LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)_徐進(jìn)(高頻課程設(shè)計(jì))

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 高頻電子線路 題 目 LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì) 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 電信07-2班 學(xué)生姓名 徐進(jìn) 學(xué)生學(xué)號(hào) 070901140207 指導(dǎo)教師 2011年 3月 4日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程 高頻電子線路題目 LC調(diào)頻振蕩器的設(shè)計(jì)專業(yè) 電子信息工程 姓名 徐進(jìn) 學(xué)號(hào) 0709011402071、主要內(nèi)容 根據(jù)所提出的基本要求，設(shè)計(jì)一個(gè)LC調(diào)頻振蕩器。通過(guò)在電路設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，掌握LC調(diào)頻振蕩器的基本設(shè)計(jì)方法，加深對(duì)該門(mén)課程的理論知識(shí)的理解，提高電子實(shí)踐能力。2、基本要求 設(shè)計(jì)一個(gè)LC調(diào)頻振蕩器，主要技術(shù)指標(biāo)為：

2、(1) 主振頻率； (2) 頻率穩(wěn)定度； (3) 輸出電壓； (4) 最大頻偏。3、主要參考資料 1 陽(yáng)昌漢. 高頻電子線路. 哈爾濱：高等教育出版社，2006. 2 張肅文，陸兆雄. 高頻電子線路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試. 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000. 4 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，2002.完成期限 2月28日-3月4日 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2011 年 2 月 25 日一、電路原理1電路原理及用途LC調(diào)頻振蕩器的電路由LC正弦波振蕩器與變?nèi)荻O管調(diào)頻電路所組成，

3、其中晶體管VT組成電容三點(diǎn)式振蕩器。VT接成共基組態(tài) C(B)為基極耦合電容。VT的靜態(tài)工作點(diǎn)由R(B1)、R(B2)、R（E）及R（C）所決定，即：U（BQ）=R（B2）Ucc/R(B1)+R(B2) （1）U（EQ）=U（BQ）-U（BE）I（CQ）R（E） （2）I（CQ）=Ucc-U（CEQ）/R（B）+R（C） （3）I（BQ）=I（CQ）/ （4）小功率振蕩器的靜態(tài)工作電流I（CQ）一般為14mA。I（CQ）偏大，振蕩幅度增加，但波形失真加重，頻率穩(wěn)定性變差。L1、C1與C2、C3組成并聯(lián)諧振回路，其中C3兩端的電壓構(gòu)成振蕩器的反饋電壓U（BE），以滿足相位平衡條件=2n。比值C2

4、/C3=F決定反饋電壓的大小，當(dāng)A（VO）=1時(shí)，振蕩器滿足振蕩平衡條件，電路的起振條件為A（VO）F1。為減小晶體管的極間電容對(duì)回路振蕩頻率的影響，C2、C3的取值要大。如果選C1C2，C1C3，則回路的諧振頻率f0主要由C1決定，即： f0=1/2L1C1 如果取C1為幾十皮法，C2、C3可取幾百皮法至幾千皮法。反饋系數(shù)F一般取1/21/8。調(diào)頻電路由變?nèi)荻O管VD（C）及耦合電容Cc組成，R1與R2為變?nèi)荻O管提供靜態(tài)時(shí)的反向支流偏置電壓U（Q），即U（Q）=R2/（R1-R2）Ucc。電阻R3稱為隔離電阻，常取R3R2，R2R1，以減小調(diào)制信號(hào)u（）對(duì)U（Q）的影響。C5與高頻扼流圈L

5、2給u（）提供通路，C6起高頻濾波作用。變?nèi)荻O管VDc通過(guò)Cc部分接入振蕩回路，有利于提高主振蕩頻率f0的穩(wěn)定性，減小調(diào)制失真。變?nèi)莨懿糠纸尤胝袷幓芈返牡刃щ娐罚尤胂禂?shù)p及回路總電容C（） 分別為： p=Cc/（Cc+Cj） C（）=C1+CcCj/（Cc+Cj） 式中，C（j0）變?nèi)荻O管的結(jié)電容，它與外加電壓的關(guān)系為： Cj=C（j0）/（1-u/U） 式中，C(j0) 變?nèi)莨芰闫珘簳r(shí)的結(jié)電容； U(D) 變?nèi)莨躊N結(jié)內(nèi)建電位差（硅管 =0.7V，鍺管 =0.3V）；用途：石英振蕩器的出現(xiàn)帶來(lái)了數(shù)字電信號(hào)的實(shí)現(xiàn)，電子振蕩器的出現(xiàn)給人類帶來(lái)了遠(yuǎn)程通訊。光電振蕩器頻率比最快的石英振蕩器高近

6、一千倍，而噪聲卻比石英振蕩器還低，且振蕩頻率不受外界環(huán)境影響，成本也能夠降得很低，成為當(dāng)今振蕩器中綜合性能最好的振蕩器。2主要技術(shù)指標(biāo) (1) 主振頻率； (2) 頻率穩(wěn)定度； (3) 輸出電壓； (4) 最大頻偏。二、設(shè)計(jì)步驟和調(diào)試過(guò)程1、總體設(shè)計(jì)電路本設(shè)計(jì)基于LC振蕩器原理，通過(guò)變化變?nèi)荻O管兩端的電壓來(lái)改變電容，以達(dá)到改變頻率，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。完成了調(diào)頻的要求本設(shè)計(jì)包括三點(diǎn)式振蕩器模塊、放大器模兩塊部分。其系統(tǒng)框圖如圖所示。LC振蕩器模塊放大器模塊音頻信號(hào)a、LC三點(diǎn)式振蕩組成原理圖其振蕩頻率f=。當(dāng) 和為容性，為感性時(shí)稱為電容反饋振蕩器，其中C=；當(dāng) 和為感性，為容性時(shí)稱為電容反饋

7、振蕩器，其中 L=+。當(dāng)我們相應(yīng)變化電容值時(shí)就能使頻率作出相應(yīng)的變化，以達(dá)左圖三點(diǎn)式振蕩組成到調(diào)頻的目的。此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在沒(méi)有加載音頻信號(hào)時(shí)利用LC振蕩器振蕩出主頻6.5MHz。后面用放大器對(duì)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行放大。（a）、LC振蕩模塊設(shè)計(jì)LC振蕩電路采用三點(diǎn)式振蕩，其有哈特萊振蕩器、克拉潑振蕩器、西勒振蕩器。方案一：哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器其振蕩頻率為f=,式中L=+2M，此方案比較容易起振，調(diào)整也方便，但輸出的波形不好，在頻率較高時(shí)不易起振。 方案二：克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器其振蕩頻率為f=，式中C=，此電路的頻率穩(wěn)定度較好，但在振蕩范圍較寬時(shí)，輸出幅度不均勻，且頻率升高后不易起振，其主要用于

8、固定頻率或波段范圍較窄的場(chǎng)合。方案三：西勒振蕩器西勒振蕩器其振蕩頻率為f=，式中C=+，這種振蕩器較易起振，振蕩頻率也較為穩(wěn)定，波形失真較小，當(dāng)參數(shù)設(shè)置得當(dāng)時(shí)，其頻率覆蓋系數(shù)較大?；谝陨戏治?，我們決定選用方案三。電路圖如下：Sch圖2、電路工作狀態(tài)或元件參數(shù)的確定振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)取ICQ=2mA，VCEQ=6V，測(cè)得晶體管=60。    因RE+RC=，為提高電路的穩(wěn)定性，RE的值可適當(dāng)增大，取RE=1k，則RC=2k。    因       

9、0; VEQ=ICQ RE=2V    若取流過(guò)RB2的電流IB2=10IBQ=10ICQ/=0.33mA則               RB2=VBQ/IB28.2k    因          即     

10、          RB1用20k電阻與47k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。    （2）計(jì)算主振回路元件值     若取=100pF，由試        得              &

11、#160;              實(shí)驗(yàn)中可適當(dāng)調(diào)整的圈數(shù)或的值。     電容、由反饋系數(shù)F及電路條件， 決定，若取=510pF，由F=，則取=3600pF，取耦合電容。    （3）測(cè)變?nèi)荻O管的特性曲線，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。     如果變?nèi)荻O管的特性曲線未給定，給定變?nèi)荻O管為2CC1C，已測(cè)量出其曲線。

12、取變?nèi)莨莒o態(tài)反向偏壓，由特性曲線可得變?nèi)莨艿撵o態(tài)電容。    （4）計(jì)算調(diào)頻電路元件值     變?nèi)莨艿撵o態(tài)反偏壓由電阻與分壓決定，即                              已知，若取，則&

13、#160;                                   實(shí)驗(yàn)時(shí)用10k電阻與47k電位器串聯(lián)，以便調(diào)整靜態(tài)偏壓。    隔離電阻R3應(yīng)遠(yuǎn)大于、，取R3=150k。   

14、; 因接入系數(shù)，一般接入系數(shù)，為減小振蕩回路輸出的高頻電壓對(duì)變?nèi)菥w管的影響，n值應(yīng)取小，但n值過(guò)小又會(huì)使頻偏達(dá)不到指標(biāo)要求。可以先取n=0.2，然后在實(shí)驗(yàn)中調(diào)試。由曲線得到時(shí)，對(duì)應(yīng)，則                           取標(biāo)稱值20pF    低頻調(diào)制信號(hào)的耦

15、合支路電容及電感應(yīng)對(duì)提供通路，一般的頻率為幾十赫至幾十千赫茲，故取，（固定電感）。高頻旁路電容應(yīng)對(duì)調(diào)制信號(hào)呈現(xiàn)高阻，取。   （5）計(jì)算調(diào)制信號(hào)的幅度     為達(dá)到最大頻偏的要求，調(diào)制信號(hào)的幅度，可由下列關(guān)系式求出。     因                    

16、              式中，靜態(tài)時(shí)諧振回路的總電容，即                則回路總電容的變化量                 &#

17、160;   可得變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容的最大變化量                     變?nèi)莨?CC1C在處的斜率，可得調(diào)制信號(hào)的幅度    則調(diào)制靈敏為               

18、0;3、仿真及仿真結(jié)果分析仿真圖4、設(shè)計(jì)電路的性能評(píng)測(cè)設(shè)計(jì)電路安裝元器件由于調(diào)頻振蕩器的工作頻率較高，晶體管的結(jié)電容、引線電感、分布電容及測(cè)量?jī)x器對(duì)電路的性能影響均不能忽略。因此，在電路裝調(diào)及測(cè)試時(shí)應(yīng)盡量減小這些分布參數(shù)的影響。測(cè)試點(diǎn)選擇正確選擇測(cè)試點(diǎn)，減小儀器對(duì)被測(cè)電路的影響。在高頻情況下，測(cè)量?jī)x器的輸入阻抗（包含電阻和電容）及連接電纜的分布參數(shù)都有可能影響被測(cè)電路的諧振頻率及諧振回路的Q值，為盡量減小這種影響，應(yīng)正確選擇測(cè)試點(diǎn)，使儀器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于電路測(cè)試點(diǎn)的輸出阻抗。調(diào)試先調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，然后觀測(cè)動(dòng)態(tài)波形并測(cè)量電路的性能參數(shù)。按照理論公式計(jì)算的電路參數(shù)與實(shí)際參數(shù)可能相差較大，電路的調(diào)試要復(fù)雜一些。頻率穩(wěn)定度經(jīng)測(cè)試：達(dá)到要求。三、結(jié)論及心得體會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)中，我回顧了高頻的學(xué)習(xí)內(nèi)容，將以前做過(guò)的題型應(yīng)用到實(shí)踐，這是本次設(shè)計(jì)的最大心得。計(jì)算的過(guò)程，是我比較頭疼的。我算過(guò)幾遍，經(jīng)常結(jié)果不一樣。還有就是是書(shū)到用時(shí)方恨少，我需要繼續(xù)學(xué)習(xí)。本次設(shè)計(jì)重新激發(fā)了我對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情，終于找到了方向。以前覺(jué)得課本與實(shí)際相差太遠(yuǎn)，所以對(duì)課本重視不足?，F(xiàn)在知道，課本是基礎(chǔ)，實(shí)踐是建立在基礎(chǔ)之上的。在此次設(shè)計(jì)時(shí)我也遇到了不少的困難和問(wèn)題，在某位專業(yè)老師的幫助指點(diǎn)下，我最終都克服了這些困難