高频课程设计-LC振荡器设计

1目录目录...........................................................1摘要...........................................................2关键词.........................................................21引言....................................................21.1课程设计背景........................................21.2课程设计目的........................................21.3课程设计内容........................................22正弦波振荡电路...........................................32.1LC振荡器基本工作原理................................32.2各振荡电路的方案比较与分析..........................32.3振荡器的稳频措施....................................42.4改进型电容反馈电路..................................43电路设计及仿真结果......................................63.1参数计算............................................63.2进行仿真............................................63.3仿真结果分析........................................74课程设计心得体会........................................75参考文献................................................82LC振荡器设计摘要：电子线路中，在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为高频信号发生器。高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波，电路主要由高频振荡电路构成。振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它无需外加激励信号。本课程设计中，为了熟悉《高频电子线路》课程，着眼于LC振荡器的分析研究与设计。在课程设计中，为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim11.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。关键词：LC正弦波振荡器；西勒电路；Multisim仿真1引言1.1课程设计背景在电子线路中，由于LC原件的标准型较差，谐振回路的Q值较低，空载Q值一般不超过300，有载QL值更低。所以LC振荡器的频率稳定度一般为310量级，即使是克拉泼电路和西勒电路，也只能达到310~410量级。因为本次设计主要指标要求频率稳定度410，所以选用西勒电路。1.2课程设计目的(1)掌握LC振荡器的基本工作原理和主要技术指标还有西勒电路的电路图。(2)学习Multisim仿真软件的使用方法。(3)学会设计电路图，理论联系实际，加深对理论知识的理解，提高分析和解决问题的能力。1.3课程设计内容通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反3馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。由所学知识可知，西勒电路具有该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，频率调节方便，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用并联改进型的西勒电路振荡器。2正弦波振荡电路2.1LC振荡器的基本工作原理振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。LC振荡器是成。振荡器根据荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用。本课程设计讨论的就是正弦波振荡器。其框图如图2-1所示图2-1振荡器原理框图2.2各振荡电路的方案比较与分析2.2.1电容三点式振荡的特点(1)振荡波形好。(2)电路的频率稳定度较高。工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。电路的缺点：振荡回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。2.2.2电感三点式振荡特点(1)工作频率范围为几百kHz~几MHz；(2)反馈信号取自于L2，其对f0的高次谐波的阻抗较大，因而引起振荡回路的谐波分量增大，使输出波形不理想。放大电路选频网络正反馈网络输出42.2.3克拉泼振荡特点(1)振荡频率改变可不影响反馈系数；(2)振荡幅度比较稳定。(3)电路中C3为可变电容，调整它即可在一定范围内调整期振荡频率。2.2.4西勒振荡器特点(1)振荡幅度比较稳定；(2)振荡频率可以较高，做可变频率振荡器时其波段覆盖系数较大，波段范围内输出电压幅度比较平稳。2.3振荡器的稳频措施2.3.1减小外界因素的变化减小外界因素变化的措施很多，例如为了减小温度变化对振荡频率的影响，可将整个振荡器或谐振回路置于恒温槽内，以保持温度的恒定；采用高稳定度直流稳压源来减小电源电压的波动而带来晶体管工作点电压、电流发生的变化；采用金属屏蔽罩减小外界磁场的变化而引起电感量的变化；采用减震器可减小由于机械振动而引起电感、电容值的变化；采用密封工艺来减小大气压力和湿度变化而带来电容器介电系数的变化；在负载和振荡器之间加一级射极跟随器作为缓冲可减小负载的变化等。2.3.2提高谐振回路的标准性所谓谐振回路的标准性是指谐振回路在外界因素变化时，保持其谐振频率不变的能力。回路标准性越高，频率稳定度就越好。实质上，提高谐振回路的标准性就是从振荡电路本身入手来提高频率的稳定度。2.4改进型电容反馈电路2.4.1克拉泼（Clapp）电路图2-1为克拉泼振荡器原理电路，(b)为其交流等效电路。它的特点是在前述5的电容三点式振荡谐振回路电感支路中增加了一个电容C3，其取值比较小，要求C3C1，C3C2。图2-1克拉泼振荡器先不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量CΣ为C1、C2和C3的串联，即43211111CCCCC(2-9)于是，振荡频率为402121LCLCf(2-10)使式(2-10)成立的条件是C1和C2都要选得比较大，由此可见，C1、C2对振荡频率的影响显著减小，那么与C1、C2并接的晶体管极间电容的影响也就很小了，提高了振荡频率的稳定度。2.4.2西勒（Seiler）电路西勒电路是一种改进型的电容反馈振荡器，是在克拉泼电路上改进的来的，电路原理图如图2-2所示：图2-2西勒振荡器(a)原理电路(b)交流等效电路VTC1C2LC3ReRb2CbRb1RcVCCLC3C1C2CieCoeVTCcb6震荡回路的总电容为：433214Σ≈1111CCCCCCC++++=所以可以得到振荡频率为：43Σ0π21≈π21≈CCLLCf此时，4C为粗调，3C为细调，电路调频方便而且调频范围大。3电路设计及仿真结果3.1参数计算通过以上分析可知，本设计满足振荡器的起振条件和平衡条件，振荡器的另外一个重要指标则是频率稳定度，因此在本次设计中各器件参数的选择必须满足频率稳定度的要求振荡回路参数L与C。L和C如有变化，必然引起振荡频率的变化，为了维持L和C的数值不变化，首先应该选取标准性高，不易发生机械形变的原件；其次，应尽量维持振荡器的环境恒定。为了满足谐振要求，各器件实际值为:2C=800pF,3C=400pF,4C=20pF,5C=26.825pF,1L=200H.满足2C4C和3C4C.其它,3R=10.3Ω,4R=4.7Ω,1R=4kΩ,2R=2kΩ,1C=10nF.3.2进行仿真图3-1为西勒电路振荡器的电路图，是Multisim软件画出的，可以对其进行仿真：图3-1仿真电路图7仿真结果：示波器输出波形频率计显示频率3.3仿真结果分析在西勒电路中，由于C5与L并联，C5的大小不会影响回路的接入系数。让C4固定，通过改变C5来改变振荡频率，这样一来，就不会影响起振条件了。西勒电路的波段覆盖系数可达1.6~1.8。由仿真结果可以看出，波形基本无失真，输出频率带5Mhz附近，符合课程设计要求。4课程设计心得体会本次课程设计的题目是LC振荡器的设计，主要应用了高频电子线路正弦波振荡器电路内容。通过查找资料，结合书本中所学的知识，完成了课程设计的内容。把书8中所学的理论知识和具体的实践相结合，有利于我们对课本中所学知识的理解，并加强了我们的动手能力。在课程设计之前，我们通过各个渠道查找资料后分析验证，经过多次的修改和整理，作了如上的设计思路。虽然这次设计一开始是按照设计要求去完成的，但由于在实际操作中，出现了比较大的问题，导致以上的准备资料，在实际操作中都未能派上用场。在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更重要的是培养我们的能力！通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。其次对这个课题的理解问题。因为高频的知识本来就不容易懂，所以查找资料和查阅基础知识，花了我们很长的时间。这些都应归咎于自己基础知识的匮乏。在这次的课程设计中，我们通过动手实践操作，进一步学习和掌握了有关高频原理的有关知识，特别是动手操作方面，加深了对LC正弦波振荡器的认识，进一步巩固了对高频知识的理解，也对模块的基本工作原理和调试仪器有了一定的了解。在设计时我们根据课题要求，复习了相关的知识，还查阅了相当多的资料，这也在一定程度上拓宽了我们的视野，丰富了我们的知识。这次的高频课程设计重点是通过实践操作和理论相结合，提高动手实践能力，提高科学的思维能力。在接触课程设计之前，因为这门课程的难度很深度，我对高频是敬而远之的心态，所以基础知识以及逻辑推理思维方面都是相当欠缺。在对高频的实验模块操作方法所知甚少和对调试知识几乎一无所知的程度，最后通过不懈努力终于圆满完成了课程设计的要求。5参考文献【1】张义芳，高频电子线路，哈尔滨工业大学出版社，2009【2】王冠华，Multisim10电路设计及应用，国防工业出版社，2008