通信電子線路實(shí)驗(yàn)報(bào)告三點(diǎn)式振蕩

1、中南大學(xué)通信電子線路電感三點(diǎn)式振蕩器設(shè)計(jì) 通信電子線路課程設(shè)計(jì) 課程名稱 通信電子線路課程設(shè)計(jì) 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 2015年7月15日 前言現(xiàn)代通信的主要任務(wù)就是迅速而準(zhǔn)確的傳輸信息。隨著通信技術(shù)的日益發(fā)展，組成通信系統(tǒng)的電子線路不斷更新，其應(yīng)用十分廣泛。實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段很多，通信電子線路主要利用電磁波傳遞信息的無(wú)線通信系統(tǒng)。在本課程設(shè)計(jì)中，著眼于無(wú)線電通信的基礎(chǔ)電路正弦振蕩器的分析和研究。常用正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器組成,這就是反饋振蕩器。按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同，正弦波振蕩器可分為振蕩器、振蕩器和晶體振蕩器等

2、類型。其中振蕩器和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波。正反饋放大器既可以由晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等分立器件組成，也可由集成電路組成。振蕩器中除了有互感耦合反饋型振蕩器之外，其最基本的就是三端式（又稱三點(diǎn)式）的振蕩器。而三點(diǎn)式的振蕩器中又有電容三點(diǎn)式振蕩器和電感三點(diǎn)式振蕩器這兩種基本類型。反饋振蕩器是一種常用的正弦波振蕩器，主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器組成。按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同，正弦波振蕩器可分為L(zhǎng)C振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類型。本文介紹了高頻電感三點(diǎn)式振蕩器電路的原理及設(shè)計(jì)，電感三點(diǎn)式易起振，調(diào)整頻率方便，可以通過(guò)改變電容調(diào)整頻率而不影響反饋系數(shù)。正弦波振蕩器在各種

3、電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)所產(chǎn)生的波形不同，可將振蕩器分成正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器兩大類。前者能產(chǎn)生正弦波，后者能產(chǎn)生矩形波、三角波、鋸齒波等。在此次的通信電子線路課程設(shè)計(jì)中，我選做的是電感三點(diǎn)式振蕩設(shè)計(jì)，通過(guò)為時(shí)一周的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，我學(xué)到了很多書(shū)本之外的知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求指標(biāo)，并且完成了低頻、中頻到高頻的過(guò)渡，同時(shí)利用傅里葉變換分析產(chǎn)生的振蕩波形。希望此次的課程設(shè)計(jì)能夠得到老師的認(rèn)可與肯定。 二零一五年七月 目 錄一、課程設(shè)計(jì)的目的2二、課程設(shè)計(jì)的基本要求2三、課程設(shè)計(jì)題目及指標(biāo)2四、理論基礎(chǔ)34.1 振蕩器34.2 三點(diǎn)式振蕩器原理及分類34.3 電感三點(diǎn)式（哈特萊

4、）振蕩器44.4 振蕩器工作原理5五、振蕩條件65.1自激振蕩建立的過(guò)程65.2自激振蕩器的電路構(gòu)成75.3振蕩器的起振條件75.4振蕩器的平衡條件75.5振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件85.6振蕩器三類條件總結(jié)9 5.7 振蕩器的頻率穩(wěn)定.9六、電路設(shè)計(jì)116.1 設(shè)計(jì)概述116.2 電感振蕩部分116.3 輸出緩沖級(jí)部分13七、電路調(diào)試147.1電路調(diào)試概述147.2晶體管選擇147.3直流饋電線線路調(diào)試147.4振蕩回路調(diào)試157.5問(wèn)題總結(jié)17八、實(shí)驗(yàn)仿真演示188.1 低頻時(shí)仿真試驗(yàn)188.1.1電路圖188.1.2示波器波形顯示188.1.3 參數(shù)設(shè)置198.2 中頻時(shí)仿真試驗(yàn)228.2

5、.1電路圖228.2.2 波形圖228.3 高頻時(shí)仿真試驗(yàn)238.3.1電路圖238.3.2波形圖24九、結(jié)果分析28十、心得體會(huì)29十一、參考文獻(xiàn)31附錄32一、課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會(huì)查尋資料方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手、獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決高頻電子電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型電路的設(shè)計(jì)與制作，加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)自身的實(shí)踐能力。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求1、培養(yǎng)根據(jù)需要選學(xué)參考書(shū)，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過(guò)獨(dú)立思考深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，

6、學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。2、通過(guò)實(shí)際電路方案的分析比較，設(shè)計(jì)計(jì)算元件選取安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。3、掌握常用儀表的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力。4、了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的技術(shù)要求，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明，能正確反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖。5、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度，逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。三、課程設(shè)計(jì)題目及指標(biāo)題目：電感三點(diǎn)式振蕩器的設(shè)計(jì) 1、設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)電感三點(diǎn)式振蕩器 2、主要技術(shù)指標(biāo)：振蕩頻率為20MHz，輸出信號(hào)幅度5V（峰-峰

7、值）3、運(yùn)行環(huán)境：Multisim12仿真軟件四、理論基礎(chǔ)4.1 振蕩器自激振蕩器是在無(wú)需外加激勵(lì)信號(hào)的情況下，能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量電路。振蕩器的種類很多，根據(jù)其波形不同，可分為兩大類，正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。前者能產(chǎn)生正弦波，后者能產(chǎn)生矩形波、三角波、鋸齒波等。正弦波振蕩器根據(jù)其工作方式不同又可分為反饋型和負(fù)阻型振蕩器。反饋型振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持震蕩的正反饋放大器組成，按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的元件不同，正弦波振蕩器可分為、振蕩器和晶體振蕩器等類型。振蕩器和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波，振蕩器用于產(chǎn)生低頻正弦波。正反饋放大器既可以由

8、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等分立元件組成，也可以由集成電路組成。這幾種電路中，以石英晶體振蕩器的頻率最穩(wěn)定，次之，電路較差。在本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，我們主要研究的是振蕩器。采用諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋振蕩器統(tǒng)稱為振蕩器，它可以用來(lái)產(chǎn)生幾十千赫到幾百千赫的正弦波信號(hào)。實(shí)際上，高頻正弦波振蕩器幾乎都是采用回路進(jìn)行選頻的。不過(guò)有些高頻正弦波振蕩器，如晶體振蕩器、壓控振蕩器、集成電路振蕩器等。振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為互感耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器。其中后兩種又稱為三點(diǎn)式振蕩器。 三點(diǎn)式振蕩器有多種形式，主要有：電感三點(diǎn)式，又稱哈特萊振蕩器；電容三點(diǎn)式，又稱考畢茲振蕩器；串聯(lián)型改進(jìn)電容三點(diǎn)

9、式，又稱克拉潑振蕩器；并聯(lián)型改進(jìn)電容三點(diǎn)式，又稱西勒振蕩器。4.2 三點(diǎn)式振蕩器原理及分類三點(diǎn)式振蕩器是指LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而組成的一種振蕩器。 三點(diǎn)式振蕩器電路用電容耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點(diǎn), 是一種廣泛應(yīng)用的振蕩電路, 其工作頻率可達(dá)到幾百兆赫。根據(jù)具體元件選擇與接法的不同又可以分為電容三點(diǎn)式振蕩器（考畢茲振蕩器）與電感三點(diǎn)式（哈特萊振蕩器）兩種，其主要特點(diǎn)如下：電容三點(diǎn)式：反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形好，接近正弦波。反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)，如果用改變回路的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影

10、響起振。電感三點(diǎn)式：便于用改變電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率，而不會(huì)影響反饋系數(shù)，但是反饋電壓中高次諧波分量比較多，輸出波形差。4.3 電感三點(diǎn)式（哈特萊）振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩電路是指原邊線圈的3段分別接在晶體管的3極。其典型電路圖與交流等效電路圖如下圖所示：圖1 電感三點(diǎn)式（哈特萊）振蕩電路圖2 電感三點(diǎn)式振蕩器交流等效電路該電路具有如下特點(diǎn)：（1） 易起振；（2） .調(diào)節(jié)頻率方便。（3） 輸出波形較差。4.4 振蕩器工作原理電感三點(diǎn)式振蕩器的原理電路如圖1所示，圖2是其交流等效電路。圖1中，、和為分壓式偏置電阻；和分別為隔直流電容和旁路電容；L1、L2和C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極交流負(fù)載。諧

11、振回路的三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管的三個(gè)電極相連，符合三點(diǎn)式振蕩器的組成原則。由于反饋信號(hào)由電感線圈L2取得，故稱為電感反饋三點(diǎn)式振蕩器。采用與電容三點(diǎn)式振蕩電路相似的方法可求得起振條件的公式為 (1)式中，各符號(hào)的含義仍與考畢茲振蕩器相同，只是反饋系數(shù)F的表達(dá)式有所不同，此處定義如下： (2)其中為L(zhǎng)1、L2 的互感系數(shù)。 當(dāng)線圈繞在封閉瓷芯的瓷環(huán)上時(shí)，線圈兩部分的耦合系數(shù)接近于1，反饋系數(shù)F近似等于兩線圈的匝數(shù)比，即F=N2/N1。振蕩頻率的近似為 (3)若考慮goe、gie的影響時(shí)，滿足相位平衡條件的振蕩頻率值為 (4)式中，L=L1+L2+2M。由式 (4) 可見(jiàn)，電感三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率

12、要比式 (3) 所示的頻率值稍低一些，goe、gie越大，耦合越松，偏低得越明顯。五、振蕩條件5.1自激振蕩建立的過(guò)程反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來(lái)。如圖3所示，若開(kāi)關(guān)撥向S2時(shí)，該電路為調(diào)諧放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，放大器輸出負(fù)載互感耦合變壓器上的電壓為，調(diào)整互感M及同名端以及回路參數(shù)，可以使。此時(shí)，若將開(kāi)關(guān)K快速撥向S1點(diǎn)，則集電極電路和基極電路都維持開(kāi)關(guān)K接到“2”點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，即始終維持著與相同頻率的正弦信號(hào)。這時(shí)，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?。振蕩器在電源開(kāi)關(guān)閉合的瞬間，振蕩管的各極電流從零跳變到某一數(shù)值，這種電流的跳變?cè)诩姌OLC振蕩電路中激起振蕩，由于選頻網(wǎng)絡(luò)是由Q值很高的LC

13、并聯(lián)諧振回路組成的，帶寬極窄，因而在回路兩端產(chǎn)生正弦波電Uo，該電壓通過(guò)互感耦合變壓器同相正反饋到晶體管的基極回路，這就是最初的激勵(lì)信號(hào)。這種起始振蕩信號(hào)開(kāi)始十分微弱，經(jīng)不斷地對(duì)它進(jìn)行放大選頻反饋再放大等多次循環(huán)，一個(gè)與振蕩回路固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長(zhǎng)起來(lái)。由于晶體管特性的非線性，振幅會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定到一定的幅度。這時(shí)，自激振蕩已經(jīng)建立，完成了將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量的過(guò)程。因此這種振蕩的幅度不會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)，而是達(dá)到到某一特定頻率后穩(wěn)定在一定的頻率范圍內(nèi)。圖3 自激振蕩建立過(guò)程5.2自激振蕩器的電路構(gòu)成由自激振蕩建立的過(guò)程知，反饋型自激振蕩器的電路構(gòu)成須由三部分組成：（1）包含兩個(gè)（或兩

14、個(gè)以上）儲(chǔ)能元件的振蕩回路。在這兩個(gè)元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。釋放與接收能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定于元件的數(shù)值。（2）可以補(bǔ)充由振蕩回路電阻產(chǎn)生損耗的能量來(lái)源。在晶體管振蕩器中，這種能源就是直流電源VCC。（3）使能量在正確的時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充到電路中的控制設(shè)備。這是由有源器件（晶體管、集成塊等）和正反饋電路完成的。5.3振蕩器的起振條件反饋型正弦波振蕩器的起振條件包括：振幅起振條件 相位起振條件 為振蕩電路工作點(diǎn)處的電壓放大倍數(shù)，為振蕩電路的反饋系數(shù)。圖4 基本反饋環(huán)5.4振蕩器的平衡條件所謂平衡條件是指振蕩已經(jīng)建立，為了維持自激振蕩必須滿足的幅度與相位關(guān)系。振蕩器靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)計(jì)

15、在甲類工作狀態(tài)，采用自給偏壓電路，如圖5隨著振蕩幅度的增加，振蕩管便由線性狀態(tài)很快過(guò)渡到甲、乙類乃至丙類的非線性狀態(tài)，這時(shí)放大器的增益會(huì)下降，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。振蕩器的平衡條件包括：振幅平衡條件 相位平衡條件 式中，A表示平均電壓放大倍數(shù)。圖5 起振過(guò)程中偏置電壓建立過(guò)程5.5振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件所謂平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件即指在外因作用下，平衡條件被破壞后，振蕩器能自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)平衡狀態(tài)的能力。振蕩平衡條件只能說(shuō)明振蕩能在某一狀態(tài)平衡，但還不能說(shuō)明這一平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不是充分條件。已建立的振蕩能否維持，還必須看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。穩(wěn)定條件也分為振幅穩(wěn)定與相位穩(wěn)

16、定兩種。（1）振幅平衡的穩(wěn)定條件形成穩(wěn)定平衡點(diǎn)的根本原因是在平衡點(diǎn)附近，放大倍數(shù)隨振幅的變化特性具有負(fù)的斜率，即 （5）這個(gè)條件說(shuō)明：在反饋型振蕩器中，放大器的放大倍數(shù)隨振蕩幅度的增強(qiáng)而下降，振幅才能處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。工作于非線性狀態(tài)的有源器件（晶體管、電子管等）正好具有這一性能，因而它們具有穩(wěn)定振幅的功能。（2）相位平衡的穩(wěn)定條件所謂相位平衡的穩(wěn)定條件，是指相位平衡條件遭到破壞時(shí)，線路本身能重新建立起相位平衡點(diǎn)的條件；若能建立，則仍能保持其穩(wěn)定的振蕩。外因引起的相位變化與頻率的關(guān)系是：相位超前導(dǎo)致頻率升高，相位滯后導(dǎo)致頻率降低，頻率隨相位的變化關(guān)系可表示為： （6）為了保持振蕩器相位平衡點(diǎn)穩(wěn)

17、定，振蕩器本身應(yīng)該具有恢復(fù)相位平衡的能力。在振蕩頻率發(fā)生變化的同時(shí)，振蕩電路中能夠產(chǎn)生一個(gè)新的相位變化，以抵消由外因引起的變化，因而二者符號(hào)相反。即相位平衡穩(wěn)定條件是諧振回路的相頻特性曲線在工作頻率附近具有負(fù)的斜率，即： （7） 事實(shí)上，并聯(lián)諧振回路的相頻特性正好具有負(fù)的斜率，因而LC并聯(lián)諧振回路不但是決定振蕩頻率的主要角色，而且是穩(wěn)定振蕩頻率的機(jī)構(gòu)。5.6振蕩器三類條件總結(jié)以上分析了反饋型自激振蕩器起振條件、平衡條件、穩(wěn)定條件，現(xiàn)將其總結(jié)對(duì)比如下：表一 振蕩器三類條件總結(jié)幅度條件相位條件起振(由靜到動(dòng))平衡(振幅恒定)穩(wěn)定(維持平衡)5.7 振蕩器的頻率穩(wěn)定（1） 頻率穩(wěn)定度定義頻率穩(wěn)定是指

18、在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要求振蕩器的實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率間的偏差及偏差的變化最小。評(píng)價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)有兩個(gè)：準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度。振蕩器的實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱之間的偏差，成為振蕩頻率的準(zhǔn)確度。絕對(duì)準(zhǔn)確度 相對(duì)準(zhǔn)確度 振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，由于各種因素變化，引起的振蕩相對(duì)于標(biāo)稱頻率變化的程度。頻率穩(wěn)定度的定義為：（2） 影響頻率穩(wěn)定度的因素振蕩回路參數(shù)對(duì)頻率的影響因?yàn)檎袷庮l率，顯然，當(dāng)變化時(shí)必然引起振蕩頻率的變化。若、的變化量為，則可求頻率變化量為： 回路品質(zhì)因數(shù)對(duì)頻率的影響由并聯(lián)諧振回路的相頻特性知，值越高，則相同相角變化引起頻率偏移越??；如，則頻率偏移量，則頻率偏離

19、兩，提高了頻率穩(wěn)定度。有源器件參數(shù)對(duì)頻率的影響振蕩管為有源器件，若它的工作狀態(tài)（電源電壓或周圍溫度等）有所改變，則由于此時(shí)晶體管參數(shù)與將發(fā)生變化，即引起振蕩器頻率的改變。（3） 振蕩器穩(wěn)定頻率的方法根據(jù)以上對(duì)頻率不穩(wěn)定因素的分析可知，要提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，則應(yīng)減小，即提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性，提高回路值，減小外因引起的相角變化。具體有如下幾種實(shí)現(xiàn)方法。減小外因變化，根除“病因”提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性所謂回路的標(biāo)準(zhǔn)性，即指振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持其固有諧振頻率不變的能力。減小相角及其變化量由知，若大，則要求大，才能滿足相位平衡，即意味著回路失諧嚴(yán)重。由前述可知，為使振蕩器的穩(wěn)定度高，則要求的數(shù)值小，且

20、變化量小。,是集電極電流基波分量與基極輸入電壓之間的相角，數(shù)值總是負(fù)的。理論和實(shí)踐都證明，隨工作頻率的升高基本上成正比的增大。除此之外，在高頻工作時(shí)，發(fā)射極電流產(chǎn)生的負(fù)脈沖，以及振蕩波形失真都會(huì)是相角增大。為了減小，可使振蕩器的工作頻率比振蕩器的特性頻率低很多，即。六、電路設(shè)計(jì)6.1 設(shè)計(jì)概述本次設(shè)計(jì)的電路主要由電感振蕩電路部分與輸出緩沖級(jí)部分構(gòu)成。電感振蕩電路部分振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分組成；輸出緩沖級(jí)是在電路的輸出端加一射極跟隨器。基本放大器和射極跟隨器都是由晶體三極管2N2222構(gòu)成。6.2 電感振蕩部分圖6 電感振蕩部分原理圖電感振蕩電路部分振蕩器有基本放大器、

21、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分組成。如圖所示，反饋電壓是由電感上獲得，晶體管的三個(gè)電極分別與回路電感的三個(gè)端點(diǎn)相連接，故稱之為電感三點(diǎn)式振蕩器。電路中集電極饋電采取串聯(lián)饋電方式，基極采用并聯(lián)饋電方式，Rb1、Rb2和Re為分壓式偏置電阻；Cb和Ce分別為隔直流電容和旁路電容；L1、L2和C組成并聯(lián)諧振回路，作為集電極交流負(fù)載。 為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應(yīng)該等于1，即，因?yàn)樵谥C振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為，所以維持振蕩所需的電壓增益應(yīng)該是 (8)采用與電容三點(diǎn)式振蕩電路相似的方法可求得反饋系數(shù)F的公式如下： (9) 其中M為L(zhǎng)1、L2 的互感系數(shù)。當(dāng)線圈繞在封閉瓷芯的瓷環(huán)上時(shí)，線圈兩部分的藕合

22、系數(shù)接近于1，反饋系數(shù)F近似等于兩線圈的匝數(shù)比，即。振蕩頻率的近似為 (10)以上是對(duì)電感三點(diǎn)式振蕩電路的基本分析,由于要考慮到加入負(fù)載以后電感三點(diǎn)式振蕩器的一些失真情況，因此引入緩沖級(jí)部分來(lái)作為負(fù)載加以仿真對(duì)比。 濾波網(wǎng)絡(luò)：濾除電源中的交流成分是外加電源中只含有直流成分，因?yàn)檎袷幤魉蟮募釉陔娐飞系碾娔苁侵绷麟娔?，而?shí)際電源很難達(dá)到純粹的直流，所以需要加這樣一個(gè)電路將其中可能的交流成分濾除。 放大網(wǎng)絡(luò)：放大網(wǎng)絡(luò)就是通過(guò)加在基極的直流電壓來(lái)控制集電極的電壓輸出。放大網(wǎng)絡(luò)對(duì)于靠近諧振頻率的信號(hào)，有較大的增益，對(duì)于遠(yuǎn)離諧振頻率的信號(hào)，增益迅速下降。 選頻網(wǎng)絡(luò)：由電感及電容組成的選頻網(wǎng)絡(luò)分為兩類，

23、一類是串聯(lián)諧振回路，另一類是并聯(lián)諧振回路，回路諧振時(shí)，電感線圈中的磁能與電能中的磁能周期性的轉(zhuǎn)換著。電抗元件不消耗外交電動(dòng)勢(shì)能量。外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路中的等幅振蕩。所以在串聯(lián)諧振時(shí)，回路中電流達(dá)到最大值，并聯(lián)諧振中，負(fù)載電壓達(dá)到最大值。正反饋網(wǎng)絡(luò)：反饋是指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過(guò)程，即將輸出量通過(guò)恰當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)程。正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用。正反饋網(wǎng)絡(luò)是電感反饋三點(diǎn)式振蕩網(wǎng)絡(luò)中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。6.3 輸出緩沖級(jí)部分圖7 輸出緩沖級(jí)部分

24、輸出緩沖級(jí)是在電路的輸出端加一射極跟隨器，從而提高回路的帶負(fù)載能力。 射極跟隨器輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)略低于1，帶負(fù)載能力強(qiáng)，具有較高的電流放大能力，它可以起到阻抗變換和極間隔離的作用，因而可以減小負(fù)載對(duì)于振蕩回路的影響。輸出緩沖級(jí)完成對(duì)所產(chǎn)生的振蕩信號(hào)進(jìn)行輸出，不管是并聯(lián)諧振正弦波晶體電路還是串聯(lián)諧振晶體電路，它們的帶負(fù)載都不是很強(qiáng)，負(fù)載值改變時(shí)可能造成振蕩器的輸出頻率變化，也可能影響振蕩器的輸出幅度，輸出緩沖級(jí)的作用就是提高整個(gè)振蕩器的帶負(fù)載能力，也就是使振蕩器的輸出特性不受負(fù)載影響，或影響較小。七、電路調(diào)試7.1電路調(diào)試概述經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索，基本掌握了反饋型三端式振蕩器的調(diào)試方

25、法，依照：靜態(tài)工作點(diǎn)電壓放大倍數(shù)反饋系數(shù)這個(gè)次序調(diào)節(jié)。首先調(diào)節(jié)基極分壓偏置電阻和集電極電阻，保證晶體管工作在放大狀態(tài)，且保證集電極靜態(tài)工作點(diǎn)電流，同時(shí)使交流電壓放大倍數(shù)，然后微調(diào)反饋系數(shù)，使得兩者匹配。7.2晶體管選擇（1）從晶體管兩個(gè)PN結(jié)的電壓來(lái)判別：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的是放大態(tài)（輸出電流正比于輸入電流）；兩個(gè)結(jié)都反偏的是截止態(tài)（電流很小，是漏電流）；兩個(gè)結(jié)都正偏的是飽和態(tài)（輸出電流只決定于電源電壓和負(fù)載電阻）。（2）從伏安特性曲線上來(lái)判別：輸出電流恒定的范圍是放大區(qū)；輸出電流很?。妷狠^高）的范圍是截止區(qū)；電壓很低（電流較大）的范圍是飽和區(qū)。結(jié)論：從穩(wěn)頻的角度出發(fā)，應(yīng)選擇(特征頻率)

26、較高的晶體管，這樣晶體管內(nèi)部相移較小。同時(shí)希望電流放大系數(shù)大些，這既容易振蕩，也便于減小晶體管和回路之間的耦合。因此，在本次設(shè)計(jì)中選取2N2222作為振蕩電路的三極管。該三極管的集電極電流最大值為800mA，在25時(shí)其功率可達(dá)到0.5W，最大集電極電壓可達(dá)30V，足夠滿足此次設(shè)計(jì)的各方面要求。7.3直流饋電線線路調(diào)試為保證振蕩器起振的振幅條件，起始工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū)；從穩(wěn)頻出發(fā)，穩(wěn)頻狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū)，而不應(yīng)該在飽和區(qū)（因?yàn)轱柡蛥^(qū)的輸出電阻較小），否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)將降低。所以，通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū)，電路應(yīng)采用自偏壓。同時(shí)為保證三極管能夠正常放大，要合理設(shè)置靜態(tài)偏置。

27、 圖8 電感三點(diǎn)式振蕩電路 （1）在低頻電路調(diào)試中，正反饋部分采取通信電子線路中關(guān)于電感三點(diǎn)式的電路圖，設(shè)置相應(yīng)的旁路電容，分壓電阻和保護(hù)電容等。如圖8所示。首先調(diào)節(jié)偏執(zhí)電阻和集電極電阻阻值保證晶體管工作在方法狀態(tài)且集電極靜態(tài)工作點(diǎn)電流，通過(guò)不斷調(diào)試電路得到最后取值為，。（2）在中頻電路調(diào)試中，由于電感三點(diǎn)式振蕩電路中可以通過(guò)改變電容的取值調(diào)節(jié)振蕩頻率，而不會(huì)改變反饋系數(shù)，因此改變電容，可得到振蕩頻率約為。（3）在高頻電路調(diào)試中，由于在改變振蕩回路電容取值后發(fā)現(xiàn)振蕩器并不能正常起振，因此在此次線路參數(shù)選擇中，直流饋電線路的參數(shù)取值應(yīng)于振蕩回路參數(shù)取值結(jié)合起來(lái)，通過(guò)不斷的調(diào)試，最后選取，滿足發(fā)射

28、級(jí)正偏，集電極反偏，三極管處于放大區(qū)。這部分具體方法將在振蕩回路選擇中詳細(xì)說(shuō)明。7.4振蕩回路調(diào)試從穩(wěn)頻出發(fā)，振蕩回路中電容應(yīng)盡可能大，但過(guò)大，不利于波段工作；電感也應(yīng)盡可能大，但大后體積大，分布電容大，過(guò)小，回路品質(zhì)因數(shù)過(guò)小，因此應(yīng)合理選擇回路的、。在短波范圍內(nèi)，一般取幾十至幾百皮法， 的大小取0.1至幾十微亨。此外，線圈的匝和匝之間、線圈與地之間、線圈與屏蔽盒之間以及線圈的層和層之間都存在分布電容。分布電容的存在會(huì)使線圈的等效總損耗電阻增大，品質(zhì)因數(shù)降低。（1）低頻電路調(diào)試： 在低頻電路調(diào)試中，首先設(shè)定值為，根據(jù)公式（3）計(jì)算出兩個(gè)電感取值之和約為，為計(jì)算方便設(shè)定為，為，但是在后續(xù)的調(diào)試中

29、發(fā)現(xiàn)取值為時(shí)，電路失真嚴(yán)重，因此改變?nèi)≈禐?，相?yīng)的電感取值改為上述數(shù)值的。因此振蕩器振蕩電路部分電容電感取值確定為，振蕩頻率約為。（2） 中頻電路調(diào)試： 在中頻電路調(diào)試中，由于電感三點(diǎn)式振蕩電路中可以通過(guò)改變電容的取值調(diào)節(jié)振蕩頻率，而不會(huì)改變反饋系數(shù)，因此改變電容，可得到振蕩頻率約為。（3） 高頻電路調(diào)試： 在高頻電路調(diào)試中，也可通過(guò)采用上述方法僅改變電容取值，但是在高頻電路中存在一個(gè)問(wèn)題：電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器在很高振蕩頻率狀態(tài)下的反饋電壓中高次諧波分量較多，導(dǎo)致輸出波形差。輸出波形較差，是由于反饋電壓取自電感的兩端，而電感對(duì)高次諧波的阻抗較大，不能將它短路，從而使中含有較多的諧波分量，因此

30、，輸出波形中也就含有較多的高次諧波。在這種情況下，單純改變電容取值后發(fā)現(xiàn)振蕩器并不能起振，因此將直流饋電線路參數(shù)取值與振蕩電路參數(shù)取值結(jié)合起來(lái)，一方面保證靜態(tài)工作點(diǎn)工作在放大區(qū)，另一方面保證振蕩頻率達(dá)到。按照“靜態(tài)工作點(diǎn)電壓放大倍數(shù)反饋系數(shù)”這個(gè)次序調(diào)節(jié)，最終發(fā)現(xiàn)，的振蕩電路可以起振，但是輸出波形中仍然存有較多的高次諧波分量。考慮到電容起到通交隔直的作用，因此可以減少輸入三極管的交流分量，改變電容的取值發(fā)現(xiàn)可以稍微改善輸出波形，但并不能較大程度的減少高次諧波分量。7.5問(wèn)題總結(jié)在電路調(diào)試的過(guò)程中，出現(xiàn)了一下幾個(gè)主要問(wèn)題，解決問(wèn)題方法歸納如下：（1）振蕩器不起振:在沒(méi)有連線錯(cuò)誤、靜態(tài)工作點(diǎn)亦正確

31、的情況下，振蕩器不起振的主要原因是：相位平衡條件和振幅條件沒(méi)有滿足導(dǎo)致的。檢查相位平衡條件是否滿足：即檢查電感、電容的位置是否合適；檢查振幅條件是否滿足：如果靜態(tài)工作點(diǎn)比較低的話，晶體管的放大倍數(shù)較小，從而導(dǎo)致電路起振條件不滿足，此時(shí)，可以將工作點(diǎn)適當(dāng)提高；如果是反饋系數(shù)過(guò)小的話，可適當(dāng)調(diào)節(jié)反饋電路中元件參數(shù)的大小，但是要注意，如果反饋量過(guò)大的話，有可能導(dǎo)致波形不好，甚至引起電路不能起振。（2）振蕩器的波形不理想:當(dāng)振蕩回路輸出的波形不理想，偏離正弦波形很遠(yuǎn)時(shí)，可適當(dāng)調(diào)節(jié)反饋量使耦合減弱，另一方面根據(jù)情況使回路的品質(zhì)因素得到提高，此時(shí)，要注意靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇應(yīng)當(dāng)合理，振蕩器正常工作之后，晶體管

32、不應(yīng)當(dāng)工作于飽和區(qū)。（3） 起振時(shí)間較長(zhǎng)： 通過(guò)不斷改變參數(shù)后發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)的取值，可以改變靜態(tài)工作電流的大小，從而影響起振時(shí)間。減小，增大時(shí)，可以增大靜態(tài)工作電流的大小，不僅可以縮短起振時(shí)間，而且可以縮短起振到波形穩(wěn)定的時(shí)間。（4） 輸出電壓峰峰值： 針對(duì)輸出電壓峰峰值不滿足指標(biāo)的問(wèn)題，我最初采用的方法是調(diào)節(jié)電路參數(shù)，但是最終發(fā)現(xiàn)單純的改變電路參數(shù)需要考慮的條件過(guò)多，在得到初步波形后稍微改變參數(shù)取值對(duì)波形影響較大，因此最后采取在輸出端添加一個(gè)放大器的方法，既滿足了電壓峰峰值的指標(biāo)，又可以最大程度的保留原直流饋電線路和振蕩回路參數(shù)的取值。八、實(shí)驗(yàn)仿真演示8.1 低頻時(shí)仿真試驗(yàn)8.1.1電路圖電路圖：

33、振蕩電路部分參數(shù)：，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)。8.1.2示波器波形顯示 如果在輸出端直接接示波器，由于示波器電容的影響，振蕩回路頻率將發(fā)生變化。為了減少示波器對(duì)振蕩回路的影響，故加入射級(jí)跟隨器?？梢钥闯鲈陬l率低時(shí)幾乎無(wú)波形失真，波形穩(wěn)定，頻率穩(wěn)定。 分析：（1）增大電容C1由2uF至10uF后，觀察仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)輸出波形振蕩頻率降低，但是波形仍然平滑，接近標(biāo)準(zhǔn)正弦波，無(wú)明顯失真；（2）減小電容C1由2uF至500nF后，觀察仿真結(jié)果可發(fā)現(xiàn)輸出波形振蕩頻率升高，但是波形仍然平滑，接近標(biāo)準(zhǔn)正弦波，同樣無(wú)明顯失真。結(jié)論：這證明了電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器可以用改變電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率，而不會(huì)影響反饋系

34、數(shù)。8.1.3 參數(shù)設(shè)置經(jīng)調(diào)節(jié)參數(shù)可以得出：隨著射極偏置電阻的增大和的減小，發(fā)射射級(jí)靜態(tài)電流減小，起振時(shí)間變長(zhǎng)。這說(shuō)明在晶體管工作在放大狀態(tài)的情況下，其靜態(tài)工作點(diǎn)電流對(duì)起振的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生影響，射極或者集電極電流變小時(shí)，不但起振時(shí)間變長(zhǎng)，而且從起振到產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩的時(shí)間也變長(zhǎng)了。見(jiàn)下表： 表二 起振時(shí)間隨變化3.6k10k15k25k50k100k時(shí)間0.028s0.040s0.053s0.083s0.158s0.334s 表三 起振時(shí)間隨變化100nf200nf300nf600nf1200nf2400nf時(shí)間0.348s0.236s0.176s0.095s0.042s0.018s（1） =3.6k

35、時(shí)波形如下圖所示 （2） =100k時(shí)波形如下圖所示 （3） =50uf時(shí)波形如下圖所示 （4） =100nf時(shí)波形如下圖所示 分析：越小，越大，射級(jí)靜態(tài)工作電流越大，起振時(shí)間時(shí)間越短，振幅越大。8.2 中頻時(shí)仿真試驗(yàn)8.2.1電路圖 電路圖：振蕩電路部分參數(shù)：，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)。8.2.2 波形圖 上圖顯示，射級(jí)放大器加入后電壓未被放大，但波形失真減小，外層為未加放大器的波形，內(nèi)層為加入放大器輸出端的波形，驗(yàn)證了射級(jí)放大器的作用。 分析：在中頻的條件下，有較小的失真，此時(shí)射極跟隨器起到波形波形修正作用，觀察上圖兩個(gè)波形，可知：射極跟隨器無(wú)電壓放大功能，但在頻率大時(shí)有修整波形的作用，增大

36、負(fù)載能力。加入緩沖級(jí)之后的仿真結(jié)果，可以看出正弦波明顯變得平滑，失真度變小。8.3 高頻時(shí)仿真試驗(yàn)8.3.1電路圖（1）將參數(shù)帶入頻率計(jì)算公式可算得：（2）100nf的電容在起振時(shí)不穩(wěn)定，增大到200nf起振穩(wěn)定，起振時(shí)間縮短。（3）與前面的對(duì)振蕩器電路的分析一樣，上圖中的、和均為電路的偏置電阻，、分別為旁路電容和隔直流電容，而、和的連接方式也符合電感三點(diǎn)式振蕩器的原則，因此整個(gè)電路就構(gòu)成了設(shè)計(jì)所需要的振蕩電路。由振蕩器的原理可以看出，振蕩器實(shí)際上是一個(gè)具有反饋的非線性系統(tǒng)，精確計(jì)算是很困難的，而且也是不必要的。因此，振蕩器的設(shè)計(jì)通常是進(jìn)行一些設(shè)計(jì)考慮和近似估算，選擇合理的線路和工作點(diǎn)，確定元

37、件的參數(shù)值，而工作狀態(tài)和元件的準(zhǔn)確數(shù)值需要在調(diào)試中最后確定。8.3.2波形圖分析：當(dāng)電容C很小時(shí)，輸出頻率可以達(dá)到很高（20MHZ），但是輸出波形產(chǎn)生了越來(lái)越明顯的失真，如上圖所示。這說(shuō)明電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器在很高振蕩頻率狀態(tài)下的反饋電壓中高次諧波分量較多，導(dǎo)致輸出波形差。輸出波形較差，這是由于反饋電壓取自電感的兩端，而電感對(duì)高次諧波的阻抗較大，不能將它短路，從而使中含有較多的諧波分量，因此，輸出波形中也就含有較多的高次諧波。8.3.3頻率與振幅 分析： 在誤差允許的條件下，頻率達(dá)到23MHZ，峰峰值達(dá)到6.579V，均達(dá)到本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。8.3.4傅里葉分析（1）選中輸出端7進(jìn)行分析

38、（2） 傅里葉變換圖分析：可以看出主要頻率集中在20MHZ，失真度很小，進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)合理與正確性。（3）起振的慢過(guò)程分析 起振時(shí)刻在2.5us附近，下圖為傳遞3.3us時(shí)刻電壓波形圖： 傳遞到0.008ms時(shí)刻的電壓波形圖如下，觀察分析可得波形穩(wěn)定時(shí)刻在4.0us左右，如下圖所示波形：分析： 隨著時(shí)間的推移，傳遞到0.017ms時(shí)刻，電壓波形如下圖，采樣點(diǎn)很多，電壓和頻率穩(wěn)定，振幅大于5V，頻率穩(wěn)定在20MHZ，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。九、結(jié)果分析1、原電路在無(wú)緩沖級(jí)時(shí)，即作為傳統(tǒng)哈特萊振蕩電路時(shí)也可以產(chǎn)生比較不錯(cuò)的正弦振蕩波，但是有微小失真，且電壓較高，不符合最終要求。當(dāng)增加緩沖級(jí)即在輸出端加上

39、射極跟隨器之后，振蕩波形振幅降低且失真被稍微修復(fù)，證明射極跟隨器輸入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)低于1，帶負(fù)載能力強(qiáng)，具有較高的電流放大能力，可以起到阻抗變換和極間隔離的作用，從而減小負(fù)載對(duì)于振蕩回路的影響。2、由于晶體管存在極間電容，對(duì)電感反饋振蕩器，極間電容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時(shí)極間電容影響大，有可能使電抗的性質(zhì)改變，電感反饋振蕩器的工作頻率不能過(guò)高3、電感反饋振蕩器在改變頻率時(shí)，并不影響反饋系數(shù)，工作頻帶與電容反饋振蕩器相比較寬。4、電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器在很高振蕩頻率狀態(tài)下的反饋電壓中高次諧波分量較多，導(dǎo)致輸出波形差。5、改變電容C的值，由100nF增加至200nF，即電容增大

40、為原來(lái)的2倍，發(fā)現(xiàn)振蕩頻率略微降低，大概變?yōu)樵瓉?lái)的1/。而51nF時(shí)的振蕩頻率大概為200nF時(shí)的2倍，滿足公式： 6、電容C增大與減小過(guò)程中出現(xiàn)的各種情況也與理論情況接近，故可以認(rèn)為本次仿真在誤差允許的范圍內(nèi)是準(zhǔn)確的。十、心得體會(huì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多東西，提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)诟哳l電路的分析與設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)晶體管放大電路與振蕩電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見(jiàn)電子器件的了解。尤其是正弦波振蕩器和LC振蕩器，還有高頻電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器。在此次課程設(shè)計(jì)中，我尤其想要感謝的是我的指導(dǎo)老師趙老師，在為期一周的時(shí)間里，趙老師一直都陪在我們身邊，耐心的給我們講

41、解軟件使用中的問(wèn)題，電路設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，參數(shù)的選擇問(wèn)題等。對(duì)待每一個(gè)學(xué)生都盡職盡責(zé)，對(duì)每一個(gè)同學(xué)提出的問(wèn)題都會(huì)盡量幫助我們?nèi)ソ獯?，我想每一個(gè)同學(xué)最后做出來(lái)的成果都有老師悉心教導(dǎo)融合其中。在此我想說(shuō)，老師您辛苦了。當(dāng)然這次高頻課程設(shè)計(jì)中僅有老師的幫助，自己不學(xué)會(huì)思考是不行的。它不僅提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)诟哳l電路的分析與設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步，同時(shí)提高了我們獨(dú)立思考的能力，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的通過(guò)查閱參考書(shū)弄明白，有的通過(guò)詢問(wèn)老師，但由于時(shí)間和資料有限我們更多的還是獨(dú)立思考。我認(rèn)為只有自己獨(dú)立思考后，才能真正理解問(wèn)題存在的關(guān)鍵，這樣在后續(xù)的與老師同學(xué)的討論中才能更好的掌握電路的意義。在經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題中，比如電路仿真時(shí)，一開(kāi)