高频课程设计 任务书Word格式文档下载.docx

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oscillator;

signal

目录

1概述………………………………………………………………………4

2设计目的与要求…………………………………………………………………5

2.1设计目的…………………………………………………………………5

2.2技术指标与要求…………………………………………………………5

3设计原理……………………………………………………………………6

3.1电容三点式振荡器工作原理分析……………………………………6

3.2技术指标与要求…………………………………………………………6

3.3振荡器的频率准确度和频率稳定度……………………………………6

4设计考虑……………………………………………………………………7

4.1振荡器电路选择……………………………………7

4.2晶体管选择…………………………………………………………7

4.3直流馈电线路选择……………………………………7

4.4振荡回路元件选择……………………………………7

4.5反馈回路元件选择…………………………………………………7

4.6电路元件确定……………………………………8

5调试及仿真……………………………………………………………………9

5.1调试及问题解决方法……………………………………………………9

5.2仿真测试的结果与分析…………………………………………………9

6参考文献…………………………………………………………………12

7致谢…………………………………………………………………12

8附录…………………………………………………………………12

1、概述

振荡器的作用：

在无线电广播和通信设备中产生用来发射信号的电磁波（载波），在收音机中用来产生本振频率，在单片机中产生时钟信号.在稳压电路中产生高频交流电。

振荡器的种类：

按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；

按电路结构可分为RC阻容振荡器、LC电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；

按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。

多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。

它无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。

“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。

在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，故又称为无稳态触发器。

常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。

产生的方波称为基波，在产生基波的同时还会产生很多频率是基波频率的整数倍的波，频率为基波一倍的叫二次谐波，二倍以上的常称为高次谐波。

振荡器电路的结构：

振荡器一般由4部分电路组成：

放大器：

至少有一个起能量变换（放大）作用的有源器件正反馈通路或负阻：

必须有一个能够补充元器件能量损耗的正反馈通路或负阻器件，以保证有稳定的振荡，一般由 

变压器，电感，电容等获得正反馈电压。

选频网络：

决定振荡器的工作频率，并保证振荡器相位的稳定稳幅：

一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。

放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分，如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。

反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。

为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。

选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。

正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。

在晶体管正弦振荡器中，晶体管既起着能量变换的作用，又起着调整和控制振荡强度的非线性作用。

2、设计目的与要求

2.1、设计目的

2.1.1、了解LC正弦波振荡器的工作原理。

2.1.2、掌握电容三点式正弦波振荡器的设计与主要性能参数测试方法。

2.1.3、掌握LC正弦波振荡器的装调技术。

2.2、技术指标与要求

2.2.1、技术指标

正弦波振荡器的技术指为：

振荡频率：

f0=10.0MHZ±

10KHz；

频率稳定度：

△f/f0≤10-4；

输出幅度：

Up-p≥0.3V。

2.2.2、设计要求

1设计的宽带高频功率放大器满足技术指标；

2拟定测试方案和设计步骤；

3根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；

4制作PCB板；

5测量各指标数据。

3、设计原理

3.1、电容三点式振荡器工作原理分析

本次课程设计我设计是电容反馈三点式振荡器，而电容三点式振荡器是自激震荡器的一种，因此更好设计了。

振荡器不需要外加信号激励，自将直流电能转换为交流电的装置。

凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。

对于本次课程设计，所用的最基本原理如下：

1震荡器起振条件为AF＞1（矢量式），振荡器平衡条见为;

AF=1（矢量式），它说明在平衡状态时其闭环增益等于1。

在起振时A＞1/F，当振幅增大到一定的程度后，由于晶体管工作状态由放大区进入饱和区，放大倍数A迅速下降，直至AF=1（矢量式），此时开始谐振。

假如由于某种因素使AF＜1，此时振幅就会自动衰减，使A与1/F逐渐相等。

3.2、振荡器的平衡条件

荡器的平衡条件包括两个方面的内容：

振幅稳定和相位稳定。

我们可以假设横坐标是振荡电压，而纵坐标分别是放大倍数A和反馈系数F，假设因为某种情况使电压增长，这时AF小＜1，振荡就会自动衰减。

反之，若电压减小，出现AF＞1的情况，振荡就会自动增强，而又回到平衡点。

由此可知结论为：

在平衡点，若K曲线斜率小于0，则满足振荡器的振幅稳定条件。

3.3、振荡器的频率准确度和频率稳定度

一个振荡器除了它的输出信号要满足一定的幅度和频率外，还必须保证输出信号的幅度和频率的稳定，评价振荡器频率的主要指标有两个，即准确度和稳定度。

所谓频率准确度是指振荡器实际工作频率f与标称频率f0之间的偏差，即

……………………………3.1

为了合理评价不同标称频率下振荡器的频率偏差，频率准确度也常用其相对值来表示，即

……………………………3.2

频率稳定度通常定义为在一定时间间隔内，振荡器频率的相对偏差的最大值。

用公式表示为

频率稳定度=△fmax/f0|时间间隔

按照时间间隔长短不同，通常可分为下面三种频率稳定度：

长期频率稳定度：

一般指一天以上乃至几个月内振荡频率的相对变化量。

这种变化量主要取决于有源器件、电阻元件的老化特征。

短期频率稳定度：

一般指一天内振荡频率的相对稳定度，它主要与温度、电源电压变化和电路参数不稳定因素有关。

瞬间频率稳定度：

一般指秒或毫秒内振荡频率的相对变化量。

这种频率变化一般都具有随机性质并伴随相位的随机变化，这些变化均由设备内部噪声或各种突发性干扰所引起。

以上三种频率稳定度的划分并没有严格的界限，但这种大致的区分还是有一定实际意义的。

因为人们更多的事注意短期频率稳定度的提高问题，所以通常所讲的频率稳定度，一般是指短期频率稳定度。

4、设计考虑

4.1、震荡器电路选择

LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百万赫兹范围。

振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。

在短波范围内，电感反馈振荡器都可以采用。

在中、短波收音机中，为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。

4.2、晶体管选择

从频率的角度出发，应选择fT较高的晶体管，这样晶体管内部相移较小。

通常选择fT＞（3~10）fmax。

同时希望电流放大系数β大些，这既容易振荡，也便于减小晶体管和回路之间的耦合。

4.3、直流馈电线路的选择

为保证振荡器起振的振幅条件，起始工作点应设置在线性放大区；

从稳频出发，稳定状态不应在饱和区，否则回路的有载品质因数QL将降低。

所以，通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区，电路应采用自偏压。

4.4、振荡回路元件选择

从稳频出发，振荡回路中电容C应尽可能性大，但C过大，不利于波段工作：

电感L也应该可能大，但L过大后，体积大，分布电容大，L过小，回路品质因数过小，因此应合理地选择电路的L、C一般取几十至几百pF，L一般取0.1至几十uH。

4.5、反馈回路元件选择

由前面可知，为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振，在静态工作点通常应按下式选择

A0F=

F=3~5………………………4.1

当静态工作点确定后，yf的值就一定了，对于小功率晶体管可以近似为

yf=gm=

………………………4.2

反馈系数的大小因在下列范围选择

F=0.1~0.5…………………………4.3

4.6、电路元件确定

原理电路交流等效电路

图4.1西勒振荡电路

图4.1是一种改进型的电容三点式振荡器，成为西勒振荡器，本次设计采用此振荡电路。

它的主要特点是在回路电感L两端并联了一个可变电容C4，而C3为固定值的电容器，且满足C1、C2远大于C4，所以回路的总等效电容为

………4.4

所以振荡频率

………4.5

由设计指标可知

……4.6

先设定L的值：

L=10uH，

由此可求出

，先设定

=10pF，因此

=15pF。

5、调试及仿真

5.1、调试及问题解决方法

1、加电后首先用万用表测量各极点工作点，调整偏置电阻使工作点电流为2mA左右；

2、用示波器观察输出波形，微调偏置电位器是输出波形不失真且幅度较大，记下工作点各电压值；

3、更改回路电容使振荡频率f0为10MHz±

10kHz；

4、测量频率稳定度△f/f0。

振荡电路接通电源后，有时不起振，或者在外界信号强烈（硬刺激），在波段振荡器中有时中有某一频段振荡，而在另一频段不震荡等。

所有这些现象无非是没有满足相位平衡条件或振幅平衡条件。

如果在全波段内不振荡，首先要看相位平衡条件是否满足。

对三端振荡电路要看是否满足对应的相位平衡判断标准。

此外，还要在振幅平衡条件所包含二种因素中找原因：

1、静态工作点选的大小。

2、电源电压过低，使振荡管放大倍数太小。

3、负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。

4、回路特性阻抗p或介入系数pce太小，使回路谐振阻抗R0太低。

5、反馈系数kf太小，不易满足振幅平衡条件。

但kf非越大越好，应适当选取。

5.2、仿真测试结果与分析

仿真电路图

图5.1振荡器仿真图

函数发生器图

图5.2函数发生器图

示波器图

图5.3示波器图

误差分析

由实验数据可知：

实验设计频率f0=10.0MHz

仿真测试频率：

f2=10.057MHz

频率偏差：

△f=0.057MHz略大于10KHz

频率稳定度：

△f/f=0.0057略大于10-4

所以实验误差略大于设计要求

6、参考文献

［1］于洪珍，《通信电子线路》，清华大学出版社，2005.32~54

［2］沈伟慈，《高频电路》，西安电子科技大学出版社，2000.78~103

［3］曹才开，《高频电子线路原理与实践》，中南大学出版社，2010.111~115、286~288

［4］王松武，《电子创新与实践》，国防工业出版社，2005.52~56

7、致谢

经过一段时间的忙忙碌碌，在完成为期一周的高频电子综合设计的过程中，我对以前所学的知识有了一个更深的了解，并且不再局限书本上的东西，而是把所学内容举一反三不段扩展。

我在这次课程设计中懂得了有些问题是可以慢慢看书、搜索，在反复尝试的过程中解决，虽仍会有些问题和某些缺陷，但它使我感到了一丝成就感。

我相信这种方法还可以运用到以后的实际工作中去，是解决问题的一个好方法。

总之这次第设计与实物制作让我受益匪浅，既加深了我对课本知识的理解掌握，也提高了我对动手实践的能力。

在此，感谢老师是精心的指导，以及其他老师和同学热心的帮助，正因为有了你们无私的奉献，才有我这次设计的完成，再次衷心感谢你们。

8、附录

实物图：

图8.1振荡器实物图

PCB图

图8.2振荡器PCB图

元件清单

可调电容

5~10PF一个

可调电阻

0~50KΩ,0~500Ω各一个

电容

10nF×

2个，560pF，220pF，15pF，1nF，2.4uF各一个

电阻

10KΩ×

3个，4.7KΩ,500Ω各一个

电感

10uH×

2个

晶体管

9018一个

PC板

一块

表8.1元件清单