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文檔簡介

1、摘要對于正弦波振蕩電路的設計,基本確定了電路可由正弦波振蕩電路和丙類高 頻諧振放大器等基本電路組成。振蕩器部分電路產生一個一定頻率的正弦波形, 然后經過丙類功率放大器進行放大后輸出。該設計電路可分為正弦波振蕩電路, 丙類高頻諧振放大器等幾部分,然后對這幾部分一一進行設計,通過運用Multisim 軟件仿真基本上完成了設計的任務。此正弦波振蕩器包括電容三點式振蕩電路和 丙類功率放大器兩部分。正弦波振蕩器是一種不需外加信號,能自動將直流電能 轉換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流信號的自激振蕩電路。功率放 大器是依靠激勵信號放大管電流的控制,起到把集電極電源的直接功率變換成負 載回路的交流功

2、率的作用,其負載是兩個以互感方式耦合的耦合諧振回路,用以 提高對諧波的抑制能力,改善輸出波形。關鍵字:正弦波振蕩器;電容三點式;丙類功率放大器1. 概述(1) 課題研究:在電子技術領域,廣泛使用各種各樣的振蕩器。在廣播,電 視,通信設備,測控儀器,各種信號源中,都是它們的必不可少的核心組件。在測量、遙控、通信、自動控制、熱處理和超聲波電焊等加工設備之中,都 有正弦波振蕩器的應用,也作為模擬電子電路的測試信號。在工程應用中,例如 在實驗用的低頻及高頻信號產生電路中,往往要求正弦波振蕩電路的振蕩頻率有 一定的穩(wěn)定度,有時要求振蕩頻率十分穩(wěn)定,如通訊系統(tǒng)中的射頻振蕩電路、數(shù) 字系統(tǒng)的時鐘產生電路等。

3、振蕩器在無線電廣播、衛(wèi)星通信、電視機、開關電源、 收音機等電子設備中都要用到。(2) 課題分析:LC振蕩電路主要用來產生高頻正弦波信號,電路中的選頻網 絡由電感和電容組成。它們是儲能元件,當能量充到一個飽和值得時候它又會慢 慢放出來,電容電感的儲能和放能正好相反,所以在它們兩個之間就產生能量的 交互,形成交變電流。振蕩器的基本原理是反饋原理,正反饋使得電路產生振蕩。(3) 設計任務:設計一個振蕩器,產生高頻正弦波,并且輸出信號必須經高 頻功率放大器放大。已知用于放大器的晶體管參數(shù):Vcc=+12V B =60, Cbc=5pF, Cbe=205pF, Uces=1.5V,三極管的損耗功率Pcm

4、=1;用于振蕩器電路的三極管, 根據(jù)設計的實際電路情況自行選擇;高頻功率放大器的輸出采用互感變壓器耦合方式,負載電阻為75Q。 技術指標:振蕩器振蕩頻率變化范圍f0=6.58.5MHz可調;高頻功率放 大器輸出功率P-500mWV效率 一70%掌握三點式振蕩電路的基本原理、起振條件、振蕩電路設計及電路參數(shù)計算; 通過實驗掌握晶體管靜態(tài)工作點、反饋系數(shù)大小、負載變化對起振和振蕩幅度的 影響;根據(jù)電感三點式和電容三點式的穩(wěn)定度及頻率范圍,有選擇的應用到電路 中。2. 工作原理說明運用電感三點式振蕩電路與丙類功率放大器相結合。LC振蕩器的電路種類比較多,根據(jù)不同的反饋方式,又可分為互感反饋振蕩 器,

5、電感反饋三點式振蕩器,電容反饋三點式振蕩器,其中互感反饋易于起振, 但穩(wěn)定性差,適用于低頻,而三點式振蕩器穩(wěn)定性好,輸出波形理想,振蕩頻率 可以做得較高。選擇電容反饋三點式振蕩器,而電容反饋三點式振蕩器又分為考 電容三點式振蕩器,克拉潑振蕩器,西勒振蕩器。振蕩器是一種能量轉換器,由晶體管等有源器件和具有選頻作用的無源網絡 及反饋網絡組成,其框圖如圖2-1所示。圖2-1振蕩器框圖3. 電路設計3.1總體設計電路原理圖設計如圖31所示,該電路是由第一級放大器構成的電容三點式 振蕩電路與第二級放大器構成的丙類諧振電路組成。圖3-1正弦波振蕩器設計原理總電路圖3.2電容三點式振蕩電路的設計電容三點式改

6、進型振蕩電路,也叫克拉潑振蕩器,不需要外來激勵信號,自 身將直流電能轉換為交流電能的電路。由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋放大器組 成,振蕩頻率主要取決于諧振回路的電感和電容。其電路圖的連接如圖3-1所示:電路中,直流電源向放大器提供直流電能,在放大器的輸出與輸入端接有正反饋 網絡(由C3構成)。其中,Q1為高頻放大器;R1、R2 R3 R4為放大器提供靜態(tài)工作點;與可變電容、L2構成選頻網絡;當反饋量足夠大時,放大器便會產生自激振蕩。同時,依靠選頻網絡的選頻 特性,使得電路只在我們需要的頻率上產生自激振蕩,而且,選頻網絡還可以濾 除由于器件工作進入非線性區(qū)所產生的諧波,使得振蕩電路的輸出波形更接

7、近于 正弦形。這樣,此反饋型振蕩電路就可以產生我們需要的正弦信號。輸出信號的 頻率主要有選頻網絡來確定。這樣,此電路就符合了題目正弦波振蕩器的要求。參數(shù)設計:電源供電為12V,要求振蕩器振蕩頻率變化范圍fO=6.58.5MHz可調.圖為電容三點式改進型電路即克拉潑電路,它被接成共基組態(tài),C1為基極耦合電容,放大器的靜態(tài)工作點由 尺,R2, R, R4, R5決定。振蕩器的靜態(tài)工作電 流Icq 一般為1-4mA Icq偏大則振蕩幅度增加,但波形失真加重,頻率穩(wěn)定性變差。 C5 , C6 , C7,L2組成并聯(lián)諧振回路,其中C6兩端的電壓構成振蕩器的反饋電壓 VBE(1)靜態(tài)工作電流的確定選VCC

8、=12V,ICQ=1mA, VCEQ=6V, B =60VCC _UCEQR2 + R5 -i則有ICQ為提高電路的穩(wěn)定性RE值適當增大,取 尺=2k Q ,則R2=4KQVeq cq Re =12 = 2VIcq f 1.30mA取流過Rt的電流為10Ibq =0.17mA則巳=5.1 K,1r+R3= 54.6K。取 R=25K。, R3 = 29.6 KO計算主振回路元件值:諧振頻率的計算公式為:12 LC當 fO=7.2MHz 時,設=10uH ,電容C5 C6由反饋系數(shù)及電路條件所確定,若取 C5=100PF,則 C6=200PF, C4 =10nFVCC12V1OnFQ1 c 2N

9、2222O1 kQ5kR2L210uH33OuHC2 10nFC3 lOnF1OL1C51OOpF丄1OOpFP. Key=AkSOM200pF圖3-2正弦波振蕩器電路3.3丙類功率放大器的設計丙類功率放大器的基極偏置電壓是利用發(fā)射極電流的直流分量在射極電阻上 產生壓降來提供的,故稱為自給偏壓電路。當放大器的輸入信號為正弦波時,集 電極的輸出電流為余弦脈沖波,禾I用諧振回路的選頻作用可輸出基波諧振電壓、 電流。參數(shù)計算:課設題目所給要求:Vcc=+12V晶體管的主要參數(shù)為:B =60, Cbc=5pF,Cbe=205pF, Ucs=1.5V,三極管的損耗功率 Pcm=1;主要技術指標:輸出功率

10、 P500mWV 效率耳-70% 負載 rl =510。確定放大器的工作狀態(tài):為了能獲得較高的效率和最大的輸出功率P,選丙類放大器的工作狀態(tài)為臨 界狀態(tài),導通角入=70 。其電路連接如圖3-3所示,其中振蕩器產生的正弦波信 號有放大器Q2進行放大,再由變壓器T2耦合到負載電阻RL,RL=5r。電源 VCC=12VR7,R8為三極管提供靜態(tài)工作點,C11為旁路電容。已知集電極損耗Pc=1Vy1 -Po=70%于 Pc=。代入數(shù)據(jù),Po=2.33WVIRTUIAL圖3-3丙類功率放大器電路4. 性能的測試4.1振蕩器電路的性能測試將圖3-2所設計的電路在仿真軟件 multisim當中進行仿真,仿真

11、結果如圖4-1 所示:由仿真結果知道,振蕩器所產生的正弦波信號幅度為120mV頻率為6.4MHz 符合本次課設的設計要求,并且可以通過對圖3-2中可變電容的調節(jié)改變振蕩頻率。y卒圖4-1振蕩器部分的仿真結果4.2丙類功率放大器電路的性能測試:將圖3-3所設計的電路在仿真軟件 multisim當中進行仿真,仿真結果如圖4-2 所示:由仿真結果知道,信號經過放大器之后幅度為 9.5V,頻率同樣為6.4MHz 電路中負載電阻為5V1,經計算得輸出功率Po=2.4W符合設計要求。又因為PoPc=,已知Pc=800m,帶入數(shù)據(jù),=75%亦符合設計要求圖4-2功率放大電路仿真結果5. 結論該電路容易起振,

12、振蕩頻率咼,可達 100MHz以上。對于一定的失真,原因可 能是選擇的元器件參數(shù):選擇的元器件參數(shù)不十分準確;電路調試中未能調制準 確;計算的時候因為有的估算致使參數(shù)不準確。由于C2對高次諧波阻抗小,使反饋電壓中的高次諧波成分較小,因而振蕩波形 較好。該設計中用到的三極管、電阻、電容等都是通信電子線路設計中常用的器 件,電路簡單易懂,可讀性強,制作簡單,經濟實用。從器件選擇到設計整體都 考慮了器件的常見度與成本,所以從總體看遵循了性價比較高的原則。6. 課設體會及合理化建議為期一周的課程設計結束了,通過這次設計讓我更好的掌握了常用元件的識 別和測試;熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其

13、具體的使用方法。 更加深刻地理解課本知識。 在此次做課程設計的過程中,我深深地感受到了自己 所學到知識的有限和自身的不足,并且學會了對所找內容的取舍及分析??傊?, 從中我們學習到了如何解決遇到的困難,更進一步地熟悉了晶體管的應用和芯片 的結構及掌握了其工作原理和具體的使用方法,增強了對實驗的思考能力.培養(yǎng)了我們一絲不茍的科學態(tài)度和不厭其煩的耐心。設計是創(chuàng)造性的,所以方法不是唯 一的,用各種方法只要能能達到最優(yōu)才是要完成的。參考文獻1 鄔國揚高頻電路原理M.浙江大學出版社,2005年6月2 謝沅清.通信電子線路M.北京:電子工業(yè)出版社,2005年10月3 謝自美.電子線路設計、實驗、測試M.華中

14、理工大學出版社,2004年4 .于洪珍.通信電子線路M.北京:清華大學出版社,2006年楊翠娥.高頻電子線路實驗與課程設計M.哈爾濱工程大學出版社,2005年1月致謝本本課程設計是在齊老師的悉心指導下完成的。老師淵博的專業(yè)知識,嚴謹 的治學態(tài)度,精益求精的工作作風,誨人不倦的高尚師德,嚴以律己、寬以待人 的崇高風范,樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅是我樹立了遠 大的學術目標、掌握了基本的研究方法,還使我明白了許多待人接物與人處事的 道路。本設計從選題到完成,每一步都是在齊老師的指導下完成了,傾注了老師 大量的心血。在此,謹向齊老師表示崇高的敬意和衷心的感謝 !附錄I :總電路圖VCC12VL3330uHTC11c&T1“a15R6 WkL|汩盤背H蝕F . KajpA =TS_MISC,VIRTIJAL330uHC203:10nF=:lOnF二L1lOQhF附錄II:元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1R1電阻25 KO1個2R2電阻4KO1個3R3電阻29.6 KQ1個4R4電阻5.1 KQ1個5Rs電阻2KQ1個6艮電阻20001個7R7電阻70001個8R電阻11KQ1個9Rl電阻5101個10G電容1uF1個11C2 , C3 , C9 ,C10 , C11 , C12電容10nF6個12C4電

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