晶體振蕩器的設(shè)計(jì)

1、1.課程設(shè)計(jì)的目的3 2.課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容33.課程設(shè)計(jì)原理34.課程設(shè)計(jì)的步驟或計(jì)算55.課程設(shè)計(jì)的結(jié)果與結(jié)論116.參考文獻(xiàn)16一、設(shè)計(jì)的目的設(shè)計(jì)一個(gè)晶振頻率為20MHz，輸出信號(hào)幅度5V（峰-峰值），可調(diào)的晶體振蕩器二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容本次課程設(shè)計(jì)要求振蕩器的輸出頻率為20Mhz，屬于高頻范圍。所以選擇LC振蕩器作為參考對(duì)象，再考慮輸出頻率和振幅的穩(wěn)定性，最終選擇了克拉潑振蕩器。通過ORCAD的設(shè)計(jì)與仿真，Protel繪制PCB版圖，得到了與理論值比較相近的結(jié)果，這表明電路的原理設(shè)計(jì)是比較成功的，本次課程設(shè)計(jì)也是比較成功的。三、設(shè)計(jì)原理1 振蕩器的概述在電子線路中，除了要有對(duì)各種電信號(hào)進(jìn)行放大的

2、電子線路外，還需要有在沒有激勵(lì)信號(hào)的情況下產(chǎn)生周期性振蕩信號(hào)的電子線路，這種電子線路就是振蕩器。振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，它不需要外部激勵(lì)就能自動(dòng)地將直流電源共給的功率轉(zhuǎn)換為制定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某種具有選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)組成。振蕩器的種類很多，根據(jù)工作原理可分為反饋型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器，根據(jù)所產(chǎn)生的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器；根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)可分為L(zhǎng)C振蕩器晶體振蕩器RC振蕩器等。2振蕩器的振蕩條件反饋型振蕩器的原理框圖如下：圖1.1 反饋型振蕩器的原理框圖如圖1，放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)為F(s)，則閉環(huán)電壓放

3、大倍數(shù)Ku(s)的表達(dá)式為1： Ku(s)= ( 11)由 K(s)= (12)F(s)= (13)Ui(s)=Us(s)+ (14)得 Ku(s)= (15)其中T(s)=K(s)F(s)= (16)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用s=j帶入就得到穩(wěn)態(tài)下的傳輸系數(shù)和環(huán)路增益。由式(15)可知，若在某一頻率=1上T(j)，Ku（j）將趨近于無窮大，這表明即使沒有外加信號(hào)，也可以維持振蕩輸出。因此自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1，即 T(j)=K(j)F(j)=1 (17)通常稱為振蕩器的平衡條件。由式(16)還可知|T(j)|1，|Ui (j)|,形成增幅振蕩。 |T(j)|1, |1相位起振條件：=

4、K+F=2n n=0,1,2,3穩(wěn)定條件：振幅穩(wěn)定條件：|Ui=UiA0 相位穩(wěn)定條件：| Ui=UiA(310)f1max。同時(shí)希望電流放大系數(shù)大些，這樣即容易振蕩，也便于減小晶體管喝回路之間的耦合。雖然不要求振蕩器中晶體管輸出多大的功率，但考慮到穩(wěn)頻等因素，晶體管的管功率應(yīng)該留有足夠的余量。2直流饋電線路的選擇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)定狀態(tài)應(yīng)該在截止區(qū)而不應(yīng)該在飽和區(qū)，否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL將會(huì)下降。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)，電路采用自偏壓。對(duì)于小功率晶體管，集電極靜態(tài)電流約為14mA。3振蕩回路元件的選擇從穩(wěn)頻出發(fā)

5、，振蕩回路中電容C應(yīng)該盡可能大，但C過大不利于波段工作；電感L也應(yīng)盡可能大，但L過大后，體積大，分布電容大，L過小回路的品質(zhì)因數(shù)過小。因此應(yīng)合理的選擇C，L。在短波范圍，C一般取幾十至幾百皮發(fā)，L一般去0.1至幾十微亨。4反饋回路元件的選擇為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以及容易起振，在靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)該選擇YfRL=35當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后，Yf的值就一定，對(duì)于小功率晶體管課近似認(rèn)為Yf=gm=反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍內(nèi)選擇F=0.10.5根據(jù)上述內(nèi)容，再結(jié)合工程上一些元器件的標(biāo)稱值，先確定R1 、R2、Rc、Re的值分別為：24K、56K、3K、1K。根據(jù)克拉潑振蕩器振蕩頻率公式：10= =要使

6、振蕩器的速出頻率f=10MHZ取L=10 C3=100pF五、設(shè)計(jì)的結(jié)果與結(jié)論1電路圖的設(shè)計(jì)4（1）利用ORCAD軟件設(shè)計(jì)出電路圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)電路工作原理進(jìn)行分析。調(diào)用orcad/capture cis所繪制的電路圖如下：圖4.1 克拉潑振蕩器電路圖2電路的仿真在4.1所繪制的電路圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電路的后處理以后，調(diào)用ORCAD/Pspice軟件進(jìn)行電路的模擬。根據(jù)電容三點(diǎn)式電路的組成特點(diǎn)我們可以知道輸出信號(hào)應(yīng)當(dāng)是從集電極輸出。經(jīng)過如下的設(shè)置：圖4.2 仿真前的設(shè)置由上圖的設(shè)置我們可以看出，以下進(jìn)行的是時(shí)域的分析輸出波形為集電極電壓隨時(shí)間的變化信號(hào)。 圖4.3 克拉潑振蕩器的時(shí)域輸出波形圖從上

7、圖我們可以看到在時(shí)間軸上輸出波形開始時(shí)幾乎為零，慢慢的變大，最后趨于穩(wěn)定，這就是振蕩器從起振到最后穩(wěn)定的一個(gè)過程。除了時(shí)域我們更關(guān)心的是振蕩器的輸出頻率問題，下面經(jīng)過傅里葉變換，我們可以看到頻域波形.4.3PCB版圖的繪制圖4.4 克拉潑振蕩器的頻域輸出波形從上圖我們可以看處輸出的信號(hào)中，信號(hào)主要集中在10Mhz之間，諧波成分幾乎為零，這和通過公式1= 計(jì)算出的理論值是很接近的，所以仿真是比較成功的。3.PCB版圖的繪制6利用protel軟件，先畫出電路原理圖，經(jīng)過電器規(guī)則檢查無誤后，生成PCB版圖，然后經(jīng)過自動(dòng)布線，生成如下的PCB: 圖4.5 克拉潑振蕩器的PCB版圖4.收獲、體會(huì)和建議為

8、期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過這次設(shè)計(jì)讓我更好的掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試；熟悉了元件的結(jié)構(gòu)及掌握了各元件的工作原理和其具體的使用方法。更加深刻地理解課本知識(shí)。 在此次做課程設(shè)計(jì)的過程中，我深深地感受到了自己所學(xué)到知識(shí)的有限和自身的不足，以及理論和實(shí)踐的巨大差距。另外通過課設(shè)我更進(jìn)一步地熟悉了晶體管的應(yīng)用，鞏固了模數(shù)電和電路方面的知識(shí)，起到了溫故知新的作用，此外我還學(xué)會(huì)了兩種電路設(shè)計(jì)與仿真軟件ORCAD和Protel的使用，這真是一大收獲。最重要的是：在這次課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)兩種電路設(shè)計(jì)軟件ORCAD和Protel的使用經(jīng)歷了從陌生到熟悉的過程，在這個(gè)過程中，通過自己的摸索和與同學(xué)們的交流，我攻克了許多難題一步一步地學(xué)會(huì)了兩種軟件的使用，這讓我深刻體會(huì)了獨(dú)立思考和與人合作的重要性，在以后的學(xué)習(xí)工作中必須要加強(qiáng)這兩種能力。六、參考文獻(xiàn)1曾興雯等，高頻電路原理與分析.西安電子科技大學(xué)出版社,2004.012康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.高等教育出版社,2006.013張肅文,高頻電子線路M.高等教育出版社，2