通信電子線路課程設(shè)計(jì) 電容耦合諧振電路設(shè)計(jì)

1、通信電子線路課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 電 氣 工 程 學(xué) 院 題 目： 電容耦合諧振電路設(shè)計(jì) 起止時(shí)間： 2015年12月15日至2015年12月31日 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級(jí)： 通信工程 指 導(dǎo) 教 師： 教研室主 任： 院 長(zhǎng)： 2015年12月15日通信電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 題 目： 電容耦合諧振電路設(shè)計(jì) 起止時(shí)間： 2015年12月15日至2015年12月31日 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級(jí)： 通信工程 指 導(dǎo) 教 師： 教研室主 任： 院 長(zhǎng)： 2015年12月15日摘要：所謂耦合電容，又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合，是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的一種耦合方式，

2、簡(jiǎn)單來說就是用于耦合作用的電容。耦合電容的作用是將前級(jí)信號(hào)盡可能無損耗地加到后級(jí)電路中，同時(shí)去掉不需要的信號(hào)。例如，耦合電容能在將交流信號(hào)從前級(jí)耦合到后級(jí)的同時(shí)隔開前級(jí)電路中的直流成分，這是因?yàn)殡娙菥哂懈糁蓖ń坏奶匦浴ｋ娙蓠詈嫌挚煞譃榈湫婉詈想娐?，?shí)用型耦合電路，同類電容耦合電路等。對(duì)不同頻率的信號(hào)產(chǎn)生不同的衰減和相移RC組成的耦合電路與單獨(dú)一個(gè)耦合電容電路也有區(qū)別，除了衰減以外還產(chǎn)生了相移。在具有電阻R、電感L和電容C元件的交流電路中，電路兩端的電壓與其中電流相位一般是不同的。如果調(diào)節(jié)電路元件（L或C）的參數(shù)或電源頻率，可以使它們相位相同，整個(gè)電路呈現(xiàn)為純電阻性。電路達(dá)到這種狀態(tài)稱之為諧振。

3、電容耦合諧振電路便是結(jié)合這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞: 耦合 諧振電路 靜電耦合 電容Abstract: the so-called coupling capacitors, also known as the electric field coupling or electrostatic coupling, is due to the distributed capacitance and produce a kind of coupling, in simple terms is used for coupling capacitance coupling capacitance is

4、the first level signal as much as possible without loss is added to the circuit level, and remove the need of signal. For example, coupling capacitance in AC signal the former stage is coupled to the stage at the same time separated from the front stage circuit in DC components, this is because the

5、capacitor with a vibration through the characteristics of capacitive coupling can be divided into typical coupling circuit. The practical circuit, the same circuit. The different frequency signal attenuation And phase-shift RC consisting of coupled circuit and separate a capacitance coupling circuit

6、 is also different, in addition to the attenuation outside also produced phase shift. In a resistor R, inductor L and a capacitor C in AC circuits, and both ends of the circuit and the voltage and the current phase is generally different. If the regulator circuit element (L / C) parameters and power

7、 frequency can make them the same phase, the whole circuit presented is purely resistive. Circuit to achieve this state is called as resonant. Capacitance coupled resonant circuit are combined with the two knowledge of design.Key words: coupled capacitor；resonant circuit目 錄1.設(shè)計(jì)任務(wù)11.1設(shè)計(jì)要求：12.原理電路和程序設(shè)

8、計(jì)12.1電路原理12.2 電容諧振電路原理12.3 LM741介紹32.4 電容耦合電路43. 電路仿真結(jié)果73.1 電容諧振電路電路圖73.2誤差分析94. 心得總結(jié)105. 參考文獻(xiàn)116. 附錄12附錄1 實(shí)物圖12iii1.設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)要求：完成電容耦合諧振電路原理圖設(shè)計(jì)，完成原理圖仿真與分析(可選用Multisim)，完成實(shí)物制作，并完成設(shè)計(jì)報(bào)告2.原理電路和程序設(shè)計(jì)2.1電路原理本次設(shè)計(jì)分為兩個(gè)電路：即電容諧振電路和電容耦合電路結(jié)合構(gòu)成電容耦合諧振電路，接下來分別對(duì)這兩個(gè)電路進(jìn)行分析：2.2 電容諧振電路原理常用的正弦波振蕩電路有RC和LC兩種電路,LC振蕩器和晶體振蕩器用

9、于產(chǎn)生高頻正弦波，RC一般用于產(chǎn)生低頻正弦波，所以低頻段選用RC振蕩器,其電路輸出功率小,頻率較低;高頻段選用LC振蕩電路,其輸出的功率、頻率都要高一些;頻率穩(wěn)定度要求高時(shí),一般采用電容三點(diǎn)式振蕩電路。若從波形的種類和精度兩方面考慮時(shí),要生成正弦波時(shí),選用文氏電橋振蕩器,更易組成外穩(wěn)幅振蕩器。正弦振蕩電路一般包括兩個(gè)部分：放大電路A和反饋電路F，如圖2.2.1所示：圖2.2.1 正弦振蕩電路簡(jiǎn)易圖由于振蕩電路不需要外界輸入信號(hào)，因此，通過反饋網(wǎng)絡(luò)輸出的反饋信號(hào)Xf就是基本放大電路的輸入信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)基本放大電路放大后，輸出為Xo，若能使Xf與Xid大小相等，極性相同，構(gòu)成正反饋電路，那末這個(gè)電

10、路就能維持穩(wěn)定的輸出。因而，可引出正弦振蕩條件。由圖可知：而Xf=Fxo 當(dāng)時(shí)，則有：。上述條件可寫成，稱幅值平衡條件。即放大倍數(shù)A與反饋系數(shù)F乘積的模為1，表明振蕩電路已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)幅振蕩，但若要求電路能夠自行振蕩，開始時(shí)必需滿足的起振條件。由Xf與Xid極性相同，可得：稱相位平衡條件，即放大電路的相角和反饋網(wǎng)絡(luò)的相角之和為，其中n為整數(shù)。要使振蕩電路輸出確定頻率的正弦信號(hào)，電路還應(yīng)包含選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路兩部分。選頻電路的作用使單一頻率的信號(hào)滿足振蕩條件，穩(wěn)幅電路能保證電路的輸出幅度是穩(wěn)定不失真的，這兩部分電路通?？梢允欠答伨W(wǎng)絡(luò)，或放大電路的一部分。RC正弦振蕩電路也稱為文氏橋振蕩電路

11、。它的主要特點(diǎn)是利用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。如圖2.2.2所示圖2.2.2 文氏橋振蕩電路電路由RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)和同相放大器組成。運(yùn)放構(gòu)成同相輸入的比例放大器,RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò),將輸出電壓反饋到集成運(yùn)放的同相輸入端,形成正反饋。根據(jù)產(chǎn)生正弦振蕩的相位條件,可得電路的振蕩頻率為:當(dāng),時(shí)，實(shí)際上,運(yùn)算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)是有限的,為滿足賦值條件示電路易于起振，應(yīng)使略大于。2.3 LM741介紹CA1458，CA1558（雙運(yùn)放）;CA741C，CA741，LM741（單運(yùn)放）是高增益運(yùn)算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用.這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作。這些類型還具有

12、廣泛的共同模式，差模信號(hào)范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢弧?0k電位器是用于抵消調(diào)零類型CA741C，CA741（見圖2.1.2.1）類型CA1458，CA1558沒有具體的終端抵消調(diào)零。每一類運(yùn)放包括一個(gè)差分輸入放大器有效驅(qū)動(dòng)增益和發(fā)射極跟隨互補(bǔ)輸出。圖2.3.1 LM741CM管腳圖圖2.3.2 LM741CM內(nèi)部原理圖2.4 電容耦合電路回路耦合系數(shù)與耦合電容關(guān)系證明電容耦合電路如圖2.4.1所示。其耦合系數(shù)定義為:電容耦合電路中耦合元件電抗值與初次級(jí)電路中與耦合元件同性質(zhì)兩電抗值幾何平均值之比。圖2.4.2所示電容耦合電路中,輸出與輸入電路通過CC、C1、C2(組成型連接形式)

13、相互耦合。電容耦合電路的耦合系數(shù)不易直觀地由其定義直接得到。圖2.4.1 回路耦合電容為此,首先將其C1、C2、CC的型連接形式等效變換為Y型連接形式。同時(shí),將輸入級(jí)并聯(lián)的電阻R1(包括L1的等效損耗電阻)與電感L1轉(zhuǎn)換為串聯(lián)的r1與L1,將輸出級(jí)并聯(lián)的電阻R2(包括L2的等效損耗電阻)與電感L2轉(zhuǎn)換成串聯(lián)的r2與L2。r1和r2分別為R1和R2并串變換后得到的電阻。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,假定電阻R1和R2很大,這時(shí)可以認(rèn)為,。由此得到圖2.4.2所示的等效電路(忽略信號(hào)源內(nèi)阻)。圖2.4.2 等效電路在圖2.4.1中,令, , ；在圖2.4.2中,令，；根據(jù)電路的“-Y”等效變換原理可知： (3)

14、(4)(5)將式(1)、(2)兩式分別代入到式(3)、式(4)、式(5)并化簡(jiǎn)后,可得圖2.1.3.1電路電容與圖2.1.3.2電路電容對(duì)應(yīng)關(guān)系為(6)(7)(8)由電路可知,為初、次級(jí)回路的公共耦合電抗元件,初級(jí)回路的容性元件包括和次級(jí)回路的容性元件包括和。根據(jù)耦合系數(shù)定義,可得耦合系數(shù)k(也即圖1電路耦合系數(shù))為(9)將式(6)(8)代入式(9)并整理化簡(jiǎn),可得電容耦合電路耦合系數(shù)k為(10)通常,初、次級(jí)電路參數(shù)相同,即,由耦合系數(shù)定義可知,任何耦合電路的耦合系數(shù)都是無量綱且小于1的正常數(shù)。實(shí)際上,電容耦合回路通常滿足CC遠(yuǎn)小于C,故。通常,由于電容耦合電路初、次級(jí)電路是對(duì)稱的,即,而且

15、具有相同的品質(zhì)因數(shù)。在分析電容耦合電路頻率特性時(shí),為分析方便,常引入反映耦合程度的另一參數(shù),即耦合因數(shù),并定義(式中電導(dǎo))。顯然,。電容耦合電路實(shí)際中大多工作在的臨界耦合狀態(tài)。下面以的臨界耦合情形為例,討論耦合電容 選擇原則和步驟:（1）由實(shí)際設(shè)計(jì)提出的電路諧振頻率和通頻帶B算出初、次級(jí)電路等效品質(zhì)因數(shù)Q。即(12)（2）確定初、次級(jí)電路電容(13)空載品質(zhì)因數(shù)為式中R0為電感L自身并聯(lián)等效損耗電阻,而一般情況下Q0為幾十到一百左右,R0的阻值通常為幾十千歐左右,故L/C約在幾千歐上下。根據(jù)實(shí)際需要確定C。（3）由等效品質(zhì)因數(shù)Q和耦合因數(shù)確定耦合系數(shù)k。由于臨界耦合情形,注意。所以,求得的等效

16、品質(zhì)因數(shù)Q可確定耦合系數(shù)k。（4）確定耦合電容CC。因?yàn)?所以,故由k和C可確定耦合電容。設(shè)計(jì)電容耦合電路小信號(hào)圖及原理圖2.4.3 電容耦合小信號(hào)圖本電路供電電源直流：2V-12V；最大輸入信號(hào)電壓為0.02V。R9，R2，R1，R4，R6,C2，Q1用于組成第一級(jí)放大電路，C2為旁路電容，R10，R3，R8，R7組成第二級(jí)放大電路，C5是消振電容，R5，C1，C3用于信號(hào)的耦合。在調(diào)試電路的時(shí)候根據(jù)實(shí)際的供電電源，必須先調(diào)整R9使第一級(jí)放大電路工作在放大區(qū)，在調(diào)整R10使第二級(jí)放大電路，使其也工作在放大區(qū)，然后輸入信號(hào)，查看信號(hào)放大情況。3. 電路仿真結(jié)果3.1 電容諧振電路電路圖按圖3.

17、1.1連接，可得到正弦振蕩電路：圖3.1. 1 正弦振蕩電路調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R5，使電路產(chǎn)生正弦振蕩，用示波器來觀察波形。下圖為振蕩電路產(chǎn)生的波形圖。圖3.1.2 諧振電路波形下圖為耦合電容電路電路圖：圖3.1.3 耦合電容電路圖圖3.1.4 電容耦合電路波形圖 下圖為函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)顯示。圖3.1.5 函數(shù)發(fā)生器示數(shù)3.2誤差分析由于兩個(gè)圖都有滑動(dòng)變阻器，需要通過滑動(dòng)來找到合適的值以得到合適的波形，因滑動(dòng)變阻器沒有準(zhǔn)確的數(shù)值，故存在少量誤差。4. 心得總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力我沉得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并

18、不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長(zhǎng)。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識(shí)到老一輩電子設(shè)計(jì)為我們的社會(huì)付出。我想說，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)會(huì)能有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，但我們可以，雖說有時(shí)確實(shí)很累，但當(dāng)我們看到自己所做的成果時(shí)，心中也不免產(chǎn)生興奮; 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會(huì)作出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好?我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認(rèn)為設(shè)計(jì)的工作有些枯燥，但我們認(rèn)為無論干什么，