電感三點(diǎn)式振蕩器課程設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　正文3</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求3</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)的目的和意義3</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)要求及相關(guān)參數(shù)3</p><p><b>　

2、　1.3軟件介紹3</b></p><p><b>　　2理論基礎(chǔ)4</b></p><p><b>　　2.1振蕩器4</b></p><p>　　2.2三點(diǎn)式振蕩器4</p><p>　　2.3電感三點(diǎn)式（哈特萊）振蕩器5</p><p>　　2.4

3、原電路的工作原理7</p><p><b>　　3電路設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　3.1設(shè)計(jì)電路的組成7</p><p>　　3.1.1電感振蕩部分參數(shù)分析8</p><p>　　3.1.2輸出緩沖級(jí)部分9</p><p>　　3.2整體電路圖9</p><

4、p>　　3.3 仿真結(jié)果10</p><p>　　3.4結(jié)果分析15</p><p>　　3.4.1 誤差說明15</p><p>　　3.5參數(shù)說明16</p><p><b>　　總結(jié)17</b></p><p><b>　　致謝17</b></p

5、><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　振蕩器是用來產(chǎn)生重復(fù)電子訊號(hào)（通常是正弦波或方波）的電子元件。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路，能將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電信號(hào)輸出。振蕩器的種類很多，按振蕩激勵(lì)方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩

6、器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面。</p><p>　　三點(diǎn)式振蕩器是指LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而組成的一種振蕩器。 三點(diǎn)式振蕩器電路用電容耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點(diǎn), 是一種廣泛應(yīng)用的振蕩電路, 其工作頻率可達(dá)到幾百兆赫。本次課程設(shè)計(jì)將圍繞高頻電感

7、三點(diǎn)式正弦波振蕩器進(jìn)行具有具體功能的振蕩器的參數(shù)分析及仿真模型。</p><p><b>　　正文</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p>　　培養(yǎng)較為扎實(shí)的電子電路的理論知識(shí)及較強(qiáng)的實(shí)踐能力；加深對(duì)電路形式的選擇的了解；提高高頻電子電路的基本設(shè)計(jì)能

8、力及基本調(diào)試能力；強(qiáng)化使用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行電路的調(diào)試檢測(cè)能力。熟練運(yùn)用Multisim 10 File軟件對(duì)電子電路的仿真模型，深層次了解電子電路的工作情況。</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)要求及相關(guān)參數(shù)</p><p>　　1、采用晶體三極管或集成電路、場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成高頻電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器；</p><p>　　2、額定電源電壓5.0V ，電流1～3mA；</

9、p><p>　　輸出頻率 8 MHz （頻率具較大的變化范圍）；</p><p>　　3、通過跳線可構(gòu)成發(fā)射極接地、基極接地及集電極接地振蕩器；</p><p>　　4、有緩沖級(jí)，在100歐姆負(fù)載下，振蕩器輸出電壓≥ 1 V (D-P)；</p><p>　　5、本次課程設(shè)計(jì)將主要使用Multisim10軟件進(jìn)行仿真。</p>&l

10、t;p><b>　　1.3軟件介紹</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)將主要使用Multisim10軟件進(jìn)行仿真。Multisim10是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以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。Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠

11、快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借Multisim，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。</p><p><b>　　2理論基礎(chǔ)</b></p><p><b>　　2.1振蕩器</b></p><p>　　振蕩器是一種能自動(dòng)地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號(hào)

12、能量的轉(zhuǎn)換電路，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要分為RC，LC振蕩器和晶體振蕩器。其中采用RC網(wǎng)絡(luò)作為選頻移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器統(tǒng)稱為RC正弦振蕩器,屬音頻振蕩器；而采用LC振蕩回路作為移相和選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋振蕩器稱為L(zhǎng)C振蕩器。至于晶體振蕩器，則是使用石英晶體作為主要諧振器件的振蕩器。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，我們主要研究的是LC三點(diǎn)式振蕩器中的電感三點(diǎn)式（哈特萊）振蕩器。</p><p>

13、;　　LC振蕩器可以分為如下幾類：</p><p>　　變壓器耦合式：?jiǎn)喂躄C正弦振蕩器；差分對(duì)管LC正弦振蕩器；</p><p>　　三點(diǎn)式：電容三點(diǎn)式(考畢茲)振蕩器；電感三點(diǎn)式(哈特萊)振蕩器 ；</p><p>　　改進(jìn)三點(diǎn)式：克拉潑振蕩器；西勒振蕩器；</p><p><b>　　2.2三點(diǎn)式振蕩器</b>&l

14、t;/p><p>　　三點(diǎn)式振蕩器是指LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而組成的一種振蕩器。 三點(diǎn)式振蕩器電路用電容耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點(diǎn), 是一種廣泛應(yīng)用的振蕩電路, 其工作頻率可達(dá)到幾百兆赫。三點(diǎn)式電路圖基本結(jié)構(gòu)如圖3.1</p><p>　　圖2.1 三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)具體

15、元件選擇與接法的不同又可以分為電容三點(diǎn)式振蕩器（考畢茲振蕩器）與電感三點(diǎn)式（哈特萊振蕩器）兩種，其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　電容三點(diǎn)式：反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形好，接近正弦波。反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)，如果用該變回路的方法來調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。</p><p>　　電感三點(diǎn)式：便于用改變電容的方法來調(diào)整振蕩頻率，而不會(huì)影響反饋系數(shù)，但是反

16、饋電壓中高次諧波分量比較多，輸出波形差。</p><p>　　2.3電感三點(diǎn)式（哈特萊）振蕩器</p><p>　　電感三點(diǎn)式振蕩電路是指原邊線圈的3個(gè)段分別接在晶體管的3個(gè)極。又稱為電感反饋式振蕩電路或哈特萊振蕩電路。其典型電路圖與交流等效電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖2.2 電感三點(diǎn)式（哈特萊）振蕩器原電路圖</p><p&g

17、t;　　圖2.3 電感三點(diǎn)式振蕩器交流等效電路</p><p>　　電感三點(diǎn)式電路的特點(diǎn)：</p><p><b>　　1.容易起振</b></p><p>　　2.改變諧振回路的電容C，可方便的調(diào)節(jié)振蕩頻率</p><p>　　3.輸出波形較差，不能抑制高次諧波的反饋</p><p>　　2.

18、4原電路的工作原理</p><p>　　電感三點(diǎn)式振蕩器的原理電路如圖2.2所示，圖2.3是其交流等效電路。圖2.2中， Rb1、Rb2和Re為分壓式偏置電阻；Cb和Ce分別為隔直流電容和旁路電容；L1、L2和C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極交流負(fù)載。諧振回路的三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管的三個(gè)電極相連，符合三點(diǎn)式振蕩器的組成原則。由于反饋信號(hào)由電感線圈L2取得，故稱為電感反饋三點(diǎn)式振蕩器。</p><

19、p>　　采用與電容三點(diǎn)式振蕩電路相似的方法可求得反饋系數(shù)F的公式如下：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　其中M為L(zhǎng)1、L2 的互感系數(shù)。當(dāng)線圈繞在封閉瓷芯的瓷環(huán)上時(shí)，線圈兩部分的藕合系數(shù)接近于1，反饋系數(shù)F近似等于兩線圈的匝數(shù)比，即F=N2/N1。振蕩頻率的近似為</p><p><b>　　(2

20、)</b></p><p>　　以上是對(duì)電感三點(diǎn)式振蕩電路的基本分析,由于要考慮到加入負(fù)載以后電感三點(diǎn)式振蕩器的一些失真情況，因此引入緩沖級(jí)部分來作為負(fù)載加以仿真對(duì)比。</p><p><b>　　3電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1設(shè)計(jì)電路的組成</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的電路主要由電感振蕩電

21、路部分與輸出緩沖級(jí)部分構(gòu)成。電感振蕩電路部分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；輸出緩沖級(jí)是在電路的輸出端加一射極跟隨器。相關(guān)電路見下圖：</p><p>　　圖3.1.1電感振蕩電路部分</p><p>　　圖3.1.2緩沖級(jí)部分</p><p>　　3.1.1電感振蕩部分參數(shù)分析</p><p>　　如圖2.5.1所示的

22、電感振蕩電路部分，它由基本放大器、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C3/C1，所以維持振蕩所需的電壓增益是：</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>　

23、　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

24、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>　　3.1.2輸出緩沖級(jí)部分</p><p>　　如圖2.5.2緩沖級(jí)部分電路，通過在輸出端加入射極跟隨器電路，從而提高帶負(fù)載能力。以滿足設(shè)計(jì)要求的100歐姆負(fù)載

25、。</p><p>　　射極跟隨器輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)略低于1，帶負(fù)載能力強(qiáng)，具有較高的電流放大能力，它可以起到阻抗變換和極間隔離的作用，因而可以減小負(fù)載對(duì)于振蕩回路的影響。</p><p><b>　　3.2整體電路圖</b></p><p>　　整體電路原理圖如下：</p><p>　　圖3.2.1設(shè)

26、計(jì)后電感三點(diǎn)式整體電路圖</p><p><b>　　3.3 仿真結(jié)果</b></p><p>　　根據(jù)有無緩沖級(jí)，仿真結(jié)果呈現(xiàn)兩種狀態(tài)：</p><p>　　圖3.3.1仿真結(jié)果</p><p>　　圖3.3.1為未加入輸出緩沖級(jí)時(shí)的仿真結(jié)果，可以看到輸出波形有一定程度的失真（頂部與底部有微小削平跡象）。</p&

27、gt;<p>　　圖3.3.2仿真結(jié)果</p><p>　　圖3.3.2為加入緩沖級(jí)之后的仿真結(jié)果，可以看出正弦波明顯變得平滑，失真度變小，但頻率未變，基本滿足實(shí)驗(yàn)要求。</p><p>　　圖3.3.3仿真結(jié)果</p><p>　　圖3.3.3為增大電容C5后的仿真結(jié)果。將電容C5由100nF增大至200nF后，觀察仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)輸出波形振蕩頻率降低

28、，但是波形仍然平滑，接近標(biāo)準(zhǔn)正弦波，無明顯失真；</p><p>　　圖3.3.4仿真結(jié)果</p><p>　　圖3.3.4為減小電容后的仿真結(jié)果。將電容C5由100nF減小至50nF后，觀察仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)輸出波形振蕩頻率升高，但是波形仍然平滑，接近標(biāo)準(zhǔn)正弦波，同樣無明顯失真。</p><p>　　圖3.3.5仿真結(jié)果</p><p>　　從

29、圖3.3.5的仿真圖，可看出振蕩波形的產(chǎn)生了明顯的失真。這說明電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器在很高振蕩頻率狀態(tài)下的反饋電壓中高次諧波分量較多，導(dǎo)致輸出波形差。</p><p>　　通過圖3.3.3和圖3.3.4的仿真結(jié)果，可說明電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器可以用改變電容的方法來調(diào)整振蕩頻率，而不會(huì)影響反饋系數(shù)。</p><p><b>　　3.4結(jié)果分析</b></p>

30、<p>　　3.4.1 誤差說明</p><p>　　原電路在無緩沖級(jí)時(shí)，即作為傳統(tǒng)哈特萊振蕩電路時(shí)也可以產(chǎn)生比較不錯(cuò)的正弦振蕩波，但是有微小失真，且電壓較高，不符合最終要求。當(dāng)增加緩沖級(jí)即在輸出端加上射極跟隨器之后，振蕩波形振幅降低且失真被稍微修復(fù)，證明射極跟隨器輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)低于1，帶負(fù)載能力強(qiáng)，具有較高的電流放大能力，可以起到阻抗變換和極間隔離的作用，從而減小負(fù)載對(duì)于振蕩

31、回路的影響。</p><p>　　之后，改變電容C5的值，由100nF增加至200nF，即電容增大為原來的2倍，發(fā)現(xiàn)振蕩頻率略微降低，大概變?yōu)樵瓉淼?/。而50nF時(shí)的振蕩頻率大概為200nF時(shí)的2倍，滿足公式。</p><p>　　此外，電容C5增大與減小過程中出現(xiàn)的各種情況也與理論情況接近，故可以認(rèn)為本次仿真在誤差允許的范圍內(nèi)是準(zhǔn)確的。</p><p><

32、b>　　3.5參數(shù)說明</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的題目是高頻電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用了高頻電子線路三點(diǎn)式振蕩器電路內(nèi)容。因?yàn)楦哳l的知識(shí)本來就不容易懂，所以查找資料和查閱基礎(chǔ)知識(shí)，花了很長(zhǎng)的時(shí)間。這些都應(yīng)歸咎于自己基礎(chǔ)知識(shí)的匱乏。通過查找資料，結(jié)合書本中所學(xué)的知識(shí)，我最終完成了課程

33、設(shè)計(jì)的內(nèi)容。把書中所學(xué)的理論知識(shí)和具體的實(shí)踐相結(jié)合，有利于我們對(duì)課本中所學(xué)知識(shí)的理解，并加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)讓我更好地掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試，更加深刻地理解了課本知識(shí)。在此次做課程設(shè)計(jì)的過程中，我深深地感受到了自己所學(xué)到知識(shí)的有限和自身的不足，并且學(xué)會(huì)了對(duì)所找內(nèi)容的取舍及分析?？傊?，從中我學(xué)習(xí)到了如何解決遇到的困難，而且進(jìn)一步熟悉了晶體管的應(yīng)用并掌握了其工作原理和具體的使用方法

34、，增強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)的思考能力。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩周，在周圍同學(xué)，特別是指導(dǎo)老師的詳細(xì)幫助下，圓滿完成。在這里，特別感謝指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 市川裕一 青木勝《高頻電

35、子設(shè)計(jì)與制作》，科學(xué)出版社，2005.9</p><p>　　【2】 胡宴如《高頻電子線路》，高等教育出版社，2008.7</p><p>　　【3】 康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ)》，高等教育出版社，2000.6</p><p>　　【4】 王志綱《現(xiàn)代電子線路》，清華大學(xué)出版社，2003.4</p><p>　　【5】 張肅文《高頻電子線路》，高等