若電壓減少，出現(xiàn)KF>1的情況，振蕩就會(huì)自動(dòng)增強(qiáng)，而又回到平衡點(diǎn)。由此可知結(jié)論為：在平衡點(diǎn)，若K曲線斜率小于0，則滿足振蕩器的振幅穩(wěn)定條件。過K曲線的斜率為正，則不滿足穩(wěn)定條件。</p><p>　　對(duì)于相位穩(wěn)定條件來說，它和頻率穩(wěn)定實(shí)質(zhì)上是一回事，因?yàn)檎袷幍慕穷l率就是相位的變化率，所以當(dāng)振蕩器的相位發(fā)生變化時(shí)，頻率也發(fā)生了變化。</p><p>　

8、　（3）我們知道LC振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分組成。為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應(yīng)該等于1，即AF=1，因?yàn)樵谥C振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為C1/C2，所以維持振蕩所需的電壓增益應(yīng)該是</p><p><b>　　A=C2/C1</b></p><p>　　電容三點(diǎn)式振蕩器的諧振頻率為 </p><p>　　f0=1/2π

9、[L(C1C2/C1+C2)]1/2</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中可通過測(cè)量周期T來測(cè)定諧振頻率，即</p><p><b>　　f0=1/T</b></p><p>　　放大器的電壓增益可通過測(cè)量峰值輸出電壓Vop和輸入電壓Vip來確定，即</p><p><b>　　A=Vop/Vip</b>&

10、lt;/p><p>　?。?）2N2221A三極管的工作原理 </p><p>　　2N2221A三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電

11、極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。</p><p>　　但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置，否則會(huì)放大失真。</p><p>　　2.

12、2電路方框圖及說明：</p><p><b>　?。ㄒ娤马摚?lt;/b></p><p>　　濾波網(wǎng)絡(luò):濾除電源中的交流成分是外加電源中只含有直流成分，因?yàn)檎袷幤魉蟮募釉陔娐飞系碾娔苁侵绷麟娔?，而?shí)際電源很難達(dá)到純粹的直流，所以需要加這樣一個(gè)電路將其中可能的交流成分濾除。</p><p>　　放大網(wǎng)絡(luò)：放大網(wǎng)絡(luò)就是通過加在基極的直流電壓來控制集

13、電極的電壓輸出。放大網(wǎng)絡(luò)對(duì)于靠近諧振頻率的信號(hào)，有較大的增益，對(duì)于遠(yuǎn)離諧振頻率的信號(hào)，增益迅速下降。</p><p>　　選頻網(wǎng)絡(luò)：由電感及電容組成的選頻網(wǎng)絡(luò)分為兩類，一類是串聯(lián)諧振回路，另一類是并聯(lián)諧振回路，回路諧振時(shí)，電感線圈中的磁能與電能中的磁能周期性的轉(zhuǎn)換著。電抗元件不消耗外交電動(dòng)勢(shì)能量。外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路中的等幅振蕩。所以在串聯(lián)諧振時(shí)，回路中電流達(dá)到最大值，并聯(lián)諧振中，負(fù)載

14、電壓達(dá)到最大值。</p><p>　　正反饋網(wǎng)絡(luò)：反饋，指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過程，即將輸出量通過恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程。正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用。正反饋網(wǎng)絡(luò)是電感反饋三點(diǎn)式振蕩網(wǎng)絡(luò)中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。</p><p>　　2.3電路圖所需元件</p>

15、;<p>　　電源 1個(gè)</p><p>　　電阻 6個(gè)</p><p>　　電容 7個(gè)</p><p>　　電感 2個(gè)</p><p>　　三極管 1個(gè)</p><p>　　示波器 1個(gè)<

16、;/p><p><b>　　三、電路的具體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1電路的設(shè)計(jì)依據(jù)及原理圖 </p><p>　　三點(diǎn)式LC振蕩器，特別是電容反饋式三點(diǎn)振蕩器，由于反饋主要是通過電容，所以可以削弱高次諧波的反饋，是振蕩產(chǎn)生的波形得到改善，且頻率穩(wěn)定度高，又適于較高波段工作。</p><p>　　引起振蕩頻率不穩(wěn)

17、定的原因有很多，包括晶體管間存在的電容，諧振回路參數(shù)隨時(shí)間、電源電壓、溫度的變化而變化，晶體管參數(shù)不穩(wěn)定等，為得到穩(wěn)定的振蕩頻率，因此我們?cè)谶x元器件時(shí)，除選用高質(zhì)量電路元件，采用直流穩(wěn)壓電源及恒溫措施外，還應(yīng)提高振蕩回路品質(zhì)因數(shù)Q，因?yàn)镼越大，相頻特性曲線在f0附近的斜率也大，選頻特性也越好。</p><p>　　構(gòu)成電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的最基本電路應(yīng)該是一個(gè)交流電路。因此在設(shè)計(jì)總電路圖之前，我先設(shè)計(jì)了一個(gè)交流電

18、路，隨后將各個(gè)電路元件包括三極管連接起來才能得到最終的總電路圖</p><p><b>　　3.2電路分析</b></p><p>　　在實(shí)驗(yàn)中為了減小晶體管極間電容的影響可采用改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路，即在諧振回路電感支路中增加一個(gè)電容C6,其直比較小，要求C6<<C4;C4<<C5，則諧振回路總電容量為：</p><p&

19、gt;　　1/C總=1/C4+1/C5+1/C6≈1/C6,即C總≈C6</p><p>　　因此振蕩頻率f0近似為：</p><p>　　f0=1/2π（LC總）1/2≈1/2π（LC6）1/2</p><p>　　經(jīng)過這樣的改變之后，C4，C5對(duì)振蕩頻率的影響顯著減小，與 C4，C5并聯(lián)相接的晶體管極間電容影響也減小了。但由于諧振回路接入C6，晶體管等小負(fù)載會(huì)減

20、小、放大器放大倍數(shù)減小、振蕩器輸出幅度減小，若C6過小，振蕩器會(huì)因不滿足起振條件而停止振蕩。因此，在添加C6的時(shí)候一定要選擇合適的值，不能為了減小晶體管極間電容的影響而使振蕩器不再振動(dòng)！</p><p>　　四、原理圖Multisium軟件仿真</p><p><b>　　4.1電路圖仿真</b></p><p>　　Multisim是Inte

21、ractive Image Technologies 公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。</p><p>　　以前由于做過數(shù)電課程設(shè)計(jì)，雖然對(duì)multisim的使用還有一些基礎(chǔ)，但并不熟悉，因此在做本次課設(shè)之前我又看了好多資料，對(duì)于本電路來說，在仿真時(shí)需要注意以下方面：（1）仿真軟件界

22、面上組建仿真電路，其中需雙擊可變電容C4圖標(biāo)，將彈出的對(duì)話框欄中的Key設(shè)置成B，Increment欄設(shè)置成1%；（2）雙擊電位器圖標(biāo)，將彈出的對(duì)話框中Increment也改為1%暫時(shí)斷開反饋電容C6，調(diào)出虛擬萬用表并聯(lián)在集電極電阻R3兩端。開啟仿真開關(guān)，雙擊萬用表圖標(biāo)，調(diào)整電位器R6的百分比，是萬用表的直流電壓在2V左右，即電路的靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ≈2mA左右。</p><p>　?。?）交流電路仿真如下：<

23、;/p><p>　?。?）總電路圖仿真如下：</p><p>　　4.2仿真結(jié)果及分析</p><p>　　仿真結(jié)果如圖上圖所示，由圖可知道，正弦波的周期約為350243.243ns,振幅約為4.2v,在本次仿真的過程中，開始時(shí)我將C5的電容值調(diào)得過大，并且由于沒有接好電容C4，而使結(jié)果不能出波形。隨后糾正了錯(cuò)誤才得到上邊的圖形</p><p>

24、　　在設(shè)計(jì)過程中，我不會(huì)對(duì)波形調(diào)試，由于顯示的波形太小并且把x軸的比例調(diào)的太大，導(dǎo)致沒有發(fā)現(xiàn)圖形。隨后通過翻閱multisim的一些資料，才知道自己的失誤，于是對(duì)電路重新進(jìn)行了調(diào)試才得到滿意的結(jié)果</p><p><b>　　五、心得體會(huì)</b></p><p>　　對(duì)于電路的設(shè)計(jì)過程我以為電容三點(diǎn)式振蕩器的設(shè)計(jì)很難，設(shè)計(jì)比較煩瑣，有靜態(tài)工作點(diǎn)的要求，各電阻、電容值的

25、設(shè)計(jì)，還有好多要求，看起來十分復(fù)雜。后來通過查資料，才了解到先要計(jì)算好各電阻的值，再根據(jù)各電容的作用，確定電容的值，畫出電路圖，一切都會(huì)變得簡(jiǎn)單。同樣，在這次課程設(shè)計(jì)中也遇到了不少問題，集中體現(xiàn)在word運(yùn)用極不熟練，尤其是編輯公式時(shí)，操作不靈便，編輯好的文檔沒有及時(shí)保存，以至于從頭再來，浪費(fèi)了很多時(shí)間。但吃一塹長(zhǎng)一智，現(xiàn)在遇到這些問題，及時(shí)解決，以后再做這類事情就會(huì)多一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，就會(huì)少出一些類似問題。</p><p&

26、gt;　　經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)前面的路有了更多的信心，因?yàn)樵谶@個(gè)過程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對(duì)于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨(dú)立解決問題的能力。雖然這次課程設(shè)計(jì)中我對(duì)電路進(jìn)行了仿真，并且認(rèn)真的對(duì)電路的每一部分進(jìn)行了修正，但最后出來的波形還是不很穩(wěn)定。本次課程設(shè)計(jì)沒有要求制作電路板并且對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，但我相信要是調(diào)試的話也一定回去的滿意的效果。</p><p>　　我們?cè)趯W(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)還要努

27、力培養(yǎng)自己的動(dòng)手操作能力，對(duì)于通信工程的我們更是如此，通過這次課程設(shè)計(jì)我也看到了自己的差距，今后會(huì)努力提高自己的動(dòng)手操作能力，以求真正領(lǐng)會(huì)通信專業(yè)里邊的各種知識(shí)，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　六、參考資料</b></p><p>　　1.于洪珍，《通信電子電路》，清華大學(xué)出版社，2005年6月</p><p>　　2

28、.沈偉慈，《高頻電路》，西安電子科技大學(xué)出版社，2000年</p><p>　　3.張肅文，《高頻電子線路》，高等教育出版社，1993年</p><p>　　4.高吉祥，《高頻電子線路》，電子工業(yè)出版社，2003.年</p><p>　　5.清華大學(xué)通信教研組，《高頻電路》，人民郵電出版社，1980年</p><p>　　6.姚福安，《電子電