1、目 录摘 要 .I1 绪论 .12.1 反馈振荡器的原理 22.1.1 原理分析 .22.1.2 平衡条件 .32.1.3 起振条件 .32.1.4 稳定条件 .42.2 电容三点式振荡器 43 设计思路及方案 .63.1 总体思路 .63.2 设计原理 .63.3 单元设计 .73.3.1 电容三点式振荡单元 .74 电路仿真与实现 104.1 基于 NI.Multisim.V10.0.1 软件的电路仿真 .105 心得体会 13高频电子线路课程设计说明书摘 要在社会信息化程度越来越高的背景下，通讯工具在我们的生活中扮演了越来越重要的角色。高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能
2、量或高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电气特性。 高频信号发生器主要是产生高频正弦振荡波，故电路主要是由高频振荡电路构成。振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。 所以，振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路，也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。本次课设要求制作高频电容三点式正选拨振荡器，采用晶体三极管或集成电路，场效应管构成正弦波振荡器，达到任务书所要求的目标。并介绍了设计步骤，比较了各种设计方法的优缺点，总结了不同振荡器的性能特征。使用实验要求的电源和频率计进行验证，实现了设计目标。关键字：通信 高频信号 电容 正弦波 振荡器高频电子线路课程设计01
3、 绪论在社会信息化程度越来越高的背景下，通讯工具在我们的生活中扮演了越来越重要的角色。振荡器简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡” ，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的转化，这样的装置就可以称为“振荡器 ”。 一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供
4、的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使震荡维持下去。选频网络则只允许某特定频率能通过，使振荡器产生单一频率的输出。电容三点式振荡器（也叫考毕兹振荡器）：自激振荡器的一种。图 1.1 中的L、C1、C2 组成谐振回路，作为晶体管放大器的负载阻抗。反馈信号从电容器 C2 两端取得，送回放大器的基极 b 上，而且也是将 LC 回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连，故将这种电路成为电容三点式振荡器。由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。 这种电路的优点是输出波形好、振荡频率可达 100 兆赫以上。缺点是调节频率时需同时调 CC1、 C
5、C2 不方便。适宜于作固定的振荡器。图 1.1 电容三点式振荡器高频电子线路课程设计12 电容三点式振荡器2.1 反馈振荡器的原理2.1.1 原理分析反馈振荡器的原理框图如图 2.1 所示，由图可见，反馈振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）作为负载，是一调谐放大器，反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的信号和放大器输入端的信号相位相同。 【3】图 2.1 反馈振荡器原理框图对于图 2.1，设放大器的电压放大倍数为 K(s)，反馈网络的电压反馈系数为 F(s），闭环电压放大倍数为 (s)，则uK
6、)s()s(SOUI)s()s(OIFi IS）（得 )s(1)s(1)s(TKFKU其中 )s()s(IFT高频电子线路课程设计2称为反馈系统的环路增益。用 s=jw 代入，就得到稳态下的传输系数和环路增益。由上式可知，若在某一频率 上 T（j ）等于 1， 将趋于无穷大，这表明即使没有11)j(UK外加信号，也可以维持振荡输出。因此自激振荡的条件就是环路增益为 1。即)(j)j(F2.1.2 平衡条件振荡器的平衡条件可表示为 1j)j()j(）（ FKT也可以表示为 |)j(|n=0,1,2，nFKT22.1.3 起振条件振荡的最初来源是振荡器在接通电源时不可避免地存在的电冲击及各种热噪声
7、等，其包含有很宽的频谱分量，在他们通过负载回路时，由谐振回路性质即只有频率等于回路谐振频率的分量才可以产生较大的输出，其他频率分量则不会产生压降，因此负载回路上只有频率为回路谐振频率的成分产生压降，该压降通过反馈网络产生出较大的正反馈电压，反馈电压又加到放大器的输入端，进行放大、反馈，不断地循环下去，谐振负载上将得到频率等于回路谐振频率的输出信号。在振荡开始时由于激励信号较弱，输出电压振幅较小，经过不断放大、反馈循环，输出幅度不断增大，否则输出信号幅值过小，无任何意义。为了使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，可得 1)j(T称为自激
8、振荡的起振条件，也可写为 |)j(| fFRYLn=0,1,2，nFLT2f高频电子线路课程设计32.1.4 稳定条件振荡电路中不可避免地要受到电源电压、环境温度、湿度等因数变化的影响，这将引起振荡电压幅度及其相移的起伏波动，从而破坏已维持的平衡条件。因此，振荡器还必须满足稳定条件，才能保证所处的平衡状态是稳定的。振幅稳定条件为 1iIAUT相位稳定条件为 01l2.2 电容三点式振荡器电 容 三 点 式 振 荡 器 （ 也 叫 考 毕 兹 振 荡 器 ） ， 自 激 振 荡 器 的 一 种 。 图 中 的L、 C1、 C2 组 成 谐 振 回 路 ， 作 为 晶 体 管 放 大 器 的 负
9、载 阻 抗 。 反 馈 信 号 从 电 容 器 C2 两端 取 得 ， 送 回 放 大 器 的 基 极 b 上 ， 而 且 也 是 将 LC 回 路 的 三 个 端 点 分 别 与 晶 体 管 的 三个 电 极 相 连 ， 故 将 这 种 电 路 成 为 电 容 三 点 式 振 荡 器 。 由 串 联 电 容 与 电 感 回 路 及 正 反 馈放 大 器 组 成 。 因 振 荡 回 路 两 串 联 电 容 的 三 个 端 点 与 振 荡 管 三 个 管 脚 分 别 相 接 而 得 名 。【3】图 2.2 电 容 三 点 式 振 荡 器 图 2.3 电 容 三 点 式 交 流 通 路电容三点式振
10、荡器适合产生几十兆赫以上的信号，常用来作射频振荡器。.图 2.3 是LC 振荡回路的等效电路图，从图上可以看到，电路的振荡频率由 L、C、C1、C2 决定，基极有一个大电容（10002000pF ），起交流接地的作用。由于电感和电容的数值都比较小，所以有些情况下三极管的极间电容、电感线圈的匝间电容都不能忽略。它们对总电高频电子线路课程设计4容的贡献量大约几个皮法。设三极管的极间电容以及电感线圈的匝间电容以及其它分布电容的总等效电容为 C0，则 021CCAALT在 LC 谐振回路 Q 值足够高的条件下，电路的振荡频率为 C21f0图 2.2 所 画 出 的 分 析 起 振 条 件 的 小 信
11、号 等 效 电 路 如 图 2.4 所 示图 2.4 分 析 起 振 条 件 的 小 信 号 等 效 电 路由 图 2.4 分 析 可 知 ， 振 荡 器 的 起 振 条 件 为 ： elcl nggn1)(1gm式中 0/eLlRer为 LC 振荡回路的等效谐振电阻0eR电路的反馈系数为 21fkCn由上式看出，由于晶体管输入电阻 对回路的负载作用，反馈系数 k 并不是越大越容er易起振，反馈系数太大会使增益 A 降低，且会降低回路的有载 Q 值， 使回路的选择性变差，振荡波形产生失真，频率稳定性降低；所以，在晶体管参 数一定的情况下，可以高频电子线路课程设计5调节负载和反馈系数，保证电路起
12、振。K 的取值一般在 0.10.5 之间。为了提高振荡器的频率稳定性，实际中更多的采用能够减小晶体管与回路之间耦合的改进型电容反馈振荡器。3 设计思路及方案3.1 总体思路本次课程设计的电容反馈三点式振荡器是自激振荡器的一种，振荡器是不需要外加信号激励，自身将直流电能转换为交流电的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。由学过的知识知道，构成一个振荡器必须具备下列一些最基本的条件：（1）任何一个振荡回路，包含两个或两个以上储能元件。在这两个储能元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。接收和释放能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。（2）电路中必须要有一个能量来源，可以补充由振
13、荡回路电阻所产生的损耗。在电容三点式振荡器中，这些能量来源就是直流电源。（3）必须要有一个控制设备，可以使电源在对应时刻补充电路的能量损失，以维持等幅震荡。这是由有源器件（电子管，晶体管或集成管）和正反馈电路完成的。 【4】3.2 设计原理振荡器起振条件为 AF1，振荡器平衡条件为:AF=1它说明在平衡状态时其闭环增益等于 1，在起振时A1/F当振幅增大到一定的程度后，由于晶体管工作状态有放大区进入饱和区，放大倍数 A 迅速下降，直至 AF=1此时开始谐振。假设由于某种因素使 AF1 满足起振条件偏置电阻决定电路起振初期的静态动作点，利用 R1，R2 的分压作用可以用来稳定基极电位 Ubq根据
14、计算Ubq= Vcc= X51.22R2141.23实际测得 Ubq=1.354V 在误差允许的范围内。根据电容三点式频率计算公式高频电子线路课程设计12当 f0=6MHz，C1=C2=100pF 是，理论计算的电感 L=14uH。但是实际测得选取 14uH 电感时，频率为 6.9MHz。比计算值大。为了满足输出频率为 6MHz的要求，选取了 L=10uH 的电感。实验测得，频率的变化范围为：5.703MHz6.13MHz高频电子线路课程设计135 心得体会对于电路的设计过程起初以为电容三点式振荡器的设计比较烦琐，有静态工作点的要求，各电阻、电容值的设计，看起来较复杂。后来通过查资料，才了解到
15、先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值，画出电路图，慢慢变得简单。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，首先电路的设计，查阅了不少资料，电容三点式虽然常见，但是要考虑到满足任务书的要求，仍费了一番波折经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于高频电子电路有了更深层次的掌握，并且提高了独立解决问题的能力。虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，进一步熟悉了 Multisim 软件的使用，对建立文件、绘制电路图、对其进行仿真等一系列过程都更加熟练，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，但最后出来的波形还是不很稳定。我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于通信工程的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会各种专业知识，为将来的工作打下良好的基础。
