LC振蕩器設(shè)計(jì)解析

1、課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師:成績(jī)：電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系摘要-2-Abstract-2-弓I言-3-1概述-4-1.1反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理-4-1.2振蕩器必須滿足條件-41.2.1 起振條件-4-1.2.2 平衡條件-5-穩(wěn)定條件-5-2硬件設(shè)計(jì)一一西勒電路-6-2.1西勒電路原理圖-6-2.2西勒電路說(shuō)明-6-2.3西勒電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置-7-2.4西勒電路參數(shù)設(shè)定-8-3軟件仿真-9-3.1軟件簡(jiǎn)介-9-3.2仿真波形-10-3.3仿真分析-11-4結(jié)論-11-4.1設(shè)計(jì)的功能-11-4.2設(shè)計(jì)不足-11-4.3心得體會(huì)-12-參考文獻(xiàn)-12-

2、致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。摘要振蕩器是一種不需要外加激勵(lì)、電路本身能自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為具有某種波形的交流能量的裝置。種類很多，使用范圍也不相同，但是它們的基本原理都是相同的，即滿足起振、平衡和穩(wěn)定條件。通過(guò)對(duì)電感二點(diǎn)式振蕩器(哈脫萊振蕩器)、電容二點(diǎn)式振蕩器(考畢茲振蕩器)以及改進(jìn)型電容反饋式振蕩器(克拉波電路和西勒電路)的分析，根據(jù)課設(shè)要求頻率穩(wěn)定度10-4，西勒電路具有頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，適合做波段振蕩器等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇西勒電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。繼而通過(guò)Multisim設(shè)計(jì)電路與仿真。關(guān)鍵詞：振蕩器；西勒電路；MultisimAbstractTheoscillatorisakin

3、dofdon'tneedtomotivate,circuititselfautomaticallydeviceforDCenergyintoawaveformACenergyapplied.Manydifferenttypesofoscillators,usingrangeisnotthesame,butthebasicprinciplesarethesame,tomeetthevibration,theequilibriumandstabilityconditions.Basedontheinductanceofthethreepointtypeoscillator(Hartley)

4、,threepointcapacitanceoscillator(Colpitts)andimprovedcapacitorfeedbackoscillator(ClappandSeiler)analysis,accordingtoclassrequirements,Seilercircuitwithhighfrequencystability,amplitudestabilityfrequencyregulation,convenient,suitableforthebandoscillatoretc.,sothefinalchoiceofSeilercircuitdesign.Thenth

5、roughtheMultisimcircuitdesignandsimulation.KeyWords:Oscillator;Seiler;Multisim引言在信息飛速發(fā)展的時(shí)代，對(duì)信息的獲取、傳輸與處理的方法越來(lái)越受到人們的重視。如何高效快捷且沒(méi)有失真?zhèn)鬟f信息成為關(guān)注的熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)高頻電子線路課程的學(xué)習(xí)，了解到高頻信號(hào)發(fā)生器主要用來(lái)向各種電子設(shè)備和電路提供高頻能量或者高頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以便測(cè)試各種電子設(shè)備和電路的電氣特性。一般采用LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤(pán)刻度讀出。高頻信號(hào)發(fā)生器主要是產(chǎn)生高頻正弦振蕩波，故電路主要是由高頻振蕩電路構(gòu)成。振蕩器的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于

6、各類電子設(shè)備中。為此，振蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子線路。振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC振蕩器，本次課設(shè)采用LC振蕩器。LC振蕩器中的基本電路就是通常所說(shuō)的三點(diǎn)式振蕩器，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。其中三點(diǎn)式乂分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時(shí)為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過(guò)對(duì)電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點(diǎn)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。通過(guò)對(duì)各電路的比較，以及根據(jù)課設(shè)要求頻率

7、穩(wěn)定度10-4等綜合考慮，最終選擇西勒振蕩器，并完成相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。1概述反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理振蕩器是不需外信號(hào)激勵(lì)、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。反饋式振蕩器有兩部分組成：放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)。框圖如下所示。放大器的增益：A=V0/Vi(1.1-1)反饋系數(shù)：F=Vf/V0(1.1-2)1-1反饋式振蕩器組成框圖1.1 振蕩器必須滿足條件1.2.1 起振條件振蕩電路在剛接通電源時(shí)候，晶體管中電流從零躍變到某一數(shù)值，同時(shí)，電路中還有噪聲，它們具有很寬的頻譜。由丁放大器負(fù)載回路的選頻作用，其中只有某個(gè)頻率分量才能通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)加到放大器的輸入端，這就是振蕩器最初激勵(lì)信號(hào)。為了使振蕩器

8、在接通直流電源后能夠自動(dòng)起振，則要求反饋電壓在相位上與放大器輸入電壓同相，在幅度上則要求VfV,起振的充分必要條件?？梢詫?xiě)成：FA>1(1.2-1)WA+WF=2n：tn=0,1,2,3,(1.2-2)(1.2-1)是振幅起振條件，(1.2-2)是相位起振條件。兩者必須同時(shí)滿足才能起振1.2.2 平衡條件振蕩器幅度不能無(wú)限增長(zhǎng)下去，當(dāng)達(dá)到某數(shù)值時(shí)候，振蕩器將保持幅度不變，這時(shí)候有Vf=Vi,所以平衡條件為AF=1.或者可以寫(xiě)成：AF=1(1.2-3)WA+WF=2n：tn=0,1,2,3,(1.2-4)(1.2-3)和(1.2-4)分別稱為振幅平衡條件和相位平衡條件。1.2.3 穩(wěn)定條件

9、當(dāng)振蕩器受到外部因素的擾動(dòng)(如電源電壓波動(dòng)、溫度變化、噪聲干擾等)，將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化破壞原來(lái)的平衡狀態(tài)。如果通過(guò)放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器越來(lái)越偏離原來(lái)的平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài)，則表明原來(lái)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。反之，如果通過(guò)放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的趨勢(shì)，并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài)，則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。振蕩器的穩(wěn)定條件相應(yīng)地可分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。1) 振幅穩(wěn)定條件要使振幅穩(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(lái)說(shuō)，就是在平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時(shí)，環(huán)路增益將減小，從而使振幅減

10、小。2) 相位穩(wěn)定條件同理，要使相位穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止相位變化的能力。即有振蕩器的相位穩(wěn)定條件。0(1.2-5)2硬件設(shè)計(jì)一一西勒電路2.1西勒電路原理圖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：切原理電路（研交流等效電路2.2西勒電路說(shuō)明電路的特點(diǎn)：是在克拉潑電路的基礎(chǔ)上，用一電容C4,并聯(lián)丁電感L兩端。作用是保持了晶體管與振蕩回路弱耦合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。除此之外，西勒電路還具有振蕩幅度比較穩(wěn)定；振蕩頻率可以較高；頻率覆蓋率較大，可達(dá)1.61.8,因而在一些短波超、短波通信機(jī)，電視接收機(jī)中用的較

11、多。該電路振幅起振條件：AF1(2.2-1)該電路相位起振條件：aF2n(2.2-2)振幅平衡條件：AF1(2.2-3)相位平衡條件：af2n(2.2-4)2.3 西勒電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系。-般小功率振蕩器的靜態(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，一般小功率振蕩器集電極電流Icq大約在0.8-4mA之間選取，故本實(shí)驗(yàn)電路中：選Icc=2mAVceq=7.5V,6=100,則有:UccUCEQ157.5ReRc3.75KICQ2為提高電路的穩(wěn)定性R值適當(dāng)增大，取Re=10則Rc=2.75KQ

12、因?yàn)椋篣Eq=IcqR則：UEQ=2mAX1K=2V因?yàn)椋篒BQ=IC(/&則：IBQ=2mA/100=0.02mA一般取流過(guò)Rb2的電流為5-10Ibq,若取10Ibq因?yàn)椋篤bq-_2.7VRb2VBQVEQ0.7Rb213.5KIBQ0.2因?yàn)椋篟VccVbqrRb1Rb2VBQ則：15V2。7VRm12K54.67K2.7V2.4 西勒電路參數(shù)設(shè)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(lái)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

13、丁總的不穩(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，這有利丁減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極問(wèn)電容等變化的影響。但C不能過(guò)大,1/81/2。C過(guò)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(guò)大或過(guò)小，適宜等效電容:C41彳C21C3C4C3所以振蕩頻率:f02,LC根據(jù)課設(shè)要求，工作頻率5MHz所以：f02JLC3C42Jl10-6(C3C4)10-122,LC3C45.0MHz先設(shè)定L的值：L=10uH,可以求出:(C3C4)101.42pF所以取C3=50pF,C4=51.12pE反饋系數(shù)F

14、=C1/C?不能過(guò)大或過(guò)小，適宜1/81/2且遵循C1、C2>>C3C4的條件，因此C1=200pF,C2=510pFF=200/510=0.39。為了盡可能地減小負(fù)載對(duì)振蕩電路的影響，振蕩信號(hào)應(yīng)盡可能從電路的低阻抗端輸出。3軟件仿真3.1 軟件簡(jiǎn)介Multisim是一個(gè)專門(mén)用于電子線路設(shè)計(jì)與仿真的EDM具軟件，它是加拿大IIT公司（InteractiveImageTechnologiseLtd.）推出的繼EW眨后的版本。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NIMultisim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)

15、電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證?？梢院芊奖愕匕褎倓倢W(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屆于自己的儀表。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(lái)，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(kù)：Multisim大大擴(kuò)充了EWB勺元器件庫(kù)，包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMO敏字IC、DACADC及其他各種部件，且用戶可通過(guò)元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型

16、，還可通過(guò)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EWEM備的數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、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EWEEf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EWE®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、噪聲圖形分析和射頻分

17、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)?；旌戏抡?，尤其是電路的仿真功能。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3.2仿真波形下圖為西勒電路振蕩器的電路圖，是Multisim軟件畫(huà)出的，可以對(duì)其進(jìn)行仿真:仿真波形如圖所示:令雌訕1仿真的頻率：5.473.3仿真分析采用西勒振蕩電路，因?yàn)槲骼照袷幤鞯慕尤胂禂?shù)與克拉潑振蕩器的相同，由丁改變頻率主要通過(guò)C4完成的，C4的改變并不影響接入系數(shù)p,所以波段內(nèi)輸出較平穩(wěn)。而且C4改變，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)

18、1.61.8。4結(jié)論4.1設(shè)計(jì)的功能西勒振蕩器：頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.61.8,調(diào)頻方便。4.2 設(shè)計(jì)不足仿真出來(lái)的波形有略微失真，不是很穩(wěn)定。通過(guò)查找資料知道需要從以下方面入手：首先要看相位平衡條件是否滿足。對(duì)振蕩電路要看是否滿足對(duì)應(yīng)的相位平衡判斷標(biāo)準(zhǔn)。此外，還要在振幅平衡條件所包含的各種因素中找原因。除此之外：1）靜態(tài)工作點(diǎn)選的太小。2）電源電壓過(guò)低，使振蕩管放大倍數(shù)太小。3）負(fù)載太重，振蕩管與回路間耦合過(guò)緊，回路Q值太低。4）回路特性阻抗p或介入系數(shù)pce太小，使回路諧振阻抗RO太低。5）反饋系數(shù)kf太小，不易滿足振幅平衡條件。但kf并非越大越好，應(yīng)適當(dāng)選取所以仍然需要尋找適當(dāng)方法進(jìn)而完善電路。4.3 心得體會(huì)雖然課程設(shè)計(jì)只有短暫一周時(shí)間，但是我收獲頗深。在本次課程設(shè)計(jì)中，我選擇的題目是LC振蕩器的設(shè)計(jì)，結(jié)合自己所學(xué)的高頻電路知識(shí)，了解到，電感三點(diǎn)式振蕩器調(diào)頻方便，容易起振且輸出波形不理想。電容三點(diǎn)式振蕩器振蕩波形好但頻率穩(wěn)定性低?？死瓭娬袷幤髡袷庮l率改變可不影響反饋系數(shù)，振蕩幅度比較穩(wěn)定但可調(diào)范圍小。西勒振蕩器振蕩幅度比較