通信基本電路課程設計---lc正弦波振蕩器的設計

1、<p>　　高頻電子線路課程設計報告</p><p>　　設計題目： LC正弦波振蕩器的設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設計任務與要求…………….…………………………………………………1</p><p>　　二、設計方案…………….…………………………………………………

2、………1</p><p>　　2.1電感反饋式三端振蕩器……………………………………...……………1</p><p>　　2.2電容反饋式三端振蕩器………………………………………...…………2</p><p>　　2.3克拉波電路振蕩器………………………………………………...………3</p><p>　　2.4西勒電路振蕩器………………

3、………………………………………...…4</p><p>　　三、設計內容………………………………………………………………………..5</p><p>　　3.1 LC振蕩器的基本工作原理………………………………………… ..…..5</p><p>　　3.2西勒電路原理圖及分析…………………………………...….………..….7</p><p

4、>　　3.3西勒振蕩器仿真……………………………………….……………...…...9</p><p>　　3.4 仿真結果與分析……………………………………………….………….10</p><p>　　四、總結…………………………………………………………………….………11</p><p>　　五、主要參考文獻…………………………………………………………………

5、.12</p><p><b>　　設計任務與要求</b></p><p>　　在本課程設計中，為了更好地學習通信基本電路這門課程，我在這份LC正弦波振蕩器的設計中，通過對電感反饋式三端振蕩器、電容反饋式三端振蕩器以及改進型電容反饋式振蕩器的設計、分析，加深了如何把課本上的知識點加以融會貫通的認識。在這份課程設計中，學習使用了Multisim軟件，把動手能力跟原理結合

6、起來，感覺收獲頗豐。</p><p>　　在本課程設計中指標要求如下：</p><p>　　設計的LC正弦波振蕩器能夠輸出穩(wěn)定正弦波信號</p><p>　　2.輸出頻率可調范圍為10~20MHz。</p><p><b>　　設計方案</b></p><p>　　LC正弦波振蕩器主要有電感反饋式

7、三端振蕩器、電容反饋式三端振蕩器以及改進型電容反饋式振蕩器（克拉波電路和西勒電路）等三種類型。由于互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率較高。由此可知，西勒電路具有該電路頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，頻率調節(jié)方便等優(yōu)點。所以在本設計中用并聯(lián)改進型的西勒電路振蕩器。</p><p>　　下面對幾種振蕩器進行分析：</p><p>　　電感反

8、饋式三端振蕩器</p><p>　　起振條件：，為考慮震蕩回路阻抗后的晶體管等效輸出導納，，此處為輸出回路的諧振阻抗。</p><p><b>　　震蕩頻率：</b></p><p>　　電感反饋震蕩電路的優(yōu)點：由于和之間有互感M存在，易起振。改變回路電容來調整頻率時，不影響電路的反饋系數(shù)。主要缺點是：震蕩波形不好。這是因為反饋支路為感性支路，

9、對高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故對于LC回路中的高次諧波反饋較強，波形失真較大。當工作頻率較高時，由于和上的分布電容和晶體管的極間電容均并聯(lián)于與兩端，反饋系數(shù)F隨頻率變化而變化。工作頻率愈高，分布參數(shù)的影響也愈嚴重，甚至可能使F減小到滿足不了起振條件。因此在高頻波段里，優(yōu)先選擇的是電容反饋振蕩器。</p><p>　　電容反饋式三端振蕩器</p><p>　　電容三點式振蕩器又稱為考畢茲振蕩器，其

10、原理電路如圖：</p><p><b>　　反饋系數(shù)F的表達式</b></p><p>　　諧振回路的總電容量為、的串聯(lián)，即</p><p><b>　　振蕩頻率的近似為</b></p><p>　　與電感三端震蕩電路想比，電容三端振蕩器的優(yōu)點是輸出波形較好，這是因為集電極和基極電流可通過對諧波為低

11、阻抗的電容支路回到發(fā)射極，所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧波分量減少，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中的不穩(wěn)定電容（分布電容、器件的結電容等）都是與該電路并聯(lián)的，因此適當?shù)募哟蠡芈冯娙萘?，就可以減弱不穩(wěn)定因素對振蕩器的影響，從而提高了頻率穩(wěn)定度。最后，當工作頻率較高時，甚至可以只利用器件的輸入和輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。</p><p>　　這種電路的缺點是:調或來改變震蕩頻率時，

12、反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個可變電容器，并令與為固定電容，則在調整頻率時，基本上不會影響反饋系數(shù)。</p><p><b>　　克拉波電路振蕩器</b></p><p>　　克拉潑電路時一種高穩(wěn)定度的LC震蕩電路，電路圖如下：</p><p>　　在前述的電容三點式振蕩諧振回路電感支路中增加了一個電容C3，其取值比較小，要求C3&l

13、t;< C1，C3<< C2。</p><p>　　諧振回路的總電容量CΣ為C1、C2 和C3的串聯(lián)，即</p><p><b>　　振蕩頻率為</b></p><p><b>　　西勒電路振蕩器</b></p><p>　　西勒電路是在克拉潑電路的L兩端并聯(lián)上一個電容得到的，有效

14、的改善了克拉潑電路可調范圍小的缺點，電路圖如圖所示：</p><p><b>　　所以振蕩頻率</b></p><p>　　該電路頻率穩(wěn)定性非常高，振幅穩(wěn)定，頻率調節(jié)方便，適合做波段振蕩器。</p><p>　　通過對以上的幾種電路的分析，可以看出：</p><p>　　電感反饋式三端振蕩器：容易起振，調頻方便，但波形失

15、真較大；</p><p>　　電容反饋式三端振蕩器：波形好，頻率穩(wěn)定性好，但調頻不方便；</p><p>　　克拉潑振蕩器：調頻方便但可調范圍?。?lt;/p><p>　　西勒振蕩器：頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，調頻方便。</p><p>　　所以，在本設計中擬采用并聯(lián)改進型的西勒電路振蕩器。</p><p><b>

16、;　　設計內容</b></p><p>　　3.1 LC振蕩器的基本工作原理</p><p>　　振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能轉換為交流電能的裝置。振蕩器根據(jù)自身輸出的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器，正弦波振蕩器的方框圖如圖</p><p><b>　　振蕩器原理框圖</b></p><p&g

17、t;　　由所學知識可知，構成一個振蕩器必須具備下列三個條件：</p><p>　　1.一套振蕩回路，包含兩個（或兩個以上）儲能元件。在這兩個元件中，當一個釋放能量時，另一個就接收能量。釋放與接收能量可以往返進行，其頻率決定于元件的數(shù)值。</p><p>　　2.一個能量來源，補充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量損失。在晶體管振蕩器中，這個能源就是直流電源。</p><p>

18、;　　3.一個控制設備，可以使電源功率在正確的時刻補充電路的能量損失，以維持等幅振蕩。由有源器件和正反饋電路完成。</p><p>　　3.2 西勒振蕩器電路原理圖：</p><p><b>　　3.2.1振蕩原理</b></p><p>　　西勒電路是一種改進型的電容反饋振蕩器，是在克拉潑電路上改進的來的，電路原理圖如下所示：</p&

19、gt;<p>　　震蕩回路的總電容為：</p><p><b>　　得到振蕩頻率為：</b></p><p>　　3.2.2靜態(tài)工作點的設置</p><p>　　選擇振蕩器的靜態(tài)工作點，對振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質量的好壞有著密切的關系。一般小功率振蕩器集電極電流ICQ大約在0.8-4mA之間選取，故本實驗電路中：<

20、/p><p>　　選ICQ=2mA， VCEQ=6V，β=100</p><p><b>　　則有</b></p><p>　　為提高電路的穩(wěn)定性Re值適當增大，取Re=1KΩ則Rc＝2KΩ</p><p>　　因：UEQ=ICQ·RE 則：UEQ =2mA×1K=2V</p><

21、p>　　因： IBQ=ICQ/β 則： IBQ =2mA/100=0.02mA</p><p>　　一般取流過Rb2的電流為5-10IBQ , 若取10IBQ,,</p><p><b>　　,Rb2取12kΩ</b></p><p>　　3.2.2振蕩回路元件參數(shù)的計算</p><p>　　振蕩

22、器的工作頻率為：</p><p>　　在LC振蕩時，根據(jù)要求得：=10MHz ，L＝10μH</p><p>　　由回路的諧振頻率主要由C4、C6決定：</p><p>　　令C4 =75pf，C6=82pf，要滿足C2，C3>>C4,C6，C2/C3=1/8—1/2的條件，取C2=680pf，則C3=680pf。</p><p>

23、;　　3.3 西勒振蕩器電路圖：</p><p>　　3.4 西勒振蕩器仿真：</p><p><b>　　3.4.1軟件簡介</b></p><p>　　Multisim是一個用于電子線路設計與仿真的EDA工具軟件，是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原

24、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。Multisim軟件特點:</p><p>　　1.直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。</p><p>　　2.豐富的元

25、器件庫：Multisim大大擴充了EWB的元器件庫， 包括基本元件、半導體器件、運算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種部件。</p><p>　　3.豐富的測試儀器：數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉換儀外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡分析儀。</p><p>　　4.強大的分析方法：直

26、流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析等等。</p><p>　　下圖為西勒電路振蕩器的電路圖經(jīng)過我們仿真可得到：</p><p>　　3.4.2仿真結果分析</p><p>　　西勒振蕩電路，圖西勒振蕩器的接入系數(shù)與克拉潑振蕩器的相同，由于改變頻率主要通過電容造成，電容的改變不影響接入系數(shù)的大．。所以，調節(jié)起來

27、更為方便。</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　本次課程設計，我的題目是LC正弦波振蕩器的設計。在張肅文《高頻電子線路》這本書中，我更為喜歡西勒電路震蕩器，它是在克拉潑電路上改進的來的電容反饋振蕩器，它比前者更具有頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，調頻方便等優(yōu)點。</p><p>　　在設計中，我對實現(xiàn)高頻震蕩器的幾種常見電路進

28、行了分析，了解了各種振蕩器的優(yōu)缺點：</p><p>　　電感三點式振蕩器：調頻方便，容易起振，但輸出波形不理想。</p><p>　　電容三點式振蕩器：波形好，但頻率穩(wěn)定性低。</p><p>　　克拉潑振蕩器：改變振蕩頻率不影響反饋系數(shù)，振蕩幅度穩(wěn)定，但可調范圍較小。</p><p>　　西勒振蕩器：振蕩幅度穩(wěn)定，振蕩頻率較高，在做變頻率

29、振蕩器時其波段覆蓋系數(shù)較大，輸出電壓幅度比較平穩(wěn)。</p><p>　　在震蕩器的設計中，我首先分析了振蕩器的工作原理，并畫出了西勒電路的原理圖與仿真電路圖。然后是對電路參數(shù)的計算，使其能夠達到震蕩頻率的要求。</p><p>　　在設計報告中，振蕩電路接通電源后，剛開始并不起振，原因在于振幅平衡條件不滿足。經(jīng)過修改后得出了理想的狀態(tài)波形。</p><p>　　在這

30、份課程設計中，我理解了更多振蕩電路中的知識，在設計電路元件參數(shù)的時候首先要考慮電路起振條件和平衡條件，尤其是靜態(tài)工作點的選取更為重要。反饋網(wǎng)絡是西勒振蕩器設計中的一個重要環(huán)節(jié)，正反饋使輸出起到與輸入相似的作用是系統(tǒng)偏差不斷增大，是系統(tǒng)震蕩。此外我理解普通電容三點式電路與電感三點式的區(qū)別在于選取的反饋網(wǎng)絡的不同之處。做好一份課程設計需要非常大的耐心，還需要毅力，在設計中應該認真謹慎的對待每一處錯誤，然后加以改正。</p>&