高頻正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)

1、高頻正弦波振蕩器設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：電院班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：教師：日期：2014/12/3一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求：1. 選擇合適的高頻正弦波振蕩器形式；2. 從理論上分析振蕩器的各個(gè)參數(shù)及起振條件；3. 設(shè)計(jì)高頻振蕩器，選取電路各元件參數(shù)，使其滿足起振條件及振幅條件。主要技術(shù)指標(biāo)：電源電壓12V，工作頻率2M，頻率穩(wěn)定度較高。二、總體方案設(shè)計(jì) 該課程設(shè)計(jì)主要涉及了振蕩器的相關(guān)內(nèi)容還有高頻功率放大器的內(nèi)容，正弦波振蕩器非常具有實(shí)用價(jià)值，通過(guò)該課題的研究，可以加深對(duì)振蕩器以及丙類高頻功率放大器的了解。三、工作原理說(shuō)明1、振蕩器概念 振蕩器主要分為RC，LC振蕩器和晶體振蕩器。其中電容器和電感器組成的LC回路

2、，通過(guò)電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)換產(chǎn)程自由振蕩。要維持振蕩還要有具有正反饋的放大電路，LC振蕩器又分為變壓器耦合式和三點(diǎn)式振蕩器，現(xiàn)在很多應(yīng)用石英晶體的石英晶體振蕩器 ，還有用集成運(yùn)放組成的LC振蕩器。 振蕩器的作用主要是將直流電變交流電.它有很多用途.在無(wú)線電廣播和通信設(shè)備中產(chǎn)生電磁波.在微機(jī)中產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào).在穩(wěn)壓電路中產(chǎn)生高頻交流電.。 題目要求產(chǎn)生高頻正弦波，所以選用電容三點(diǎn)式電路，進(jìn)一步考慮從而選用并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器（西勒電路），因?yàn)樗哂休敵霾ㄐ尾灰资д妫鳛榭勺冋袷幤魇褂梅浅７奖?，而且幅度平穩(wěn)，頻率穩(wěn)定性高，最高振蕩頻率可達(dá)百兆至千兆等特點(diǎn)。2、 靜態(tài)工作點(diǎn)的確定靜態(tài)工作點(diǎn)的確

3、定直接影響著電路的工作狀態(tài)和振蕩波形的好壞。由于振蕩幅度穩(wěn)定下來(lái)后，電路必然工作到非線性區(qū)，也就是說(shuō)，可能進(jìn)入截止區(qū)，也可能進(jìn)入飽和區(qū)，靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，易進(jìn)入飽和區(qū)實(shí)踐證明：當(dāng)晶體管進(jìn)入飽和區(qū)后，晶體管的輸出阻抗將急劇下降(由原來(lái)的線性工作區(qū)幾十千歐或幾百千歐下降為幾百歐姆)，使諧振回路Q值大為降低，不僅使振蕩波形嚴(yán)重失真，而且頻率穩(wěn)定度大為降低，甚至停振，為了避免上述情況發(fā)生，一般小功率振蕩器將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)得遠(yuǎn)離飽合區(qū)而靠近截止區(qū)，所以，c取14mA之間(可調(diào)整風(fēng)確定)。3、振蕩器的起振檢查(1)用三用表檢查由于本振蕩電路采用基極自給偏置，起始工作點(diǎn)在晶體管的放大區(qū)，故發(fā)射極應(yīng)有正向偏置，

4、接通電源后，調(diào)節(jié)電位器R ，使振蕩管的靜態(tài)電流lco=(14)nlA(可用測(cè)發(fā)射極電壓Ve來(lái)得知，Ico的大小)若 VbVe<0V可判定電路已起振，工作在丙類狀態(tài)，而且振蕩很強(qiáng)。若VbVe=0.4V，可斷定已起振，工作在甲乙類狀態(tài)，振蕩比較強(qiáng)。若VbVe=0.4-0.8V，工作狀態(tài)可能在甲類，但不能判定是否起振，需進(jìn)一步檢查。(2)用高頻毫伏表檢查用高頻毫伏表接在振蕩器的輸出端，有讀數(shù)即有高頻電壓輸出，則起振，否則未起振。(3)用示波器檢查用示波器接于振蕩器的輸出端，如有高頻振蕩波形顯示，說(shuō)明起振，否則未起振。在實(shí)驗(yàn)室條件下，可應(yīng)用示波器檢查起振，因?yàn)槭静ㄆ鞑坏芘卸ㄊ欠衿鹫?，還能觀察波

5、形結(jié)構(gòu)，是否有失真及間歇振蕩現(xiàn)象，以致還可判斷是否有寄生振蕩產(chǎn)生。若用上述方法檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)振蕩器未起振，可從兩方面著手解決：(1)檢查 是否過(guò)小，難以滿足起振條件。(2)調(diào)整反饋系數(shù)的大小。4、高頻功率放大器 高頻功率放大器的主要作用是用小功率的高頻輸入信號(hào)去控制高頻功率放大器,將直流電源供給的能量轉(zhuǎn)換為大功率高頻能量輸出, 它主要應(yīng)用于各種無(wú)線電發(fā)射機(jī)中。信號(hào)的放大實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，是將電源提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)電能。大功率的放大器，消耗功率大，所以效率的高低就變得非常重要，這不僅表現(xiàn)在放大器輸出相同功率時(shí)，高頻率工作可以節(jié)約直流電源的電能，還在于采用相同器件的條件下高效率工作可以輸出

6、更大的功率，所以該電路選用丙類高頻放大器。將正弦波經(jīng)過(guò)高頻功率放大器振蕩電路將直流轉(zhuǎn)換為交流正弦波高頻功率放大器輸出采用互感耦合的方式5、電路設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。 圖1 正弦波振蕩器原理框圖四、電路設(shè)計(jì)1、正弦波振蕩器的設(shè)計(jì) （1）、正弦波振蕩器電路如圖所示。圖2 正弦波振蕩器電路圖 LC振蕩部分是由晶體管組成的電容三點(diǎn)式振蕩器，所用改進(jìn)型電路既西勒電路，C5對(duì)交流短路，因此是基極接地（共集）電路。對(duì)于振蕩電路選擇共集組態(tài)主要考慮電容的改變來(lái)調(diào)節(jié)頻率，因?yàn)樽內(nèi)荻O管加反向偏置電壓和調(diào)制電壓，需要有公共接地點(diǎn)，通常選用共基電路在電路連接上比較方便，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)由決定。即 綜上所述，可以

7、取振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)=1.4，設(shè)三極管60。得 為了提高電路的穩(wěn)定性，的值可適當(dāng)增大，取R1=，則。 所以 若取流過(guò)的電流 0.23則 所以 即 振蕩器的靜態(tài)工作電流通常選在（14）mA，偏大可使輸出電壓幅度增加，但波形失真加重。頻率穩(wěn)定度差，過(guò)小會(huì)使較小，起振困難。 諧振頻率的計(jì)算，為C1,C2，C3，C4總電容，如果選擇遠(yuǎn)大于，遠(yuǎn)大于，C4遠(yuǎn)大于C3 ，則。根據(jù)題目要求振蕩器振蕩頻率=2MHz，所以取L1=8.86uH，pF，=620pF。（2）、頻率穩(wěn)定性 頻率穩(wěn)定度a頻率穩(wěn)定度發(fā)信機(jī)的每個(gè)波道都有一個(gè)標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。工作頻率的穩(wěn)定度取決于發(fā)信本振源的頻率穩(wěn)定度。設(shè)實(shí)

8、際工作頻率與標(biāo)稱工作頻率的最大偏差值為f，則頻率穩(wěn)定度的定義為 頻率穩(wěn)定度式中為K為頻率穩(wěn)定度。穩(wěn)頻措施為一是減少外界因素的變化。二是合理選擇元器件。例如，選擇fT高且性能穩(wěn)定可靠的振蕩管，不但有利于起振（因在振蕩頻率上較高），而且由于極間電容小，相移小，使振蕩頻率更接近回路的固有諧振頻率，有利于提高頻率穩(wěn)定度；選擇溫度系數(shù)小、Q值高的回路電感L（如在高頻瓷骨架上用燒滲銀法制成的電感）和電容C，一方面使L和C在溫度改變時(shí)變化很小，振蕩頻率的變化也很小，另一方面由于Q值高，其頻率穩(wěn)定度也高；采用貼片元器件，可減小分布參數(shù)的影響，有利于振蕩頻率的穩(wěn)定。電路的相位特性應(yīng)該滿足這樣的條件：由某一頻率變

9、化所引起的相位變化，兩個(gè)變化量的符號(hào)必須相反，才能使頻率趨于穩(wěn)定。用數(shù)學(xué)表示為寫成偏導(dǎo)數(shù)形式，則為（3）、振幅穩(wěn)定性在分析振蕩的產(chǎn)生過(guò)程中了解到：如果電路的環(huán)反饋系數(shù)AB>1，振幅增大，如果AB<1，振幅會(huì)衰減；若AB=1，則振幅維持不變。因此，當(dāng)電路中出現(xiàn)增幅現(xiàn)象時(shí)，必定滿足振幅條件下的AB>1。要使振幅不繼續(xù)增大而趨于穩(wěn)定，必須使電路的AB值隨振幅的增大而減小，自動(dòng)調(diào)整到AB=1。與此相反，當(dāng)電路中出現(xiàn)減幅現(xiàn)象時(shí)，必定滿足在該振幅條件下的AB<1。要使振幅不繼續(xù)減小下去，必須使電路的AB值能隨振幅的減小而增大，自動(dòng)調(diào)整到AB=1。這就是說(shuō)，欲使振蕩器的振幅在發(fā)生某種

10、變化時(shí)能自動(dòng)趨于穩(wěn)定，電路的反饋系數(shù)AB應(yīng)具有下述特性：振幅變化使AB值隨之變化，AB變化再次造成的振幅變化應(yīng)與原振幅變化相反。如果用數(shù)學(xué)式子表示既=負(fù)值寫成偏導(dǎo)數(shù)的形式為五性能測(cè)試正弦波振蕩器波形圖：頻率計(jì)顯示：傅里葉分析圖Fourier analysis for V(4):DC component:-0.26781No. Harmonics:9THD:6.758 % Grid size:256Interpolation Degree:1 HarmonicFrequencyMagnitudePhaseNorm. MagNorm. Phase120000006.91446-51.60610240000000.372341148.8150.05385200.422360000000.187836158.260.027166209.867480000000.129977164.1650.018798215.7715100000000.100412168.8760.014522220.4