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1、LC正弦波振荡器的设计LC正弦波振荡器的设计前言前言“高频电子线路”是电子、信息、通信类等专业的一门专业基础课，要紧研究通信系统中发送设备和接收设备的各类高频单元电路的大体组成、功能和原理。该课程是一门工程性和实践性很强的课程，除把握教材所提供的必要基础知识外，还必需通过实践环节提高应用能力（如 LC 正弦波振荡器的设计与调试和仪器利用等）。关于本课程，学生应注重大体概念、大体原理、大体分析方式和应用，要求达到：（1）明确高频电子线路的研究对象和典型应用；（2）明白得与熟悉高频电路中各单元电路的组成、工作原理及分析方式；（3）能正确利用仪器对单元电路或组合电路进行调试、测试和检修；（4）把握小
2、型高频整机电路的一样设计方式。LC 正弦波振荡器的设计与调试方式是每一个学生都应该把握的，因为科学技术的进展，振荡器已经与人们的生活息息相关。振荡器的显现给人类带来了远程通信。石英振荡器的显现带来了数字电信号的实现，电子技术和人类的生活息息相关。一个性能加倍优良的振荡器的问世，那么，他的进展前景是解决无线通信的通信质量、运算机速度、网络速度等现实问题之外，还要向噪声低，频率高，不受外界环境转变的阻碍提高性价比来为人类效劳。目录目录绪论课程设计的意义.4第一章设计任务书.4一.设计目的.4二.设计要求和步骤.4三.方案设计及选择.4第二章 单元电路设计与参数计算.5一.LC 三点式振荡组成原理图
3、.5二起振条件.5三频率稳固度.5四.LC 振荡模块设计.7第三章 总原理图及元器件清单.12一 总原理图.12二.元件清单.14第四章调试步骤.16一.按设计电路安装元器件.16二.测试点选择.16三.调试.17四.实验结果与分析.17五.频率稳固度.18第五章供参考选择的元器件.18第六章设计心得和体会.18第七章参考文献.19绪论课程设计的意义联系课堂所学知识，增强查阅、搜集、整理、吸收消化资料的能力，为毕业设计做预备。培育必然的独立分析问题、解决问题的能力。对设计中碰到的问题能通过独立试探、查阅有关资料，寻觅解决问题的途径。培育学生综合运用所学理论知识能力，提高学生综合能力。第一章设计
4、任务书一 设计目的 (1).熟悉 LC 正弦波振荡器的工作原理，和示波器的原理及用法。（2）.把握 LC 正弦波振荡器的大体设计方式。(3).明白得 LC 正弦波振荡回路并把握 LC 振荡器的设计，装载，调试，及其要紧性能参数的测试方式和如何选择电路的测试点。(4).了解外界因素、元件参数对振荡器工作稳固性及频率稳固度的阻碍情，以便提高振荡器的性能。二 设计要求和步骤 (1).设计一个 LC 正弦波频振荡器，输出频率 7KHz。(2).利用三端式振荡器原理产生正弦波信号，采纳的具体电路不限。要求给出所选电路的优势和缺点并通过测量值进行证明。也能够进行不同三端式振荡器的性能比较。(3).了解电路
5、散布参数的阻碍及如何正确选择电路的静态工作点。（4）.电路的大体原理，LC 正弦波振荡器是各类接收机和发射机中一种常见的电路，经常使用作载波振荡、本振混频振荡等。其典型形式为“三点式”振荡电路，其电路简单、频率稳固度高，它的工作原理是在正反馈的基础上，将直流电源提供的能量变成正弦交流输出。（5）选择所需的方案，画出有关的电路原理图。三 方案设计与选择LC 振荡器的电路种类比较多，依照不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳固性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳固性好，输出波形理想，振荡频率能够做得较高。因此选择电容反馈
6、三点式振荡器是无可置疑的，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。LC 振荡器是一种能量转换器，由晶体管等有源器件和具有选频作用的无源网络及反馈网络组成，其框图如图 1 所示.。放大电路选频网络输出正反馈网络图 1 振荡器框图方案一：三种振荡器输出信号波形全数用 Multisim 仿真软件得出；方案二：考毕兹振荡器的输出波形由仿真软件得出，其余两种振荡器由计算得出频率，画出相应的波形。经比较用仿真软件得出的波形比较直观简单而且准确，即选择方案一。第二章单元电路设计与参数计算一 LC 三点式振荡组成原理图其振荡频率 f=12LC。当X1和X2为容性，X3为感性时称为电
7、容反馈振荡器，其中 C=C1C2；当X1和X2为C1C2感性，X3为容性时称为电容反馈振荡器，其中 L=L1+L2.二起振条件 X1，X2必需是同性质的电抗，X3必需是异性质电抗，而且必需知足下面的关系：X3=（X1+X2）依照起振条件，能够推导出三极管的跨导 gm应知足下面的不等式：gm kf ugig0g1/kfu上式中：kfu=X2/X1反馈系数g1为三极管 be 间的输入电导g0为三极管 ce 间的输出电导g1为三极管 ce 间的负载电导和回路损耗电导之和。kgfu上式说明，起振时gm与、g0、g1、1等有关。假设管子参数和负载确信后，kfu大小应适合，不然不易知足起振条件。另外，还必
8、需考虑到频率稳固度和振荡幅度等要求。三频率稳固度频率稳固度是表示在一按时刻范围内或必然的温度、电压等转变范围内振荡频率的相对转变程度。假设频率相对转变越小，就说明振荡频率稳固度越高，不然稳固度就差。由上述讨论明白，因为振荡回路元件是决定频率的要紧因素，因此要提高频率稳固度，确实是要设法提高振荡回路的标准性。因此除采纳高稳固和高Q(因为Q值越大相频特性曲线在f0周围的斜率越大，选频特性就越好)的回路电容及电感外，还能够采纳负温度系数元件实现温度补偿，或采纳部份接入，以减小管子极间电容和散布电容对振荡回路频率的阻碍。由分析和实验明白，LC谐振回路的标准性和Q值都不高，频率稳固度不高于6104数量级
9、，而石英晶体标准性Q值都很高，接入系数也很小。频率稳固度可达10数量级。LC 振荡电路采纳三点式振荡，电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。6L2300mHR33kC610nF017C710nFV112 VR227kC31nF3C40.1uF8Q24C1100pFL110uHC51nFR15.1k2N2222A2R55.1kR41k0C2100pF图 2考毕兹振荡器图 3 考毕兹振荡器输出信号波形方案一：考毕兹振荡器f12L2(C1C2)C1C27MHz观看到的振荡波形如图 3 所示，从波形看出其震荡极不稳固，测试其波形频率为f1=155109调解 C1C2改变频率
10、时，反馈系数也改变。方案二：克拉泼振荡器克拉泼振荡器其振荡频率为 f=12LC，式中 C=1，此电路的频率稳固111C1C2C3度较好，但在振荡范围较宽时，输出幅度不均匀，且频率升高后不易起振，其要紧用于固定频率或波段范围较窄的场合。电容三点式改良型“克拉泼振荡器”如图 4所示。4L2300uHC610nF05R33kC710nFV212 V3R256kQ11C41nFC3C1100pF2N2222A30pF-VAR50%Key=C627C51nFR124kR55.1kR41kC2100pFL110uH0图 4 克拉泼振荡器理论计算振荡器的频率为克拉泼振荡器的频率为 f=12L2C3（C1C3
11、,C2C3）电路中 C3为可变电容，调整它即可在必然范围内调整期振荡频率。输出信号的幅值、频率等用不时监测法测试，调整 C3 观测震荡信号的波形和频率转变。观看到的振荡波形如图 5 所示：图 5 克拉泼振荡器输出信号波形方案三：西勒振荡器西勒振荡器其振荡频率为 f=12LC，式中C=1+C4，这种振荡器111C1C2C3较易起振，振荡频率也较为稳固，波形失真较小，当参数设置得那时，其频率覆盖系数较大。电容三点式的改良型“西勒振荡器”如图 6 所示。L246R33k300uHC610nFC710nF0V212 VR256kC437Q111nFC3C1100pF30pF-VAR50%Key=A52
12、N2222AC51nFR124k2C8R41kC2100pFL110uH30pF-VAR50%Key=C0R55.1k图 6 西勒振荡器其振荡器的频率为 f=12L2(C6C3)(C1C6,C2C6)输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试，调整C 六、C3 观测震荡信号的波形和频率转变。观看到的振荡波形如图 7 所示：观图 7 西勒振荡器输出波形基于以上分析，西勒振荡器输出波形较好应选用方案三。第三章 总原理图及元器件清单一 总原理图6L2300mHR33kC610nF017C710nFV112 VR227kC31nF3C40.1uF8Q24C1100pFL110uHC51nFR15.1k2N
13、2222A2R55.1kR41k0C2100pF图 8 考毕兹振荡器4L2300uHC610nF05R33kC710nFV212 V3R256kQ11C41nFC3C1100pF2N2222A30pF-VAR50%Key=C627C51nFR124kR55.1kR41kC2100pFL110uH0图 9 克拉泼振荡器L246R33k300uHC610nFC710nF0V212 VR256kC437Q111nFC3C1100pF30pF-VAR50%Key=A52N2222AC51nFR124k2C8R41kC2100pFL110uH30pF-VAR50%Key=C0R55.1k图 10 西勒振
14、荡器1二元件清单元件序号型号R1(图 8)主要参数27 K K K K100pF100 pF10nF10nF数量备注111111111111R2（图 8）R3（图 8）R4（图 8）R5（图 8）C1（图 8）C2（图 8）C3（图 8）C4（图 8）C5（图 8）C6（图 8）C7（图 8）L1（图 8）L2（图 8）Q1V1R1(图 9)2N2222A10uH300 uH12V24 K56 K K K K100pF100pF30 pF10 nF10 nF10H300H12V24 K56 K K K K100pF100pF111111111111111111111111111可变R2（图 9
15、）R3（图 9）R4（图 9）R5（图 9）C1（图 9）C2（图 9）C3（图 9）C4（图 9）C5（图 9）C6（图 9）C7（图 9）L1（图 9）L2（图 9）Q1（图 9）2N2222AV1（图 9）R1(图 10)R2（图 10）R3（图 10）R4（图 10）R5（图 10）C1（图 10）C2（图 10）C3（图 10）C4（图 10）C5（图 10）C6（图 10）C7（图 10）C8（图 10）L1（图 10）L2（图 10）Q1（图 10）2N2222AV1（图 10）30 pF30pF10 nF10 nF10H300H12V1111111111可变.第四章调试步骤一按
16、设计电路安装元器件由于调频振荡器的工作频率较高，晶体管的结电容、引线电感、散布电容及测量仪器对电路的性能阻碍均不能忽略。因此，在电路装调及测试时应尽可能减小这些散布参数的阻碍。安装时应合理布局，减小散布参数的阻碍。电路元件不要排得太松，引线尽量不要平行，不然会在元件或引线之间产生一点的散布参数，引发寄生反馈。多级放大器应排成一条直线，尽可能减小未级和前级之间的耦合。地线应尽可能粗，以减小散布电感引发的高频损耗，制印刷电路板时，地线的面积应尽可能大。为减小电源内阻形成的寄生反馈，应采纳滤波电容(C)及滤波电感（L）组成的（）型或（T）型滤波电路，一样（L）为几十微亨至几百微亨，（C）为几百皮法至
17、几十千皮法。二测试点选择正确选择测试点，减小仪器对被测电路的阻碍。在高频情形下，测量仪器的输入阻抗（包括电阻和电容）及连接电缆的散布参数都有可能阻碍被测电路的谐振频率及谐振回路的 Q 值，为尽可能减小这种阻碍，应正确选择测试点，使仪器的输入阻抗远大于电路测试点的输出阻抗。关于图 2 所示电路，高频电压表接于 C 点，示波器接于 E 点，数字频率计接于 A 点，（C4）的值要小，以减小数字频率计的输入阻抗对谐振回路的阻碍。所有测量仪器如高频电压表，示波器，扫描仪，数字频率计等的地线及输入电缆的地线都要与被测电路的地线连接好，接线尽可能短。三调试1.一样高频电路的实验板应为印刷电路板，以保证元器件
18、靠得住焊接及连接导线固定，使电路的散布参数大体固定。高频电路的调试方式与低频电路的调试方式大体相同，也是先调整静态工作点，然后观测动态波形并测量电路的性能参数。所不同的是依照理论公式计算的电路参数与实际参数可能相差较大，电路的调试要复杂一些。2.关于起振问题振荡电路接通电源后，有时不起振，或在外界信号强烈触发下才起振（硬鼓励），在波段振荡器中有时只在某一频段振荡，而在另一频段不振荡等。所有这些现象无非是没有知足相位平稳条件或振幅平稳条件。若是在全波段内不振荡，第一要看相位平稳条件是不是知足。对三端振荡电路要看是不是知足对应的相位平稳判定标准。另外，还要在振幅平稳条件所包括的各类因素中找缘故。四
19、 实验结果与分析 1.静态工作点选的过小，电源电压过底，使振荡管放大倍数过小。2.负载过重，振荡管与回路间耦合过紧，回路 Q 值太低。3 回路特性阻抗或介入系数 pce 过小，使回路谐振阻抗 RO 太低。4.反馈系数 kf 过小，不易知足振幅平稳条件。但 kf 并非越大越好，应适被选取。5.有时在某一频段内高频端起振，而低频端不起振，这多半是在用调整回路电容来改变振荡频率的电路中，低端由于 C 增大而 L/C 下降，致使写真阻抗降低所起。反之，有时低端振高端不振，缘故可能有：（1）选用晶体管 fT 不够高。（2）管的电流放大倍数过小。（3）低端已处于起振的临界边缘状态，在高频工作时晶体管输入电
20、容 CBE 的作用使反馈减弱，或是由于 CBE 的反馈作用显著等。五 频率稳固度f/f0 5103/小时 LC 谐振回路的标准性和 Q 值都不高，频率稳固度不高于10数量级，而石英晶体标准性 Q 值都很高，接入系数也很小。频率稳固度可达10数量级。64第五章供参考选择的元器件高频信号发生器 QF1055A 1 台数字示波器 TDS210 1 台频率特性测试仪 BT-3C 1 台数字万用表 M300817 1 台直流稳压电源 HY1711-2 1 台超高频毫伏表 DA22A 1 台第六章设计心得和体会课程设计是培育学生综合运用所学知识，发觉、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节,是对
21、学生实际工作能力的具体训练和考察进程。这次课程设计，使我的动手能力取得进一步的提高。与模拟电子技术课程设计数字电子线路课程设计比，高频电子线路的课程设计具有更大的难度和更强的挑战性。在设计进程中不仅锻炼了咱们最大体的高频电子线路的设计能力，更重要的是让咱们更深刻的熟悉了高频电子线路这门课程在实际中的应用。这次课程设计要紧针对各类电容反馈三点式电路提出自己的设计方案，并利用仿真软件 Multisim 来实现自己的设计电路图。设计顶用到了考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器电路等在高频电子线路课程中学到的知识。由于对所学电路不熟悉，致使在设计的进程中无法画出正确的电路图，算不出电路中元器件的参数
22、，使得在设计进程中绕了许多弯路，做了许多的无用功。但在室友们的帮忙下，再加上自己不断的查找相关资料，利用图书馆和网络，最终克服了所有困难。同时也巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我知道了理论与实际相结合的必要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会效劳，从而提高自己的实际动手能力和独立试探的能力。通过对上述不同振荡器的设计与仿真，了解了各类正弦波振荡器在结构上的利与弊，是咱们在选择正弦波振荡器时加倍明确那种振荡器更适合。这次技术训练，让咱们更好的把握了各类电路的测试与计算；熟悉了电子仿
23、真的工作原理和其具体的利用方式.更深刻的明白得讲义知识。总之，从中我学习到了如何对待碰到的困难，增强了对设计电路的试探能力。在这次的设计中，张教师给了咱们专门大的自由空间，可自己选择题目，这次课程设计培育了我一丝不苟的科学态度，提高了我实践能力。最后要真诚的感激张教师、李教师和刘教师的指导！第七章参考文献1 高频电子线路(第四版).张肃文，陆兆雄.北京：高等教育出版社，20002现代电子线路和技术实验简明教程 孙肖子，田根登 北京：高等教育出版社，20043 高频电子线路.阳昌汉.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，20004 电子技术基础实验与课程设计高吉祥.北京：电子工业出版社，20025有效电子电路设计与调试.陈梓城.北京：中国电力出版社，20066 电子线路设计指导 李银华.北京：北京航空航天大学出版社，2005.