高頻自己震蕩器課程設(shè)計(jì)

1、職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：高頻電子線路專業(yè)班級(jí)：信工 112姓名：周炎學(xué)號(hào)：20110311230學(xué)期： 20132014 第一學(xué)期目錄一 、課程設(shè)計(jì)目的2二、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求2三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容2四、結(jié)論21五、結(jié)束語22六、參考書目22七、附錄： (源程序清單 )221一 、課程設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)一個(gè)石英晶體自激震蕩器和一個(gè)電容式三端自激震蕩器二、課程設(shè)計(jì)題目描述和要求2.1 課程設(shè)計(jì)題目描述本次設(shè)計(jì)采用正弦波發(fā)生電路, 正弦波發(fā)生電路通常稱為正弦波振蕩器。是模擬電子電路的一種重要形式。 特點(diǎn)是不需要外加任何輸入信號(hào)就能根據(jù)要求而輸出特定頻率的正弦波信號(hào)。這種特點(diǎn)稱為“自激振蕩”

2、。波形發(fā)生電路是非常典型的正反饋放大電路。 與放大器一樣 , 震蕩器也是一種能量轉(zhuǎn)換器, 但不同的是振蕩器無需外部激勵(lì)就能自動(dòng)地將直流電源提供的功率轉(zhuǎn)換為指定的頻率和振幅的交流信號(hào)功率輸出。 振蕩器一般由晶體管等有源器件和具有某種選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)組成。2.2課程設(shè)計(jì)要求1)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)晶振振蕩器主要技術(shù)指標(biāo)：晶振頻率為20MHz, 輸出信號(hào)幅度 5V(峰峰值 ) ，可調(diào)。2)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器主要技術(shù)指標(biāo)：振蕩頻率15-20MHz, 輸出信號(hào)幅度 5( 峰峰值 ) ，可調(diào)；頻率穩(wěn)定度優(yōu)于 10-4 。三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1設(shè)計(jì)方案的論證：1. 產(chǎn)生自激振蕩的條件1

3、）平衡條件假設(shè)圖示電路中：先通過輸入一個(gè)正弦波2信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，此時(shí)，以極快的速圖 1度使輸出信號(hào)，通過反饋網(wǎng)絡(luò)送到輸入端，且使反饋信號(hào)與原輸入信號(hào) “一模一樣”，同時(shí)切斷原輸入信號(hào)，由于放大器本身不能識(shí)別此時(shí)的輸入究竟來自信號(hào)源，還是來自本身的輸出，既然切換前后的輸入信號(hào)“一模一樣”，放大器就一視同仁地給予放大， 形成：輸出反饋輸入放大輸出反饋 ；這是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，放大器就構(gòu)成了一個(gè)“自給自足”的自激振蕩器。上述假設(shè)指出：只有反饋到輸入端的信號(hào)與原輸入信號(hào)“一模一樣”。才能產(chǎn)生自激振蕩，“一模一樣”就是自激振蕩的條件亦稱平衡條件。也即：?f=XiXi =Xf因?yàn)槭钦也ǎ?而描

4、述正弦波的三要素是： 振幅、頻率和相位。 振幅相等；相位相同（若相位總相同， 則頻率和初相一定都相等） 因?yàn)樽约ふ袷幨且粋€(gè)正反饋放大器，故可用反饋的概念來描述振蕩條件。當(dāng) Ui Uf時(shí)U f1Fu AuU 1Fu AuU iU iAAe j Auu由于 Au和 Fu都是復(fù)數(shù)FuFuej FA F 1 A F ej( AF )u uuu此式要成立，則必有 Au Fu 1， AF 2n（ n0.1.2）Au Fu1振幅平衡條件AF 2n（n0.1.2）相位平衡條件2 ）起振條件起振的最初來源是振蕩器在接通電源不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲3等，例如：在加電時(shí)晶體管電流由零突然增加， 突變的電流

5、包含有很寬的頻譜分量，在他們通過負(fù)載電路時(shí)， 由諧振回路的性質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的分量可以產(chǎn)生較大的輸出電壓， 而其他頻率成分不會(huì)產(chǎn)生壓降， 因此負(fù)載回路上只有頻率為回路諧振頻率的成分產(chǎn)生壓降， 該壓降通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較大的正反饋電壓，反饋電壓又加到放大器的輸入，進(jìn)行放大，反饋 , 不斷地循環(huán)下去，諧振負(fù)載上將得到頻率等于回路諧振頻率的輸出信號(hào)。在振蕩開始時(shí)由于激勵(lì)信號(hào)較弱，輸出電壓的振幅U0 較小經(jīng)過不斷放大，反饋循環(huán)，輸出幅度 U0 逐漸增大， 否則輸出信號(hào)幅度過小， 沒任何價(jià)值。為了使振蕩過程中輸出幅度不增加， 應(yīng)使反饋回來的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大， 即振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩

6、。T(jw)>1稱為自激振蕩的起振條件也可寫為|T(jw)|=Yf RL F >1T =f +L +F =2n? n=0,1,2,上式分別為起振的振幅條件和相位條件，其中起振的相位條件即為正反饋條件。3 ） 穩(wěn)定條件處于平衡狀態(tài)的振蕩器應(yīng)考慮其工作穩(wěn)定性， 這是因?yàn)檎袷幤髟诠ぷ鬟^程不可避免地要受到外界各種因素的影響， 如溫度改變， 電源電壓的波動(dòng)等等， 這些變化將使放大器放大器啊倍數(shù)和反饋系數(shù)改變， 破壞了原來的平衡狀態(tài)， 對(duì)振蕩器的正常工作將會(huì)產(chǎn)生影響。 如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)， 振蕩器能在原平衡點(diǎn)附近建立起新的平衡狀態(tài)， 而且當(dāng)外界因素消失后， 振蕩器能自動(dòng)回到原來平衡狀

7、態(tài)，則原來平衡點(diǎn)是穩(wěn)定的；否則平衡點(diǎn)為不穩(wěn)定。振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。要使振蕩穩(wěn)定， 振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說既是，在平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時(shí)，環(huán)路增益的模值 T 應(yīng)減小，形成減幅振蕩， 從而阻止振幅的增大， 達(dá)到新的平衡， 并保證新平衡點(diǎn)在原平衡點(diǎn)附近，否則，若振幅增大 ,T 也增大 , 則振幅將持續(xù)增大 , 遠(yuǎn)離元原平衡點(diǎn) , 不能形成新的平衡 , 振蕩器不穩(wěn)定；而當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅減小時(shí)， T 應(yīng)增大，形4成增幅振蕩， 阻止振幅的減小， 再遠(yuǎn)平衡點(diǎn)附近建立起新的平衡，否則振蕩器將是不穩(wěn)定的。因此振幅穩(wěn)定條件為?=?<0

8、?由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)， 即反饋系數(shù)大小 F 不隨輸入信號(hào)改變， 故振蕩器條件又可寫為?=?< 0?式中 K 為放大器增益大小。 由于放大器的非線性， 只要電路設(shè)計(jì)合理， 振幅穩(wěn)定一般很容易滿足。若振蕩器采用自偏壓電路， 并工作到截止?fàn)顟B(tài)， 其| ?K/ ?U i | 大，振蕩穩(wěn)定性好。再解釋振蕩器的相位穩(wěn)定性前，我們必須清楚，一個(gè)正弦信號(hào)的相位 和它的頻率 W之間的關(guān)系? =? = w dt可見，相位的變化必然要引起頻率的變化， 頻率的變化也必然要引起相位的變化。L, ()設(shè)振蕩器原在 ?=?時(shí)處于相位平衡狀態(tài)，即有fF 1L?(?1 ) + ?+ ? = 0, 現(xiàn)因外界原因使振蕩的

9、反饋電壓?U 的相位超前原輸入信號(hào) U12。由于反饋相位提前0bb ()fF （既每一周期中 ? 的相位均超前 ? ），振蕩周期要縮短，?振蕩頻率要提高，比如提高到 ?2 ,?2 > ?1 。當(dāng)外界因素消失后圖 2顯然 W 處不滿足相位平衡條件，這時(shí)， ? + ? 不變，但由于 ? > ? ，? 要下2?21?降，即這時(shí) ?相對(duì)于 ? 的幅角?< 0?(?1 ) + ?+ ?這表示 Ub落后于 Ub ，導(dǎo)致振蕩周期增長(zhǎng)，振蕩頻率降低，即又恢復(fù)到原來的振蕩頻率 w1 。上述相位穩(wěn)定是靠w增加， L 降低來實(shí)現(xiàn)的，即并聯(lián)振蕩回路的相位特性保證了相位穩(wěn)定。因此相位穩(wěn)定條件為5?=?

10、 <0?1回路 Q值越高， |?L |值越大，其相位穩(wěn)定性越好。?w2. 電容反饋式三端振蕩器基本電路就是通常所說的三端式( 又稱三點(diǎn)式 ) 的振蕩器 ,即 LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路 ,如圖。.根據(jù)諧振回路的性質(zhì) ,諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性 ,因而有IcX1 X2 X30 即X 3(X1 X2)V一般情況下 ,回路 Q值很高 , 因此回路電流遠(yuǎn)大. Ub Uc 于晶體管的基極電流 ?b 、集電極電流 ? c 以及發(fā)X2.X1射極電流 ?e,故由圖有IX3U bjX 2 IX 2FX 1圖 3U cjX 1 I因此 X1、 X2 應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。即構(gòu)成原則

11、為：射同余異三端式振蕩器有兩種基本電路,如圖所示。圖(a) 中 X1 和 X2 為容性 , X3 為感性 , 滿足三端式振蕩器的組成原則 , 反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的 , 稱為電容反饋振蕩器 , 也稱為考必茲 (Colpitts) 振蕩器。圖 (b) 為電感反饋振蕩器 , 也稱為哈特雷 (Hartley) 振蕩器。VVX1X2L 2L1C2C1X1X2X3LX3C(a)(b)圖 41 ）三端電容反饋振蕩器圖 4 - 8(a) 是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路 , 將Rb1 , Rb 2 , Rc 視為開路將 Cb , C e 視為短路圖，則是其交流等效電路如圖 (b) 。R1EcL cCbVC

12、1VR2CeLReC 26C2C1L(a)(b)圖 5振蕩頻率：高 Q 時(shí)ff1C1C 20C2LCC1 C2與電感三端震蕩電路想比， 電容三端振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形較好， 這是因?yàn)榧姌O和基極電流可通過對(duì)諧波為低阻抗的電容支路回到發(fā)射極， 所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧波分量減少，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中的不穩(wěn)定電容（分布電容、器件的結(jié)電容等）都是與該電路并聯(lián)的，因此適當(dāng)?shù)募哟蠡芈冯娙萘浚?就可以減弱不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩器的影響， 從而提高了頻率穩(wěn)定度。最后，當(dāng)工作頻率較高時(shí)， 甚至可以只利用器件的輸入和輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。這種電路的缺點(diǎn)是 : 調(diào)

13、 或 來改變震蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但只要在 L 兩端并上一個(gè)可變電容器， 并令 與 為固定電容， 則在調(diào)整頻率時(shí)， 基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。2 ）改進(jìn)型電容三點(diǎn)式(1) 如圖是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路圖 67它的特點(diǎn)是在前述的電容三點(diǎn)式振蕩諧振回路電感支路中增加了一個(gè)電容 C3，其取值比較小，要求 C3<< C1，C3<< C2。先不考慮各極間電容的影響，這時(shí)諧振回路的總電容量 C為 C1、C2 和 C3 的串聯(lián)，即1111 C3 C1C2 1CC1C2C3C3011LCLC3FC1C3pC1C2RLp2 R0( C3 )2 RoC1于是，振蕩頻率為

14、f 0 112 LC 2 LC 3使上式成立的條件是 C1和 C2 都要選得比較大，由此可見， C1、C2 對(duì)振蕩頻率的影響顯著減小，那么與 C1、C2并接的晶體管極間電容的影響也就很小了，提高了振蕩頻率的穩(wěn)定度。(2) 西勒電路是在克拉潑電路的 L 兩端并聯(lián)上一個(gè)電容得到的，有效的改善了克拉潑電路可調(diào)范圍小的缺點(diǎn)，電路圖如圖所示：圖 7CC41C3 C4111C1C2C38所以振蕩頻率f0 112 L C3 C42 LC該電路頻率穩(wěn)定性非常高，振幅穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，適合做波段振蕩器。通過對(duì)以上的幾種電路的分析，可以看出：1. 電感反饋式三端振蕩器：容易起振，調(diào)頻方便，但波形失真較大；2.

15、電容反饋式三端振蕩器：波形好，頻率穩(wěn)定性好，但調(diào)頻不方便；3. 克拉潑振蕩器：調(diào)頻方便但可調(diào)范圍小；4. 西勒振蕩器：頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，調(diào)頻方便。所以，在本設(shè)計(jì)中擬采用并聯(lián)改進(jìn)型的西勒電路振蕩器。3. 石英晶體振蕩器a. 主要成分： SiO2天然的石英晶體有六個(gè)側(cè)面，呈六棱雙角錐形。經(jīng)過適當(dāng)?shù)那懈?，可獲得石英晶體薄片晶片。不同切向得到的晶片特性不同固有諧振頻率不同。b. 主要特性：壓電效應(yīng)在晶片上加電場(chǎng)， 晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形， 加交變電場(chǎng)， 晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)機(jī)械振蕩，同時(shí)，它的機(jī)械振蕩又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。換句話說，晶片能實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。這種能量轉(zhuǎn)換的過程與 LC并聯(lián)諧振回

16、路中：電感的磁場(chǎng)能與電容的電場(chǎng)能相互轉(zhuǎn)換的情況相類似。 晶片的這種物理特征稱為 “壓電效應(yīng)”。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于晶片的固有頻率時(shí)，石英晶體振蕩的振幅會(huì)突然增加，晶體呈現(xiàn)出純電阻性質(zhì)， 損耗極小， Q值極高，這種現(xiàn)象稱為 “壓電諧振”，所以石英晶體實(shí)際上是一種電機(jī)械的諧振子。c. 電路符號(hào)及等效電路電路符號(hào)：中間表示石英晶片， 晶片表面鍍一層金屬膜， 焊上金屬電極。 其等效電路分為靜9態(tài)等效電路和動(dòng)態(tài)等效電路。靜態(tài)時(shí)：石英晶體相當(dāng)于一個(gè)平板電容器，晶片相當(dāng)于介質(zhì)， 金屬膜相當(dāng)于兩個(gè)極板，等效電路為：C0 ：晶體的靜態(tài)電容，皮法數(shù)量級(jí)圖 8動(dòng)態(tài)時(shí)：石英晶體相當(dāng)于一個(gè)振蕩電路，其等效電路為：L

17、：晶體電感，反映晶體的慣性， 10 210 3HC：晶體電容，反映晶體的彈性， 10 1 10 2PFR：晶體的損耗電阻，幾歐 幾百歐。w0 L1分析：由于 L 很大， C、R很小，所以4 106Q010Rw0 cR這樣大的Q0 值是一般的 LC 回路所做不到的。從等效電路可以看出。1 串聯(lián)諧振狀態(tài)：諧振頻率?=2 并聯(lián)諧振狀態(tài)：諧振頻率? =12?11=?1+?=?2? ?2? ?000?+?0從數(shù)量級(jí)上看， CC0 ，因此， fs 和 fP 兩個(gè)頻率非常接近。石英晶體的電抗頻率特性曲線。在f s f p 頻率區(qū)間內(nèi)，晶體呈感性；在其余的頻率區(qū)間內(nèi)，晶體呈容性。圖圖 9石英晶體諧振器具有優(yōu)良

18、的特性, 具體表現(xiàn)為：a. 石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。b.石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p 很小 , 一般為 10 -3 = 10 -4 。c. 石英晶體諧振器具有非常高的 Q值。根據(jù)晶體在電路中的作用, 可以將晶體振蕩器歸為兩大類: 并聯(lián)型晶體振蕩器和10串聯(lián)型晶體振蕩器。1) 并聯(lián)型晶體振蕩器圖 4-17 示出了一種典型的晶體振蕩器電路 , 當(dāng)振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時(shí)晶體呈感性 , 該電路滿足三端式振蕩器的組成原則 , 而且該電路與電容反饋的振蕩器對(duì)應(yīng), 通常稱為皮爾斯 (Pierce)振蕩器。EcCC 3CqV.C1C1C3gm UbELqC0.

19、 CU bC2rqeC2B(a)(b)圖 10反饋系數(shù) F 的大小為FC 1。由于晶體的品質(zhì)因數(shù) Q很高 , 故其并聯(lián)諧振C 2電阻 Ro 也很高 , 雖然接入系數(shù) p 較小 , 但等效到晶體管 CE兩端的阻抗 RL 仍較高 , 所以放大器的增益較高 , 電路很容易滿足振幅起振條件。 b-e 型并聯(lián)晶體振蕩器的典型電路如圖所示， 該電路是一個(gè)雙回路振蕩器， 它的固有諧振頻率略高于振蕩器的工作頻率， 負(fù)載回路選用的是并聯(lián)諧振回路， 可以抑制其他諧波， 有利于改善輸出波形，并且電路的輸出信號(hào)較大，但頻率穩(wěn)定度不如 b-c 型振蕩電路，因?yàn)樵?b-e 型電路中，石英晶體則接在輸入阻抗低的 b-e 之

20、間，降低了石英晶體的標(biāo)準(zhǔn)性。其等效電路如圖 (b) 所示。和一般 LC 振蕩器相比，石英晶體振蕩器在外界因素變化而影響到晶體的回路固有頻率時(shí)， 它還具有使頻率保持不變的電抗補(bǔ)償能力， 原因是石英晶體諧振器的等效電感 Le 與普通電感不同， 當(dāng)頻率由 w q 變 w o 化到時(shí)，等效電感值將由零變到無窮大，這段曲線十分陡峭， 而振蕩器又剛好被限定在工作在這段線性范圍內(nèi)，也就是說，石英晶體在這個(gè)頻率范圍內(nèi)具有極陡峭的相頻特性曲線， 因而它具有很高的電感補(bǔ)償能力。2)串聯(lián)型晶體振蕩器在串聯(lián)型晶體振蕩器中 , 晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)之間, 通常接在反饋電路中。如圖是一串聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)際線路

21、和等效電路。Ec11LVC 1JTVC1LC 2圖 11在串聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)之間，通常接在反饋電路中。 由串聯(lián)型振蕩器的實(shí)際路線和等效電路。 可以看出， 如果將石英晶體短路，該電路即為電容反饋的振蕩器。 電路的實(shí)際工作原理為： 當(dāng)回路的諧振頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率時(shí)， 晶體的阻抗最小， 近似為一短路線， 電路滿足相位條件和振幅條件，故能正常工作；當(dāng)回路的諧振頻率距串聯(lián)諧振頻率較遠(yuǎn)時(shí)，晶體阻抗增大，是反饋減弱，從而使電路不能滿足振幅條件， 電路不能正常工作。串聯(lián)型晶體震蕩器的工作頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率， 不需要外加負(fù)載電容 CL ,通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容

22、為無窮大，在實(shí)際制作中，若f q 有小的誤差，則可以通過回路調(diào)諧來微調(diào)。 串聯(lián)型晶體振蕩器只能適應(yīng)高次泛音工作， 這是由于晶體只起到控制頻率的作用， 對(duì)回路沒有影響， 只要電路能正常工作， 輸出幅度就不受晶體控制。由于晶體的精確度極高， 所以串聯(lián)晶體振蕩器足以滿足實(shí)際要求， 而且串聯(lián)振蕩容易設(shè)計(jì)電路容易搭建所以本次設(shè)計(jì)選串聯(lián)諧振電路來實(shí)現(xiàn)。3.2元器件參數(shù)的計(jì)算1.席勒振蕩器參數(shù)的計(jì)算1 ）確定三極管靜態(tài)工作點(diǎn)RcEcR1C3如圖是要設(shè)計(jì)的電路及其交流等效電路VC1V合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)振蕩LR2CbCRe4器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好C2壞有著密切的關(guān)系。般小功率振蕩器的

23、(a)圖 12靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離飽和區(qū)而靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則， 由附錄三極管 2n3904 的參數(shù)的選取 ICQ = 2mA，VCEQ = 6V，=100 ；C3C1LC4C2(b)12則有 ReUCC UCEQ12 6Rc3KI CQ2為提高電路的穩(wěn)定性Re 值適當(dāng)增大，取Re=1K則 Rc2K因： UEQ =ICQ ?Re則： UEQ =2mA× 1K=2V因： IBQ = ICQ?則： I BQ =2mA/100=0.02mA一般取流過 Rb2 的電流為 5 10I BQ ,若取 10I BQ因： R2=UBQUBQ = UEQ + 0.710IBQ所以 R2=2.

24、7V=2.7V= 13.5K10?I BQ10?0.0.2mA所以取標(biāo)稱電阻為12K? 。VCC-U BQ因：R1 =UBQR2則： R1 = 12V-2.7V12K = 41.3K 2.7V2) 交流參數(shù)的確定回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)為總電容 C 和總電感 L 兩部分。確定這些元件參量的方法， 是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先選定一種， 而后按振蕩器工作頻率再計(jì)算出另一種電抗元件量。 從原理來講， 先選定哪種元件都一樣， 但從提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的觀點(diǎn)出發(fā)，以保證回路電容 Cp遠(yuǎn)大于總的不穩(wěn)定電容 Cd 原則，先選定 Cp為宜。若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)， 回路電容應(yīng)取大一些， 這有利于減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極間

25、電容等變化的影響。 但 C 不能過大， C過大，L 就小，Q值就會(huì)降低，使振蕩幅度減小，為了解決頻穩(wěn)與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系數(shù) F=C1/C2 ，不能過大或過小，適宜 0.1 0.5 。因振蕩器的工作頻率為：當(dāng) LC 振蕩時(shí)，按題目要求 fo =1520 MH ，本次選 20MH本電路中，則回路的諧振頻率主要由 C3 、 C4 、L決定，即f112LC2 L(C3 C4 )有L?(C3 + C4) =216 = 6.33 ×10 -17 = 63.3 ×10-6 ×10 -124? ?20?1013為了計(jì)算簡(jiǎn)便取 “64×10-6 

26、5;10 -12 ”則取 C3 + C4 = 8pF， L = 8H取 C3 =C4 = 4pF，因要遵循 C1 ，C2 >>C3 , C4 ， C1 / C2 =0.1 0.5 的條件，故取 C1 = 40pF則C2 =60pF。2 . 串聯(lián)石英晶體振蕩器的計(jì)算1 ）確定三極管靜態(tài)工作點(diǎn)如圖是要設(shè)計(jì)的電路及其交流Ec等效電路正確的靜態(tài)工作點(diǎn)是振蕩器R1LC1能夠正常工作的關(guān)鍵因素，靜態(tài)工作VJTVLC1點(diǎn)主要影響晶體管的工作狀態(tài)，若靜R2C2C2態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置不當(dāng)則晶體管無法進(jìn)Re行正常的放大，振蕩器在沒有對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)是無法工作的。振蕩(a)圖 13(b)器主電路的靜態(tài)工

27、作點(diǎn)主要由R1 、R2 、Re 決定，將電感短路，電容斷路，得到直流通路。根據(jù)上述原則，由附錄三極管 2n3904 的參數(shù)的選取 I CQ = 2mA，VCEQ = 6V，=100 ；則有 ReU CCU CEQ1263KI CQ2因： ? =?則： ?=2mA×3K=6V?因：= ?則：?=2mA/100=0.02mA?一般取流過 Rb2 的電流為 5 10IBQ , 若取 10I BQ?因： ?= 10?2?= ?+ 0.76.7V?6.7V所以 ?= 33.5?210?I BQ10?0.0.2mA因：?=VCC-U BQ?1UBQ2則： ?12V-6.7V33.5? 26.4?

28、1 =6.7V2) 交流參數(shù)的確定對(duì)于振蕩器， 當(dāng)電路接為串聯(lián)型振蕩器時(shí)，晶體起到短路電阻的作用， 輸出頻率14應(yīng)為 20MHZ； 主要頻率由石英晶體決定，諧振回路只起微調(diào)的作用。由于沒有20MHZ的石英晶體所以所以選25MHZ的石英晶體通過諧振電路來微調(diào)到20MHZ。本電路中，則回路的諧振頻率主要由 C1 、C2 、L微調(diào)，即f =1=12? ?2?(? ?)112有 L ?(C1 C2)=6 =6.33 ×10 -17 =63.3 ×10-6 ×10 -1224? ?20?10有為了計(jì)算簡(jiǎn)便取 “64×10 -6 ×10 -12”則取 C3

29、 C4= 8pF ，L = 8H本應(yīng)去取 C1 =C2 = 8pF，L = 8H但為了微調(diào)頻則取 C1 =8pF，C2= 10pF，L = 10 H3.3 仿真結(jié)果與分析1. 軟件簡(jiǎn)介Multisim 是一個(gè)專門用于電子線路設(shè)計(jì)與仿真的EDA工具軟件，它是加拿大 IIT 公司（ Interactive Image Technologise Ltd.）推出的繼 EWB之后的版本。它包含了電路原理圖的圖形輸入、 電路硬件描述語言輸入方式， 具有豐富的仿真分析能力。 NI Multisim 軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。 學(xué)生可以很方便地把剛剛學(xué)到

30、的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來， 并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。Multisim軟件特點(diǎn) :(1) 直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上， 輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來， 軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似， 測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。(2) 豐富的元器件庫：Multisim 大大擴(kuò)充了 EWB的元器件庫， 包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、 TTL 和 CMOS數(shù)字 IC、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型， 還

31、可通過 liT 公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的擴(kuò)充和更新服務(wù)。(3) 豐富的測(cè)試儀器： 除 EWB具備的數(shù)字萬用表、 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、 雙通道示15波器、掃頻儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外，Multisim新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與EWB不同的是：所有儀器均可多臺(tái)同時(shí)調(diào)用。(4) 完備的分析手段：除了 EWB提供的直流工作點(diǎn)分析、 交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點(diǎn)一零點(diǎn)分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外， Multisim新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖

32、形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計(jì)要求。(5) 強(qiáng)大的仿真能力： Multisim 既可對(duì)模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真，也可進(jìn)行數(shù)模混合仿真，尤其是新增了射頻 (RF) 電路的仿真功能。仿真失敗時(shí)會(huì)顯示出錯(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因，仿真結(jié)果可隨時(shí)儲(chǔ)存和打印。2. 西勒振蕩器的仿真以下為 Multisim對(duì)西勒振蕩器的仿真：圖 141 ）仿真結(jié)果16圖 15 示波器波形圖 16 頻率計(jì)讀數(shù)17圖 17 測(cè)量探針讀數(shù)2 ）仿真分析仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期效果（主要技術(shù)指標(biāo)：振蕩頻率15-20MHz, 輸出信號(hào)幅度5( 峰峰值 ) ，可調(diào)；頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-4 ）輸出幅度可以通過調(diào)

33、節(jié)負(fù)載上的滑動(dòng)變阻器來改變。3. 串聯(lián)石英晶體自激振蕩器的仿真以下為 Multisim 對(duì)晶體振蕩器的仿真圖 18181 ）仿真結(jié)果圖 19 示波器波形圖 20 頻率計(jì)讀數(shù)19圖 21 測(cè)量探針讀數(shù)2 ）仿真分析仿真結(jié)果達(dá)到了預(yù)期效果（主要技術(shù)指標(biāo)：晶振頻率為20MHz, 輸出信號(hào)幅度5V(峰峰值 ) ，可調(diào)）輸出幅度可以通過調(diào)節(jié)負(fù)載上的滑動(dòng)變阻器來改變。3.3仿真注意事項(xiàng)1. 間歇振蕩防止方法：起振時(shí) KF不要太大外，主要方法是適當(dāng)選取偏壓電路中Cb 、Ce的值。EcLcR1CbVR2CeC1LReC2(a)圖 23圖 22間歇振蕩時(shí) Ub 與 Eb 的波形2. 頻率拖曳現(xiàn)象頻率拖曳是在緊耦

34、合的振蕩器中，當(dāng)變化一個(gè)回路的諧振頻率時(shí)，振蕩頻率具有非單值的變化。防止方法：減小兩回路的耦合。20E cL 1C1L2C2ML1L2CbC1C2Vr 1r2RbRrCe(a)(b)圖 24變壓器反饋振蕩器 (a) 實(shí)際電路 ; (b)耦合回路的等效電路3. 振蕩器的頻率占據(jù)現(xiàn)象在一般 LC 振蕩器中 , 若從外部引入一頻率為 fs 的信號(hào) , 當(dāng)f s接近振蕩器原來的振蕩頻率 f1 時(shí), 會(huì)發(fā)生占據(jù)現(xiàn)象 , 。4. 寄生振蕩在高頻放大器或振蕩器中 , 由于某種原因 , 會(huì)產(chǎn)生不需要的振蕩信號(hào), 這種振蕩稱為寄生振蕩。產(chǎn)生寄生振蕩的形式和原因是各種各樣的, 有單級(jí)和多級(jí)振蕩 , 有工作頻率附近的振蕩或者是遠(yuǎn)離工作頻率的低頻或超高頻振蕩。C1L1LcC2C3RCbcVVLcLbLbEc(a)(b)uc0t(c)圖 25 低頻寄生振蕩的等效電路和波形四、結(jié)論課程設(shè)計(jì)是將課程基本理滄轉(zhuǎn)化為課程實(shí)踐的活動(dòng)的“橋梁”，課程設(shè)計(jì)水21平