高频课设设计书

武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书目录摘要.........................................................................І1Multisim软件简介..........................................................12高频正弦波振荡器原理说明..................................................22.1振荡器简介..........................................................22.2静态工作点的确定....................................................22.3振荡器的起振条件....................................................23正弦波振荡器电路设计......................................................33.1设计要求............................................................33.2克拉勃电路与西勒电路................................................33.2.1电路参数计算..................................................43.3缓冲电路............................................................43.4整体电路............................................................64仿真部分..................................................................74.1震荡电路仿真........................................................74.2整体电路仿真.......................................................105实物焊接.................................................................136实物的调试...............................................................147元件清单.................................................................158心得体会.................................................................16参考文献...................................................................17武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书11Multisim软件简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NIMultisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书22高频正弦波振荡器原理说明2.1振荡器简介电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要在没有外加输入信号的条件下，能自动将直流电源提供的能量转化为具有一定频率、一定波形和一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路，即振荡器。振荡器可从有源器件的特性和形成振荡的原理来看，分为反馈式和负阻式振荡器。按所采用的选频回路的性质，又可分为RC振荡器和LC振荡器。根据振荡器生成的波形，又可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。2.2静态工作点的确定静态工作点的确定直接影响着电路的工作状态和振荡波形的好坏。由于振荡幅度稳定下来后，电路必然工作到非线性区，可能会进入截止区，也可能会进入饱和区。若静态工作点偏高，则易进入饱和区。由实践证明可知：当晶体管进入饱和区后，晶体管的输出阻抗将急剧下降(由原来的线性工作区几十千欧或几百千欧下降为几百欧姆)，使谐振回路Q值大为降低，不仅使振荡波形严重失真，而且频率稳定度大为降低，甚至停振。为了避免上述情况发生，一般小功率振荡器将静态工作点设计得远离饱和区而靠近截止区，所以Ic一般取1mA～3mA之间。2.3振荡器的起振条件此次的正弦波振荡器采用的是三点式，三点式振荡器即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，除晶体管外的三个电抗元件Xcb、Xbe、Xce只要满足Xbe和Xce的性质相同，而Xcb和Xbe、Xce的性质相反，就可以满足相位条件Ψa+Ψf=2π。也就是说与发射极连接的两个电抗性质相同，不与发射极连接的另一个电抗则性质相反。振荡器起振条件为AF1，振荡器平衡条件为:AF=1在起振时A1/F，当振幅增大到一定的程度后，由于晶体管工作状态有放大区进入饱和区，放大倍数A迅速下降，直至AF=1。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书33正弦波振荡器电路设计3.1设计要求本次课程设计须采用晶体三极管构成一个多功能正弦波振荡器；通过双变跳线可构成克拉勃和西勒的串、并联晶体振荡器；且有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压≥1V（D-P）。所以将电路设计分为两大部分：①克拉勃电路与西勒电路；②缓冲电路。在两部分组合后，须对相关参数进行调整，使满足额定电源电压5.0V，电流1～3mA与输出频率6MHz左右。3.2克拉勃电路与西勒电路电路原理图如下图1所示图1克拉勃电路与西勒震荡电路该电路包含两种振荡电路--克拉勃电路与西勒电路，通过单刀双掷开关可以进行两种电路的转换。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书43.2.1电路参数计算（1）静态工作点计算：Vb=（R1+R3）VCC/(R1+R2+R3)Ic≈Ie=（Vb-Vbe）/R5（Vbe一般取0.7V）Ve=Vb-VbeIb=Ic/β(β是由晶体管本身决定)综上所述，可以取振荡器的静态工作点最低Ic=1mA，Vbe=0.7V，设三极管β=60，可知：R4+R5=（VCC-Vbe）/Ic=(5-0.7)/1=4.3kΩ为了提高电路的稳定性，R5的值可适当增大，取R5=2kΩ，则R4=2.3KΩVe=IcR5=2VVb=Ve+Vbe=2+0.7V=2.7V取R2=20kΩ,则R1+R3=(R2VCC-R2Vbe)/Vbe=(100-54)/2.7=17kΩ,也就是说（R1+R3）的最大值不能超过17kΩ，此时取R1为10kΩ，则滑动变阻器取10kΩ，即可满足Ic可以从1mA调到1.32mA（Icmax=(10/3-0.7)/2=1.32mA）。按照上述值设置静态工作点即可满足要求。（2）谐振频率的计算：由CLf*21。克拉勃电路的总电容Co为C3、C4、C6的总电容，如果选择L=L2=10UF，如果选择C3远大于C6，C4远大于C6，则Co≈C6。题目要求振荡器振荡频率6MHz,所以取C6≈1/(4L2)=70PF(实际取电路取72PF),取C3=300PF,C4=230PF。西勒电路的总电容Co为C2、C3、C4、C5的总电容，如果选择L=L1=10UF,如果选择C3远大于C2，C4远大于C2，则Co≈C2+C5。题目要求振荡器振荡频率6MHz,所以取C2=30PF,则算出来C5=60PF,选取100PF的可变电容就可适当调节谐振频率。3.3缓冲电路此单元由设计跟随器构成，用于带动100Ω的负载，以满足设计任务有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压≥1V(D-P)的要求。射极跟随器，是信号从发射极输出的放大器。其特点为输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大系数略低于1，负载能力强，常作阻抗变换和级间隔离用。将三极管按共集方式连接，动态电压放大倍数小于1并接近1，且输出电压与输入电武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书5压同相但是输出电阻低，具有电流放大作用，所以有功率放大作用。它从基极输入信号，从射极输出信号。它具有高输入阻抗、低输出阻抗、输入信号与输出信号相位相同的特点。缓冲电路电路图如下图2所示。图2缓冲电路电路图武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书63.4整体电路整体电路图如下图3所示图3整体电路图武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书74仿真部分4.1震荡电路仿真当开关S1置于下端时，开关S2置于上端时，为串联型振荡电路，进行仿真，示波器模拟出ChannelA的波形：初始波形如下图4所示图4克拉勃电路初始波形由开始时波形起振可以看出，开始振荡时的波形是由小变大的，并且波形并不是正弦波，而是三角波。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书8稳定后的波形如下图5所示，可以看出是正弦波，峰-峰值大概为2.3V。图5克拉勃电路稳定后的波形当开关S1置于上端时，开关S2置于下端时，为并联型振荡电路，进行仿真，示波器模拟出ChannelA的波形：由于电路起振十分慢，但是起振时就可看出其波形近似正弦波，并且幅值在不断增大。初始波形如下图6所示图6西勒电路初始波形武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书9稳定后的波形如下图7所示，峰-峰值大概为14V，波形幅度比克拉勃电路波形的幅度大很多，并且波形更稳定。图7西勒电路稳定波形注意：开始振荡时，Timebase的值适当调小，以便很快观察到波形。在波形振荡稳定后，因扫描速度过慢，无法观察很好波形，所以将Timebase的值适当调小，并且将ChannelA下的Scale值调大，是峰值高度合适。武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书104.2整体电路仿真当开关S1置于下端时，开关S2置于下端时，为串联型振荡电路且有缓冲电路及负载，进行仿真，示波器模拟出ChannelA的波形：初始波形如下图8所示图8整体克拉勃电路初始波形图9整体克拉勃电路稳定波形武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书11当开关S1置于上端时，开关S2置于上端时，为并联型振荡电路且有缓冲电路及负载，进行仿真，示波器模拟出ChannelA的波形：初始波形如下图10所示图10整体西勒电路初始波形稳定后的波形如下图11所示图11整体西勒电路稳定波形武汉理工大学《高频电子线路》课程设计说明书12经过对比可知，西勒电路比克拉勃电路起振更慢，但单独的西勒电路比克拉勃电路的峰-峰值更高，但是在经过缓冲级后，两者峰-峰值相差不大,大约都在1V左右。两个电路的波形都有不同程度的失真，这是因为三极管放大电路很容易失真。失真情况如图12所示。但通过改善参数即可改