正弦波振荡器(高频电子技术)

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正弦波振荡器(高频电子技术)

高频电子技术

第七章 正弦波振荡器

§7.1 概述

振荡器:是不需要外信号激励,自身可将直流电能转换为交流电能的装置。

应用:发射机的主振荡器、接收机的本地振荡器、信号发生器、数字频率计等。 分类:

反馈式振荡器:利用放大电路的正反馈产生振荡;

负阻式振荡器:将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路连接,产生振荡。

振荡器通常工作于丙类,因此工作状态是非线性的,为了方便分析,将振荡器用甲类线性工作来分析,可以获得与实际工作近似的情况。

§7.2 LCR 回路中的瞬变现象

L

开关S 置1时,电容充电至电压V ,然后开关S 置2,电容C 通过电感L 和R 放电。 列电流方程:01

=++?idt C

Ri dt di L

上式微分一次得线性微分方程022

022=++i dt

di dt i d ωδ

其中设回路衰减系数L

R

2=

δ,回路固有角频率LC

1

0=ω 代入初始条件:0=t ,0=i ,V dt

di

L t ==0)( 解为)(22

022

0220

2

t

t

t e e

e L V i ωδωδδω

δ-------=

分为三种情况:

(1) 过阻尼2

02ωδ>(C L

R 2

>,L R 2=δ,LC

1

0=

ω) )sinh(2

022

2t e L V

i t ωδωδδ---=

-(其中sinh 为双曲正弦函数)

(2) 临界阻尼2

02ωδ=(C

L

R 2

=) t

te L

V i δ--=

(3) 欠阻尼2

02ωδ<(C

L

R 2

<) t e L

V i t

ωωδsin --=

此时回路中的电流作周期性变化,产生自由振荡。 振荡频率:22

22

04121212L

R LC f -=

-==πδωππω 电阻为正时,产生衰减振荡;电阻为零时,产生等幅振荡;电阻为负(正反馈)时,产生增幅振荡。图

由于回路总是存在正电阻,因此必须引入负电阻,抵消回路的正电阻。引入负电阻的方法,一种是引入正反馈,就等效于引入负电阻;另一种是利用有源器件本身的负阻特性。

机械运动解释:电容相当于势能,电感相当于动能,能量在电容和电感间流动,相当于能量在势能和动能之间的转化。

回路电阻较小时,电流每循环一次,就损失一次功率,振荡为衰减振荡;电阻增大到一定程度,电容放点一次,电阻就将能量全部消耗掉,因此电路不会振荡。

瞬变现象:振荡器接通电源后,电路中产生瞬变电流,这种电流包含的频带很宽,但通过选频网络的作用,仅需要的谐振频率信号保留了下来,其他频率分量则被滤掉。在正反馈的作用下,谐振频率信号逐渐变强,形成稳定的振荡。通过稳幅措施,就可以使信号变为等幅振荡。

§7.3 LC 振荡器的基本工作原理

构成振荡器必须具备的条件:

(1)一套振荡回路,其中包含两个以上的储能元件,当一个释放能量时,另一个接收能量,往复进行,频率决定于元件的数值; (2)一个能量来源(如直流电源等),补充回路中电阻造成的能量损失; (3)一个控制设备(如晶体管),使电源功率在正确的时刻对电路补充能量,以维持等幅振荡。

LC 回路为振荡回路,与L 1,M 组成晶体管正反馈电路;

图中电阻为晶体管各极偏置电阻,C b 为旁路电容,滤除交流分量,C e 为隔直电容,隔离直流; 电感L 和L 1的耦合,同名端分别接到晶体管的c ,e 端,以保证是正反馈(可以由微分方程的系数得到解释)。

根据晶体管的h 参数模型,得到电路的交流等效模型:图 由等效电路得到(,消去相关变量可得微分方程:

0)1(1)(122=+?+-?++L ib

b

L fb b ib ib L i r h h LC dt di M h h L Crh LC h dt i d 和微分方程022

022=++i dt

di dt i d ωδ

做对比,可得 )(12M h h L Crh LC h fb b ib ib -?+=

δ,)1(120+?=r h h LC ib

b ω(谐振频率) 考察自由振荡产生条件(欠阻尼2

02ωδ<条件下)下的电流表达式t te L

V i t

ωδsin --=

若电路产生等幅振荡,则表达式中t

e

δ-必为常数,即必须有0=δ,则

0)(1

2=-?+=M h h L Crh LC h fb b ib ib δ,由此得到振荡条件 M

h L Crh h b

ib fb ?+=

式中M h fb -可看成是由于互感M 与晶体管的正反馈作用所产生的负电阻成分,显然M 与h fb 越大,越容易起振。 *注:这种方法确定的振幅完全取决于起始条件,即振荡器得到的第一次冲击,冲击大,振幅大,冲击小,振幅也小。

§7.4 由正反馈的观点来解决振荡条件

(1)S 断开(没有反馈),输入信号为i V 时,集电极输出为)(c

o V V -=,经由反馈网络输出反馈电压f V ,如果反馈电压f V 与原输入信号i V 完全相同,此时如果接通S1,去掉外加信号i V ,则f V 将代替i

V 变成基极的输入,放大器也将继续维持工作。由于此时已没有外加输入信号,故电路变为振荡器。

根据电压间的相互关系有:c f V F V -=,0

0A V A V V c o i -== 当产生振荡时,应有i f V V =,0

A V V F c C -=-即因此得振荡条件: 0

1A F =,或010=-F A 由模电相关知识可得反馈放大器的闭环增益F

A A A f

001-=,当010=-F A 时,∞→f A ,放大器产生振荡。

例 图

电路为共基接法:集电极电压c

V 加在谐振回路上,由于耦合线圈同名端在同一方向,故输出的

反馈电压f

V 与集电极电压c V 输出同相;而共基接法中输入信号i V 应与输出信号C V 同相,且反馈电压f V 正向加在共基电路输入端,即相当于输出通过反馈正向加在输入端,因此为正反馈。 共基放大器电压增益(h 参数):p

b ib p fb Z h h Z h A ?+=0

,其中)

1()

(1

C

L j r L j r C j Z p ωωωω-++=为集电极负载 回路输出电压)(L j r I V c

ω+= L 1两端的感应电压(反馈电压)I M j V i ω= 则反馈系数)

(L j r I I M j V V F c i ωω+== 将以上结果代入到振荡条件010=-F A 中得 0)

()1(12

=+?++--

L j r h rC j LC h Mh j b ib fb

ωωωω

谐振时上式中虚部为0,得0=-?+fb b ib Mh L h C r h ωωω 即M

h L Crh h b

ib fb ?+=

根据振荡条件得负电阻的值等于正电阻的值,即实部也为0,得

0)1(2=?+-r h LC h b ib ω

即)1(12

0+?=

r h h LC ib

b

ω 可见,无论由瞬变观点还是正反馈观点,所得到的振荡条件都是一样的,一般正反馈的方法来分析振荡器要简易些。

§7.5 振荡器的平衡与稳定条件

振荡器起振后,在正反馈的作用下振幅越来越大,在达到一定数值后,慢慢稳定下来,形成稳

定的震荡,因此需要分析振荡如何达到平衡,及平衡的稳定条件。 7.5.1 振荡器的平衡条件(P283)

正反馈放大器产生振荡的条件:010

=-F A 这是在假定晶体管放大器工作于小信号线性放大状态下(放大倍数A 0为常数)得到的。实际上,

放大器的增益随着振幅的变化而变化,如:振荡器起振后,振幅逐渐变大,放大器由线性工作的甲类状态逐渐过渡到非线性的甲乙类以致丙类工作状态,此时放大器就变成了非线性器件。

在非线性状态下,引入准直线性理论的平均放大倍数(折合放大倍数)A

: 负载谐振阻抗上的基波电压1c V 与基极输入电压b V 之比,即 b

p c b c V R I V V A 11==

根据6.3集电极余弦电流分解中的相关推导可知: 当0=t ω时,)cos 1)(max

c bm c C V g i θ-=(()cos cos c bm c C t V g i θω-=(

)(1max 1c C cm i I θα=(

故)()cos 111c c

b c c V g I θαθ-=(

则)()()cos 110111c c c p c b

p c b c A R g V R I V V A θγθαθ=-===( 其中A 0是小信号线性放大系数;)(1c θγ为余弦脉冲分解系数。

乙类:)90(5.0)(1 ≈=c c θθγ;丙类:)80~70(4.0~3.0)(1 ≈≈c c θθγ

可见,振荡器从起振时的甲类状态,不断增加振幅而逐渐向乙类和丙类过渡,同时,放大倍数A 也不断下降。

反馈系数F 是由无源线性网络决定的比例系数,与振幅无关。由于放大器的放大倍数随振幅增

大而降低,因此如果电路刚好满足010

=-F A 的起振条件,则最后得到的信号的幅度很低,达不到一定的强度,很容易被噪声淹没。

因此,实际中反馈系数F 设计的要大一些,一般取F=1/2~1/8。这样,可以在10>F A 的情况下起振,随着振幅增加,放大倍数逐渐降低,直到振幅增大到某一程度,出现10

=F A 时,振荡就达到平衡状态。

这种情况下振荡器的起振条件是10

>F A ,平衡条件1=F A

其中A 可表示为τ

0A A =,τ为工作强度系数,一般取2 ~ 4。

将平衡条件用模和相角来表示:1=?=F

A

j j Fe

Ae F A

??

振幅平衡条件:1=?F A ,即振幅在平衡状态时,闭环增益等于1(反馈信号与原信号振幅相

等)。 相位平衡条件:),3,2,1,0(2 ==+n n F A π??,闭环总相移为2π的整数倍(反馈信号与原信号相位相同)。 另一种形式:

根据第六章知识:b fe c b fe c V y V y I ==)(11θγ

其中,c fe g y =,)(1c fe fe y y θγ=,称为晶体管平均正向传输导纳。

振荡器输出电压1

1p c c Z I V = 平均放大倍数(折合放大倍数)1p fe b

c Z y V V A ==

故振荡平衡条件可写成11=F

Z y p fe 其中晶体管的平均正向传输导纳Y j fe i

c fe e y V I y ?

== 1,谐振回路的基波谐振阻抗

Z j p c c p e Z I V Z ?111== ,反馈系数F j c

f Fe V V F ?== 。

同样将幅值与相角分开,得: 振幅平衡条件11=F Z y p fe

相位平衡条件),3,2,1,0(2 ==++n n F Z Y π???

为用电路参数表示的振幅平衡条件和相位平衡条件。

实际上,由于晶体管的少数载流子在通过基区的有效宽度时,需要一定的扩散时间,因此集电极电流的相位总是滞后于基极输入电压,即0

注:如果谐振回路处于微小失谐状态,会使振荡器的频率稳定度与效率都降低,因此,可使谐振回路仍谐振于基频,采用另外的相位补偿法来平衡相位,如加入辅助元件(电感或电容)等。 7.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件(P286)

平衡条件说明了振荡器可以在某一状态平衡,但不能说明这一平衡是否稳定。 例:图

稳定条件也分为振幅稳定和相位稳定两种。 一、振幅平衡的稳定条件

振幅平衡条件为1=?F A

振幅逐渐增大时,放大倍数A 是振幅V om 的非线性函数,随晶体管进入饱和或截止状态而迅速减小,但反馈系数取决于外电路参数,与振幅无关,故保持常数。 图

A 与1/F 的交点Q 为F

A 1

=,由于此点满足振荡条件,因此Q 点是振荡器的振幅平衡点。 Q 点稳定性:

若振幅V om 增加,A 减小,F A 1

<

,即1

A 1

>,即1>?F A ,于是振幅逐渐增大,回到平衡点;

可见,图中的Q 点是稳定平衡点。

稳定的根本原因:在平衡点附近,放大倍数A 随振幅V om 的变化特性具有负的斜率,即

0

om V V om

V A 为平衡点的振幅稳定条件。

晶体管的特性满足要求,因此具有稳幅的功能。只要使放大倍数A 随振幅增加而减小,与1/F 曲线仅有一个交点,则振荡器起始处于增幅振荡状态,到达Q 点后变为等幅振荡。这种自激方式不需要外加激励源,称为软自激(通常应使振荡器工作于软自激状态)。

但如果晶体管的工作点设置的不好,反馈系数又小,此时可能出现另一种振荡形式,如图 放大倍数不是随振幅单调下降的,而是先随振幅增大而上升(与1/F 交于B 点),之后又随振幅增大而下降,(与1/F 交于Q 点)。 B 点稳定性:

若振幅V om 增加,A 增大减小,F

A 1

>,即1>?F A ,于是振幅逐渐增大; 若振幅V om 减小,A 减小,F

A 1

<

,即1

这种振荡器在B 点以前振荡是衰减的,故不能自行起振,需要外加激励,冲过B 点,才可能激起稳定于Q 点的平衡状态。由于需要外加激励源,故称为硬自激。 二、相位平衡的稳定条件

相位稳定条件和频率稳定条件:(实质上是一个意思) 反馈电压超前于输入电压(相位增量为正),相当于反馈电压比输入电压快,意味着周期缩短,如果反馈电压一次比一次超前,周期不断缩短,相当于提高了频率;反之,反馈电压滞后于输入电压(相位增量为负),频率则不断降低。

频率随相位的变化关系可写成:

0>??ω

?

为了使振荡器在平衡点稳定,则需要具有恢复相位平衡的能力,即当振荡器中相位受外因发生变化时,振荡器能够产生一个新的相位变化,抵消外因的影响,即引入一个与相位改变相反的

量,得相位稳定条件为

0

?

,即 0)

(

???F Z Y

一般情况下,Y ?和F ?对频率的变化敏感性远小于Z ?对频率变化的敏感性,因此上式可写成

0)(

?ω???ω?Z

F Z Y 也就是说相频特性曲线在振荡器工作频率附件有负的斜率。根据第二章所学知识可知,谐振回路的相频特性曲线具有这种性质,如图,因此LC 谐振回路不仅用来决定振荡频率,而且还用来使振荡保持稳定。

分析:如果电路中的Y ?和F ?使振荡电路的相位产生一个增量,此时振荡器频率增加,谐振回路产生一个负的相位增量,虽然抵消了Y ?和F ?的相位增量,但振荡频率却在原来谐振频率的基础上产生一个偏移量,振荡电路平衡于另一频率(即振荡频率发生了改变),因此,为了提高频率的稳定性,一般要求Y ?和F ?对外界因素的影响尽量小,且F Y ??+应该尽量趋于0(这样谐振回路就可以工作于谐振状态),另一方面提高相频特性曲线斜率的绝对值,使曲线更陡峭(通过提高品质因数Q 值可实现)。

§7.6 反馈型LC 振荡器

反馈型LC 振荡器的形式:互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器、电容反馈式振荡器

集电极直流电源的馈电方式:串联馈电和并联馈电 7.6.1 互感耦合振荡器

互感耦合的三种形式:调集电路、调基电路、调发电路 图

注意:基极和发射极之间的输入阻抗较低,因此采用部分耦合接入谐振回路,这样等效到谐振回路的阻抗较大,和来的谐振等效电阻并联后不会使Q 值显著下降(如阻抗过小,则会使谐振回路等效并联电阻变小,使Q 值降低)。

互感耦合放大器在频率较高时,难于做出稳定性高的变压器,因此工作频率不宜过高,一般应用于中、短波段。

7.6.2 电感反馈式三端振荡器(哈特莱振荡器)

L 1和L 2形成分压,L 1两端电压是L 2两端的2~5倍(反馈系数F )

优点是容易起振,通过调节电容来调节谐振频率时,不影响电路的反馈系数,缺点是输出波形不够好(反馈支路为电感支路,由于电感对高次谐波阻抗较大,因此波形失真较大)。 7.6.3 电容反馈式三端振荡器(考毕兹振荡器)

用电容分压实现反馈,优点是反馈支路为电容支路,由于电容对高次谐波阻抗较小,因此反馈量中的高次谐波影响也较小(电容对高频分量短路),因此波形失真较小。缺点是调节电容来调节谐振频率时会影响到反馈系数,改进方法是固定分压的电容C 1和C 2,在电感L 两端并联一个可变电容器。

7.6.4 LC 三端式振荡器相位平衡条件的判断准则

谐振回路的电阻很小,可以忽略时,Z 1,Z 2,Z 3可以换为纯电抗X 1,X 2,X 3,若产生谐振,则

满足条件:0321=++X X X

在回路内设定某一电流方向,则若产生正反馈,必须使反馈电压f V 和输入电压i V 同相。集电极电压o V 与输入电压相位差为180度(参考丙类功放相关分析),则反馈电压f V 必须与集电极电压o V 相位差为180度才行。在谐振回路内设定某一电流方向(o

V 作为内阻为Z 1的电源,向其他器件供电,谐振回路内电流很大,是外部流入谐振回路电流的Q 倍),则有

I jX V f 2=,I jX V o 1-=

若使反馈电压f

V 与集电极电压o V 反相,则X 1和X 2为同一性质电抗,则X 3必须为另一性质的电抗,这就是三端式振荡器的构成法则。

例 图

§7.7 振荡器的频率稳定问题

主要指标:

1.准确度:实际工作频率f 与标称频率f 0之间的偏差。

1)绝对准确度:0f f f -=? 2)相对准确度:

00f f f f f

-=

? 2.稳定度:一定时间间隔内,频率准确度的变化。它是频率准确度的保证。

长期频率稳定度:一天以上甚至几个月的(长期)相对频率变化的最大值,主要取决于有源器件、电路元件、石英晶体等老化特性,与频率的瞬间变化无关;

短期频率稳定度:一天内相对频率变化的最大值,主要与温度变化、电压变化和电路参数不稳定等因素有关;

瞬间频率稳定度:频率的瞬间无规则变化(秒或毫秒内),也叫振荡器的相位抖动或相位噪声,主要是由频率源内部噪声引起的频率起伏,与外界条件和长期频率飘移无关。 以互感耦合调集振荡器为例:

振荡频率)1(

21+?=

r h h LC

f ib

b

π 影响频率的三种因素:

1)振荡回路参数LC ,为了维持LC 的数值不变化,可以采用准确性高、不易发生机械变形的元件,并尽量维持振荡器所在的环境温度恒定(如封闭在恒温箱中),LC 采用温度系数低的材料制成,也可以采用温度补偿法,使L 和C 的变化量相互抵消。另外,回路的品质因数越高,频率的稳定度也越高。

2)回路电阻r ,回路电阻由振荡器的负载决定,负载重,r 大,负载轻,r 小,为了保证稳定,则r 应该越小越好,r 越小(并联等效电阻越大),回路Q 值越高,频率稳定度也越高。 3)有源器件的参数,有源器件随电源电压和环境温度的改变,其参数也会随之发生变化,因此应采用稳压电源,并采取恒温措施。

除了以上措施外,还可以采用高稳定度的LC 振荡器电路。 例:克拉泼电路:图

C 1和C 2远大于C 3, C 越大,电抗

C

j ω1

越小,因此,C 1和C 2对谐振频率的影响很小,谐振频率主要由C 3和L 决定,反馈系数则由C 1和C 2决定,这样,C 3减弱了晶体管与谐振回路之间的耦合,折算到谐振回路内的晶体管参数减小,从而提高频率稳定度。

§7.8 石英晶体振荡器

LC 振荡器的稳定度不高,大约为10-2~10-3数量级。而利用石英晶体的压电效应,将石英晶体作

为振荡回路元件(石英晶体振荡器),可以获得很高的频率稳定度。

中精度晶体频率稳定度达10-6数量级,加单层恒温控制,可达10-7~10-8数量级;高精度晶体在双层恒温控制下稳定度可达10-9~10-11数量级。

压电效应:当晶体受到机械力时,它的表面上就会产生电荷,如果机械力由压力变为张力,则表面电荷的极性就反过来。

反压电效应:在晶体表面加入一定的电压,则晶体就会产生弹性变形,如果外加电压为交流量,晶体就产生机械振动。

依靠压电效应和反压电效应,可以将机械能转化为电能,也可以将电能转化为机械能。

石英晶体存在固有振动频率,当外加电源频率与晶体的固有振动频率相等时,晶体就产生谐振,此时,机械振动幅度最大,晶体表面产生的电荷量也最大,因此外电路的电流也最大。(等效电路如图3.6.6,P78)

石英晶体振荡器的优点:

(1)物理和化学性能十分稳定;

(2)晶体的品质因数Q 值可高达数百万数量级;

(3)在谐振频率附近的狭窄工作频带内,具有极陡峭的电抗特性曲线,对频率变化具有极灵敏的补偿能力(谐振回路品质因数越高,相频特性曲线越陡峭,频率稳定性越高)。

缺点是石英晶体具有单频性,只能提供一个稳定的振荡频率,不能用于波段振荡器。 石英晶体振荡器的应用分为两类:

作为等效电感使用——并联谐振型晶体振荡器;

作为串联谐振元件使用——串联谐振型晶体振荡器。 *注(P79-80):根据石英晶体等效电路(图3.6.6,P78),石英晶体振荡器有两个谐振频率: (1)左边支路的串联谐振频率(石英片本身的自然角频率)q

q q C L 1

=

ω (2)石英谐振器的并联谐振角频率0

011

C C C C L C

L q q q

q p +==

ω

显然q p ωω>,电抗曲线图

在q ω处电抗为零,为串联谐振;在p ω处呈感性,等效为电感。

7.8.1 并联谐振型晶体振荡器

把石英晶体作为电感元件接入反馈网络的谐振回路中,组成三端振荡器。 实际上常用图

1.图,C 2和晶体的一端接入基极,C 1和晶体的另一端接入集电极。它类似于7.7中的克拉泼电路(图7.7.1,P300),由于C q 很小(谐振频率主要和C q 有关),因此晶体管与谐振回路的耦合很弱,频率稳定性很高。

2. 图

L 1C 1回路应呈电感性,和振荡器组成反馈(电感三端振荡电路)。:b-e 型电路中,石英晶体接入输入阻抗较低的b-e 之间,相当于谐振回路并联一个小电阻,引起等效并联阻抗下降,从而使

品质因数下降,从而相频特性曲线斜率的绝对值减小,因此说影响了石英晶体的标准性。

b-c型电路中,石英晶体接入输入阻抗较大的b-c之间,相当于谐振回路并联一个大电阻,对石英晶体的标准性影响很小。

因此,b-e型的稳定度不如b-c型电路,在频率稳定度要求较高的电路,几乎都采用b-c型。7.8.2 串联谐振型晶体振荡器

与电容三端式电路十分相似,反馈信号经过石英晶体,送到基极和发射极之间。石英晶体在串联谐振时阻抗接近于零,认为短路,此时反馈最强。

7.8.3 泛音晶体振荡器

电气谐波:基频和谐波同时存在,它们之间是整数倍关系(傅里叶变换);

泛音(石英晶体振动的机械谐波):与基频不呈整数倍关系,只是在基频奇数倍附近,且两者不是同时存在的(即某一条件下,石英晶体只能谐振于某一频率)。

在图,将C1用C1和L1组成的并联谐振回路代替,其谐振频率设定在电路工作的n次泛音和(n-2)次泛音之间。这样,在基频和低次谐波上L1C1回路呈感性,不满足三端电路的相位平衡条件(与C2抗性相同才行,必须是容性),不会起振;对于高次谐波,L1C1回路呈现的容性很小,相当于滤掉,不满足振幅平衡条件,也不能起振。

(注:并联谐振对低频呈感性,高频呈容性)

§7.9 负阻振荡器

1.正电阻:电流增加时,电压也增加,R 上的电压降与电流方向相同,相当于电动机,消耗能量,

电压电流关系斜率为正;

2.负电阻:电压减小时,电流反而增大,R 上的电压升方向与电流方向相同,相当于发电机,可认为输出功率,电压电流关系斜率为负。

注意:这里的正电阻和负电阻都是对交流来说的,负电阻本身并不产生能量,而是将直流能量转化为交流能量输出。 负阻器件有两大类:图

1.电压控制型负阻特性(交流恒压源):当电压升高到一定值时,电流反而迅速下降;

电子四级管、隧道二极管

2.电流控制型负阻特性(交流恒流源):当电流升高到一定值时,电压迅速下降。

双基极二极管、工作于雪崩击穿压的晶体三极管

负阻振荡原理: 图

设-r n 为负阻器件的等效电阻,得微分方程:

0)()(22222=--+--+i LC

r r R dt di RCr RCr L dt i d n n

n n 对照式(022

022=++i dt

di dt i d ωδ

n n RCr RCr L --=

δ2,LC

r r R n n --=2

2

2ωδ<(欠阻尼)时产生振荡,t e L

V i t

ωωδsin --= (1)当02>--=

n

n

RCr RCr L δ,即RC L r n >时,衰减振荡; (2)当02=--=

n

n

RCr RCr L δ,即RC L r n =时,等幅振荡; (3)当02<--=

n

n

RCr RCr L δ,即RC L r n <时,增幅振荡;

Proteus与cadence实训(高频正弦波振荡器)

课程设计任务书 学生姓名:专业班级:电子1001班指导教师:韩屏工作单位:信息工程学院题目: 高频晶体正弦波振荡器 初始条件: 计算机、Proteus软件、Cadence软件 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) 1、课程设计工作量:2周 2、技术要求: (1)学习Proteus软件和Cadence软件。 (2)设计一个高频晶体正弦波振荡器电路。 (3)利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版,用Proteus 软件对该电路进行仿真。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印,图纸应符合绘图规范。 时间安排: 2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。 2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件,查阅相关资料,复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.17-11.21对高频晶体正弦波振荡器电路进行设计仿真工作,完成课设报告的撰写。 2013.11.22 提交课程设计报告,进行答辩。 指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日

目录 目录 (1) 摘要 (2) 一、工作原理说明 (3) 1.1、振荡器概念 (3) 1.2、静态工作点的确定 (3) 1.3、振荡器的起振检查 (4) 二、电路设计 (5) 2.1、正弦波振荡器的设计 (5) 2.2、电路功能的仿真 (7) 2.3、Cadence部分原理图设计 (9) 三、PCB版图设计 (15) 四、心得体会 (18) 五、参考文献 (19)

正弦波振荡器设计multisim(DOC)

摘要 自激式振荡器是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、一定频率和一定幅值的交变能量电路。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑,本次课程设计采用电容三点式振荡器,运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值,得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。 关键词:电容三点式;振荡器;multisim;

目录 1、绪论 (1) 2、方案的确定 (2) 3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 (3) 3.1 反馈振荡器的原理和分析 (3) 3.2. 电容三点式振荡单元 (4) 3.3 电路连接及其参数计算 (5) 4、总体电路设计和仿真分析 (6) 4.1组建仿真电路 (6) 4.2仿真的振荡频率和幅度 (7) 4.3误差分析 (8) 5、心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录 (10) 附录Ⅰ元器件清单 (10) 附录Ⅱ电路总图 (11)

1、绪论 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。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分:放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的,只有这样才能使振荡维持 下去。选频网络则只允许某个特定频率0f能通过,使振荡器产生单一频率的输出。 振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的;一个是反馈电压 U和输入电压i U要相等,这是振幅平衡条件。二是f U和i U必须相位相同,这是相位f 平衡条件,也就是说必须保证是正反馈。一般情况下,振幅平衡条件往往容易做到,所以在判断一个振荡电路能否振荡,主要是看它的相位平衡条件是否成立。 本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器,电容三点式振荡器,也叫考毕兹振荡器,是自激振荡器的一种,这种电路的优点是输出波形好。电容三点式振荡器是由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。 本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器,要求根据给定参数设计电路,并利用multisim仿真软件进行仿真验证,达到任务书的指标要求,最后撰写课设报告。报告内容按照课设报告文档模版的要求进行,主要包括有关理论知识介绍,电路设计过程,仿真及结果分析等。 主要技术指标:输出频率9 MHz,输出幅度(有效值)≥5V。

高频电子线路实验正弦波振荡器

. 太原理工大学现代科技学院 高频电子线路课程实验报告 专业班级信息13-1 学号2013101269 姓名 指导教师颖

实验名称 正弦波振荡器(LC 振荡器和晶体振荡器) 专业班级 信息13-1 学号 2013100 0 成绩 实验2 正弦波振荡器(LC 振荡器和晶体振荡器) 2-1 正弦波振荡器的基本工作原理 振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定的波形的交变振荡能量的装置。 正弦波振荡器在电子领域中有着广泛的应用。在信息传输系统的各种发射机中,就是把主振器(振荡器)所产生的载波,经过放大、调制而把信息发射出去。在超外差式的各种接收机中,是由振荡器产生的一个本地振荡信号,送入混频器,才能将高频信号变成中频信号。 振荡器的种类很多。从所采用的分析方法和振荡器的特性来看,可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。我们只讨论反馈式振荡器。根据振荡器所产生的波形,又可以把振荡器氛围正弦波振荡器和非正弦波振荡器。我们只介绍正弦波振荡器。 常用正弦波振荡器主要是由决定振荡频率的选项网络和维持振荡的正反馈放大器组成,这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用的元件不同,正弦波振荡器可以分为LC 振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。 一、反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理 以互感反馈振荡器为例,分析反馈型正弦自激振荡器的基本原理,其原理电路如图2-1所示; 当开关K 接“1”时,信号源Vb 加到晶体管输入端,这就是一个调谐放大器电路,集电极回路得到了一 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

RC正弦波振荡器电路设计及仿真

《电子设计基础》 课程报告 设计题目: RC正弦波振荡器电路设计及仿真学生班级: 学生学号: 学生姓名: 指导教师: 时间: 成绩: 西南xx大学 信息工程学院

一.设计题目及要求 RC正弦波振荡器电路设计及仿真,要求: (1)设计完成RC正弦波振荡器电路; (2)仿真出波形,并通过理论分析计算得出频率。 二.题目分析与方案选择 在通电瞬间电路中瞬间会产生变化的信号且幅值频率都不一样,它们同时进入放大网络被放大,其中必定有我们需要的信号,于是在选频网络的参与下将这个信号谐振出来,进一步送入放大网络被放大,为了防止输出幅值过大所以在电路中还有稳幅网络(如图一中的两个二极管),之后再次通过选频网络送回输入端,经过多次放大稳定的信号就可以不断循环了,由于电路中电容的存在所以高频阻抗很小,即无法实现放大,且高频在放大器中放大倍数较小。 三.主要元器件介绍 10nf电容两个;15kΩ电阻一个;10kΩ电阻三个;滑动变阻器一个;2.2k Ω电阻一个;二极管两个;运算放大器;示波器 四.电路设计及计算 电路震荡频率计算: f=1/2πRC

起振的复制条件:R f/R i>=2 其中R f=R w+R2+R3/R d 由其电路元件特性 R=10KΩ C=10nF 电路产生自激震荡,微弱的信号1/RC 经过放大,通过反馈的选频网络,使输出越来越大,最后经过电路中非线性器件的限制,使震荡幅度稳定了下来,刚开始时A v=1+R f/R i >3。 平衡时A v=3,F v=1/3(w=w0=1/RC) 五.仿真及结果分析 在multisim中进行仿真,先如图一连接好电路,运行电路,双击示波器,产生波形如下图 图2 刚开始运行电路时,输出波形如图2,几乎与X轴平行,没有波形输出。

(完整)高频课程设计_LC振荡器_西勒

高频电子线路课程设计报告设计题目:LC正弦波振荡器的设计 2014年1月10日

目录 一、设计任务与要求 (1) 二、设计方案 (1) 2.1电感反馈式三端振荡器 (1) 2.2电容反馈式三端振荡器 (2) 2.3克拉波电路振荡器 (3) 2.4西勒电路振荡器 (4) 三、设计内容 (5) 3.1LC振荡器的基本工作原理................................................ . (5) 3.2西勒电路原理图及分析 (6) 3.2.1振荡原理 (7) 3.2.2静态工作点的设置 (7) 3.3西勒振荡器原理图 (8) 3.4 仿真结果与分析 (8) 3.4.1软件简介 (8) 3.4.2进行仿真 (9) 3.4.3仿真结果分析 (11) 四、总结 (11) 五、主要参考文献 (13)

一、设计任务与要求 在本课程设计中,为了熟悉《高频电子线路》课程,着眼于LC正弦波振荡器的分析和研究。通过对电感反馈式三端振荡器(哈特莱振荡器)、电容反馈式三端振荡器(考毕兹振荡器)以及改进型电容反馈式振荡器(克拉波电路和西勒电路)的分析、对比和讨论,以达到课程设计的目的和要求。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。 本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号,输出频率可调范围为10~20MHz。本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。 二、设计方案 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。 下面对几种振荡器进行分析论证: 2.1电感反馈式三端振荡器 电感三点式振荡器又称哈特莱振荡器,其原理电路如图所示:

RC正弦波振荡器设计实验

综合设计 正弦波振荡器的设计与测试 一.实验目的 1. 掌握运用Multisim 设计RC 振荡电路的设计方法 2. 掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理 3. 熟悉RC 正弦波振荡器的调试方法 4. 观察RC 参数对振荡器的影响,学习振荡器频率的测定方法 二.实验原理 在正弦波振荡电路中,一要反馈信号能够取代输入信号,即电路中必须引入正反馈;二要有外加 的选频网络,用以确定振荡频率。正弦波振荡的平衡条件为:.. 1AF = 起振条件为.. ||1A F > 写成模与相角的形式:.. ||1A F = 2A F n πψ+ψ=(n 为整数) 电路如图1所示: 1. 电路分析 RC 桥式振荡电路由RC 串并联选频网络和同相放大电路组成,图中RC 选频网络形成正反馈电路, 决定振荡频率0f 。1R 、f R 形成负反馈回路,决定起振的幅值条件,1D 、2D 是稳幅元件。 该电路的振荡频率 : 0f =RC π21 ① 起振幅值条件:311 ≥+ =R R A f v ② 式中 d f r R R R //32+= ,d r 为二极管的正向动态电阻 2. 电路参数确定 (1) 根据设计所要求的振荡频率0f ,由式①先确定RC 之积,即 RC= 21f π ③ 为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻i R 和输出电阻o R 的影响,应使

R 满足下列关系式:i R >>R>>o R 一般i R 约为几百千欧以上,而o R 仅为几百欧以下,初步选定R 之后,由式③算出电容C 的值,然后再算出R 取值能否满足振荡频率的要求 (2) 确定1R 、f R :电阻1R 、f R 由起振的幅值条件来确定,由式②可知f R ≥21R , 通常 取f R =(2.1~2.5)1R ,这样既能保证起振,也不致产生严重的波形失真。此外,为了减小输入失调电流和漂移的影响,电路还应满足直流平衡条件,即: R=1R //f R (3) 确定稳幅电路:通常的稳幅方法是利用v A 随输出电压振幅上升而下降的自动调节作用实 现稳幅。图1中稳幅电路由两只正反向并联的二极管1D 、2D 和电阻3R 并联组成,利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅,为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真,在二极管两端并联小电阻3R 。实验证明,取3R ≈d r 时,效果最佳。 三.实验任务 1.预习要求 (1) 复习RC 正弦波振荡电路的工作原理。 (2) 掌握RC 桥式振荡电路参数的确定方法 2. 设计任务 设计一个RC 正弦波振荡电路。其正弦波输出要求: (1) 振荡频率:接近500Hz 或1kHz 左右,振幅稳定,波形对称,无明显非线性失真 (2)* 振荡频率:50Hz~1kHz 可调,其余同(1) 四.实验报告要求 1. 简述电路的工作原理和主要元件的作用 2. 电路参数的确定 3. 整理实验数据,并与理论值比较,分析误差产生的原因 4. 调试中所遇到的问题以及解决方法 五.思考题 1. 在RC 桥式振荡电路中,若电路不能起振,应调整哪个参数?若输出波形失真应如何调整? 2. 简述图-1中21D D 和的稳幅过程。 六.仪器与器件 仪器: 同实验2 单管 器件: 集成运算放大器μA741 二极管 1N4001 电阻 瓷片电容 若干

高频答案第五章

第五章 正弦波振荡器 5-1 把题图5-1所示几个互感反馈振荡器交流等效电路改画成实际电路,并注明变压器的同名端(极性)。 5-9 用相位平衡条件的判断规则说明题5-2所示几个三点振荡器交流等效电路中,哪个电路是正确的(可能振荡),哪个电路是错误的(不可能振荡)。 [解]: (a )、(b )、(c )不能振荡。(d )、(e )、(f )可能振荡,但(e )应满足 11011C L g = >ωω (f )应满足11221 1 C L C L > 使0201ωωω<>; (2)332211C L C L C L <<; (3 ) 332211C L C L C L ==; (4 ) 332211C L C L C L >=; (5 ) <11C L ;3322C L C L = (6 ) ;113322C L C L C L << 试问哪个情况可能振荡?等效为哪种类型的振荡器?其振荡频率与个回路的固有频率之间有什么关系? [解]: (1)、(2)、(4)可能振荡;(3)、(5)、(6)不可能振荡。 (1)321ωωωω<<

电子电路设计实验LAB4正弦波振荡器设计2016

华侨大学电子工程系 电子电路设计实验 模数电技术 Lab # 4 正弦波振荡器设计 实 验 时 间2016 年第 周 机电信息实验大楼A526 文 档 名 称 正弦波振荡器设计 文 档 类 型 实验教学文档 文 档 撰 写 HWW 文 档 版 本 Ver:1.2 更 新 时 间 2014.04.15 更 新 内 容 结构调整,优化已知错误 文 档 更 新 新建文档,配套实验报告 支 持 软 件 NI Multisim 12 适 用 专 业 电子信息工程/集成电路设计专业华侨大学厦门专用集成电路与系统重点实验室

国立华侨大学 信息科学与工程学院电子工程系 电子电路设计实验 模数电技术 #4 正弦波振荡器设计 实验指导教师:HWW 实验时间::2016- - : - : 地点:机电信息实验大楼A526 实验要求说明: 1.完成实验报告内容中的预习部分的内容 2.独立完成实验,实验中不清楚的可以相互讨论或询问指导老师 3.数据严禁抄袭,发现抄袭现象,抄袭者和被抄袭者本次实验都得0分 4.实验需要先打印实验报告第一页,用于实验数据签字确认,实验完成后经实验指导老师签字后方可离开。数据记录中因为存在仿真波形抓取,所以等实验完成后再打印实验报告后几页。 5.本次实验的实验报告(封面+实验内容装订一起)在下次实验课时一起缴交 正弦波振荡器概述 运放振荡器是有意设计成维持不稳定状态的电路,可以用来产生均匀的信号,这种均匀的信号可以在许多运用中作为基准信号:比如可以应用在音频电路、函数发生器、数字系统和通信系统。振荡器可以分为两大类:正弦波振荡器和张弛振荡器、正弦波振荡器由放大器和RC或LC电路构成,这种振荡器的频率是可调的;正弦波振荡器也可以使用晶振构成,但是晶振的振荡频率是固定的。弛张振荡器可以用来产生三角波、锯齿波、方波、脉冲波或指数型波形。本实验讨论的是正弦波振荡器的设计。 运放的正弦波振荡器的工作不需要外加输入信号,这种振荡器利用了正反馈或负反馈的某些组合把运放驱动到不稳定的状态,这样输出就不断的来回翻转。振荡的幅度和频率可以通过围绕中心运放的那些无源和有源器件共同设定。 需要注意的是运放的振荡器被限制在频谱的低频区,因为运放没有足够的带宽以实现高频下的低相移。电压反馈运放被限制在很低的数千赫范围,因为开路的主极点可以低到10Hz。晶振可以拥有高到数百兆赫的高频范围。 图4.1 带有正反馈或负反馈的反馈系统

高频课程设计_LC振荡器_克拉泼.(DOC)

高频电子线路课程设计报告设计题目:高频正弦信号发生器 2015年 1月 6 日

目录 一、设计任务与要求 (1) 二、设计方案 (1) 2.1电感反馈式三端振荡器 (2) 2.2电容反馈式三端振荡器 (2) 2.3克拉波电路振荡器 (6) 三、设计内容 (8) 3.1LC振荡器的基本工作原理 (8) 3.2克拉泼电路原理图 (9) 3.2.1振荡原理 (9) 3.3克拉泼振荡器仿真 (10) 3.4.1软件简介 (10) 3.4.2进行仿真 (10) 3.4.3电容参数改变对波形的影响 (11) 四、总结 (17) 五、主要参考文献 (18) 六、附录.................................................................................... .. (18)

一、设计任务与要求 为了熟悉《高频电子线路》课程中所学到的知识,在本课程设计中,我和队友(石鹏涛、甘文鹏)对LC正弦波振荡器进行了分析和研究。通过对几种常见的振荡器(电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器、改进型电容反馈式振荡器)进行分析论证,我们最终选择了克拉泼振荡器。 在本次课程设计中,设计要求产生10~20Mhz的振荡频率。振荡器的种类很多,适用的范围也不相同,但它们的基本原理都是相同的,都由放大器和选频网络组成,都要满足起振,平衡和稳定条件。然后通过所学的高频知识进行初步设计,由于受实践条件的限制,在设计好后,我利用了模拟软件进行了仿真与分析。为了学习Multisim软件的使用,以及锻炼电子仿真的能力,我们选用的仿真软件是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。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。NI Multisim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。 最后我们利用了仿真软件对电路进行了一写的仿真分析,如改变电容的参数,分析对电路产生的影响等,再考虑输出频率和振幅的稳定性,得到了与理论值比较相近的结果,这表明电路的原理设计是比较成功的,本次课程设计也是比较成功的。 二:设计方案 通过学习高频电子线路的相关知识,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)等。通过老师所讲和查阅相关资料可知,克拉泼振荡电路具有该电路频率稳定性非常高,振幅稳定,适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用改进型电容反馈式--克拉泼电路振荡器。 下面对几种振荡器进行分析论证: 2.1电感反馈式三端振荡器

实训报告正弦波振荡器设计multisim

实训报告正弦波振荡器设计multisim

高频电路(实训)报告 项目:正弦波振荡器仿真设计班级:级应电2班 姓名:周杰 学号: 14052 2 摘要

自激式振荡器是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、一定频率和一定幅值的交变能量电路。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑,本次课程设计采用电容三点式振荡器,运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值,得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。 关键词:电容三点式;振荡器;multisim;

目录 1、绪论.................................................................................... 错误!未定义书签。 2、方案的确定 ........................................................................ 错误!未定义书签。 3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 ..................... 错误!未定义书签。 3.1 反馈振荡器的原理和分析.............................................. 错误!未定义书签。 3.2. 电容三点式振荡单元 .................................................... 错误!未定义书签。 3.3 电路连接及其参数计算 ................................................. 错误!未定义书签。 4、总体电路设计和仿真分析................................................. 错误!未定义书签。 4.1组建仿真电路................................................................. 错误!未定义书签。 4.2仿真的振荡频率和幅度 ................................................. 错误!未定义书签。 5、参数调整对比/结论........................................................... 错误!未定义书签。附录.......................................................................................... 错误!未定义书签。附录Ⅰ元器件清单 .................................................................. 错误!未定义书签。附录Ⅱ电路总图 ...................................................................... 错误!未定义书签。

高频课设报告(高频正弦波振荡器)

课程设计任务书 学生姓名: XXX 专业班级:电信1102 指导教师:刘运苟工作单位:信息工程学院 题目一:高频正弦波振荡器 初始条件: 具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力;对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解;具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力;能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) 1、采用晶体三极管构成一个多功能正弦波振荡器; 2、额定电源电压5.0V ,电流1~3mA; 输出频率 6 MHz (频率具一定的变化范围); 3、通过双变跳线可构成克拉勃和西勒的串、并联晶体振荡器; 4、有缓冲级,在100欧姆负载下,振荡器输出电压≥ 1 V (D-P); 5、完成课程设计报告(应包含电路图,清单、调试及设计总结)。 时间安排: 二十周一周,其中4天硬件设计与制作,3天调试及答辩。 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

目录 摘要 (1) 1.正弦波振荡器的基本原理 (2) 1.1自激振荡的平衡 (2) 1.2 振荡的建立和振荡条件 (2) 1.3 振荡器的稳定 (3) 2.三点式LC振荡器 (4) 2.1 电容三点式振荡器 (4) 2.2串联改进型电容三点式振荡器(克拉泼电路) (5) 2.3 并联改进型电容三点式振荡器(西勒电路) (6) 3.石英晶体谐振器 (7) 3.1 压电效应及其等效电路 (7) 3.2石英晶体的阻抗特性 (8) 3.3石英晶体振荡器电路 (8) 3.3.1并联型晶振电路 (8) 3.3.2 串联型晶体振荡器 (9) 4.振荡电路的总体设计及其仿真 (10) 4.1 主要原件参数设计 (11) 4.1.2 振荡电路设计部分 (11) 4.1.3 输出级 (13) 4.2 电路的仿真(multisim) (14) 5. 实物制作图 (18) 6.实践总结和心得 (19) 附录1.元件清单 (20) 参考文献 (21)

1KHZ桥式正弦波振荡器电路的设计与制作

目录 摘要 (2) 1.系统基本方案 (2) 1.1 正弦波振荡电路的选择与论证 (2) 1.2. 运算放大器的选择 (3) 1.3最终的方案选择 (3) 2.正弦波发生器的工作原理 (3) 2.1正弦波振荡电路的组成 (3) 2.1.1 RC选频网络 (3) 2.1.2放大电路 (6) 2.1.3正反馈网络 (6) 2.2产生正弦波振荡的条件 (6) 2.3.判断电路是否可能产生正弦波的方法和步骤 (7) 3.系统仿真 (7) 4.结论 (8) 参考文献: (11) 附录 (13)

1KHZ 桥式正弦波震荡器电路的设计与制作 摘要 本设计的主要电路采用文氏电桥振荡电路。如图1-1文氏桥振荡电路由放大电路和选频网络两部分组成,施加正反馈就产生振荡,振荡频率由RC 网络的频 率特性决定。它的起振条件为: ,振荡频率为: 。运算放大 器选用LM741CN,采用非线性元件(如温度系数为负的热敏电阻或JFET )来自动调节反馈的强弱以维持输出电压的恒定,进而达到自动稳幅的目的,这样便可以保证输出幅度为2Vp-p ;而频率范围的确定是根据式RC f π21 0= 以及题目给出的频 率范围来确定电阻R 或电容C 的值,进而使其满足题目的要求。 关键词:文氏电桥、振荡频率、LM741CN 1.系统基本方案 1.1 正弦波振荡电路的选择与论证 本设计选用文氏电桥振荡电路。

图1 RC 桥式振荡电路 这种电路的特点是:它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成,施加正反馈就产生振荡。振荡频率由RC 网络的频率特性决定。它的起振条件为: 12R R f > 。它的振荡频率为:RC f π21 0= 。 1.2. 运算放大器的选择 考虑到综合性能和题目要求的关系这里我们选用LM741CN 作为运算放大。 1.3最终的方案选择 文氏电桥振荡电路适用的频率范围为几赫兹到几千赫兹,可调范围宽,电路简单易调整,同时波形失真系数为千分之几。很适合我们题目的要求。故采用文氏电桥振荡电路. RC 文氏电桥振荡电路是以RC 选频网络为负载的振荡器. 这个电路由两部分组成,即放大电路和选频网络。放大电路由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路,取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。而选频网络则由Z1、Z2组成,同时兼做正反馈网络。 2正弦波发生器的工作原理 2.1正弦波振荡电路的组成 放大电路 选频网络 正反馈网络 2.1.1 RC 选频网络

高频电容三点式正弦波振荡器课程设计报告

目录 摘要........................................................... I 1 绪论 (1) 2.1 反馈振荡器的原理 (2) 2.1.1 原理分析 (2) 2.1.2 平衡条件 (3) 2.1.3 起振条件 (3) 2.1.4 稳定条件 (4) 2.2 电容三点式振荡器 (4) 3 设计思路及方案 (6) 3.1 总体思路 (6) 3.2 设计原理 (6) 3.3 单元设计 (7) 3.3.1 电容三点式振荡单元 (7) 4 电路仿真与实现 (10) 4.1 基于NI.Multisim.V10.0.1软件的电路仿真 (10) 5 心得体会 (14)

摘要 在社会信息化程度越来越高的背景下,通讯工具在我们的生活中扮演了越来越重要的角色。 高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或高频标准信号,以便测试各种电子设备和电路的电气特性。高频信号发生器主要是产生高频正弦振荡波,故电路主要是由高频振荡电路构成。振荡器的功能是产生标准的信号源,广泛应用于各类电子设备中。所以,振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。 本次课设要求制作高频电容三点式正选拨振荡器,采用晶体三极管或集成电路,场效应管构成正弦波振荡器,达到任务书所要求的目标。并介绍了设计步骤,比较了各种设计方法的优缺点,总结了不同振荡器的性能特征。使用实验要求的电源和频率计进行验证,实现了设计目标。 关键字:通信高频信号电容正弦波振荡器

1 绪论 在社会信息化程度越来越高的背景下,通讯工具在我们的生活中扮演了越来越重要的角色。 振荡器简单地说就是一个频率源,一般用在锁相环中能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”,其涵义就暗指交流,振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的转化,这样的装置就可以称为“振荡器”。 一个振荡器必须包括三部分:放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的,只有这样才能使震荡维持下去。选频网络则只允许某特定频率能通过,使振荡器产生单一频率的输出。 电容三点式振荡器(也叫考毕兹振荡器):自激振荡器的一种。图1.1中的L、C1、C2组成谐振回路,作为晶体管放大器的负载阻抗。反馈信号从电容器C2两端取得,送回放大器的基极b上,而且也是将LC回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连,故将这种电路成为电容三点式振荡器。由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。 这种电路的优点是输出波形好、振荡频率可达100兆赫以上。缺点是调节频率时需同时调CC1、CC2不方便。适宜于作固定的振荡器。 图1.1 电容三点式振荡器

高频电容三点式正弦波振荡器课程设计报告

课程设计任务书 学生姓名:***专业班级:电子 指导教师:吴皓莹工作单位:信息工程学院 题目:高频电容三点式正弦波振荡器 初始条件: 具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力;对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解;具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力;能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。 要求完成的主要任务: 1.采用晶体三极管或集成电路,场效应管构成一个正弦波振荡器; 2.额定电源电压5.0V ,电流1~3mA; 输出中心频率 6 MHz (具一定的变化范围); 3.通过跳线可构成发射极接地、基极接地及集电极接地振荡器; 4.有缓冲级,在100欧姆负载下,振荡器输出电压≥ 1 V (D-P); 5.完成课程设计报告(应包含电路图,清单、调试及设计总结)。 时间安排: 1.2011年6月3日分班集中,布置课程设计任务、选题;讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求;课设答疑事项。 2.2011年6月4日至2011年6月9日完成资料查阅、设计、制作与调试;完成课程设计报告撰写。 3. 2011年6月10日提交课程设计报告,进行课程设计验收和答辩。 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

目录 摘要............................................................................................................. 错误!未定义书签。Abstract ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 1 绪论............................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1 反馈振荡器的原理........................................................................... 错误!未定义书签。 2.1.1 原理分析................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.2 平衡条件................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.3 起振条件................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.4 稳定条件................................................................................. 错误!未定义书签。 2.2 电容三点式振荡器........................................................................... 错误!未定义书签。 3 设计思路及方案......................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1 总体思路........................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2 设计原理........................................................................................... 错误!未定义书签。 3.3 单元设计........................................................................................... 错误!未定义书签。 3.3.1 电容三点式振荡单元............................................................. 错误!未定义书签。 3.3.2 输出缓冲级单元..................................................................... 错误!未定义书签。 4 电路仿真与实现......................................................................................... 错误!未定义书签。 4.1 基于................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2 硬件调试........................................................................................... 错误!未定义书签。 5 心得体会..................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献......................................................................................................... 错误!未定义书签。附录Ⅰ总电路图......................................................................................... 错误!未定义书签。附录Ⅱ元件清单......................................................................................... 错误!未定义书签。

高频课程设计 (LC正弦波振荡器)

高频电子线路课程设计报告设计题目:LC正弦波振荡器 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 教师评分

目录 一、设计任务与要求 (1) 二、总体方案 (1) 三、设计内容 (4) 3.1 LC振荡电路工作原理 (4) 3.1.1构成振荡器的条件 (4) 3.1.2 由正反馈的观点来决定振荡的条件 (4) 3.1.3 振荡器平衡和稳定条件 (5) 3.1.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准 (6) 3.1.5 西勒电路工作原理 (7) 3.2仿真结果与分析 (7) 3.2.1各种条件下仿真波形图 (7) 3.2.2 参数计算 (10) 四、电路制作和调试 (11) 4.1 元器件清单及参数 (11)

五、总结 (12) 六、主要参考文 (13)

LC 正弦波振荡器的设计 一、 设计任务与要求: 通过LC 正弦波振荡器的设计进一步巩固高频电子线路的相关知识,并在设计制作的过程中运用并熟悉multisim10电子仿真软件,在实践的过程中培养我们发现问题,并利用所学知识或利用一切可以利用的资源解决问题的能力,掌握振荡器的工作原理知识,设计一个LC 正弦波振荡器,要求该电路输出稳定的正弦波信号,输出频率可调范围为10M~~20MHZ 。 二、 总体设计方案: LC 振荡电路采用三端式振荡,其中包括电感反馈式哈特莱振荡器、电容反馈式克拉泼振荡器、改进型电容反馈式西勒振荡器。 方案一:电感反馈式三端振荡器——哈特莱振荡器 哈特莱振荡器其振荡频率为f= LC 21,式中L=1L +2L +2M 。 优点:由于L 1与L 2之间有互感存在,所以比较容易起振。其次是改变回路电容来调整频率时,基本上不影响电路的反馈系数,比较方便。 主要缺点:与电容反馈振荡电路相比,其振荡波形不够好。这是因为反馈支路为感性支路,对高次谐波成高阻抗,故对于LC 回路中高次谐波反馈较强,波 V CC (a ) 原理电路 (b ) 交流等效电路

高频正弦波振荡器地设计

农林大学学院 课程设计报告 课程名称:数字信号处理课程设计 课程设计题目:高频正弦波振荡器设计与仿真姓名: 系:计算机系 专业:电子信息工程 年级: 学号: 指导教师: 职称: 2015年12月30日

高频正弦波振荡器的设计 目录 目录 (1) 摘要: (2) 一、设计要求 (3) 二、总体方案设计 (3) 三、工作原理说明 (3) 1、振荡器概念 (3) 2、静态工作点的确定 (4) 3、振荡器的起振检查 (4) 4、高频功率放大器 (5) 5、电路设计原理框图如图1所示。 (5) 四、电路设计 (6) 1、正弦波振荡器的设计 (6) 2、高频功率放大器的设计 (9) 五、性能的测试 (11) 1振荡器振荡频率为2MHz (11) 2振荡器振荡频率为4MHz (11) 3高频功率放大器电路 (12) 4输出功率 (13) 六、结论、性价比 (13) 七、课设体会及合理化建议 (14) 八、参考文献 (14)

摘要: 本次课程设计通过对课本知识的运用,简单介绍了高频正弦波振荡器的设计方法,主要应用LC振荡电路产生正弦波,再经高频功率放大器进行功率放大,并用仿真软件进行仿真,以及对其性能进行测试,经过反复的调试最终得到满足课题要求的电路。 关键词:正弦波;振荡器;高频功率放大器。

一、设计要求 设计要求: 1. 选择合适的高频正弦波振荡器形式; 2. 从理论上分析振荡器的各个参数及起振条件; 3. 设计高频振荡器,选取电路各元件参数,使其满足起振条件及振幅条件。 主要技术指标:电源电压12V,工作频率2M-4MHz,输出电压1V,频率稳定度较高。 二、总体方案设计 该课程设计主要涉及了振荡器的相关容还有高频功率放大器的容,正弦波振荡器非常具有实用价值,通过该课题的研究,可以加深对振荡器以及丙类高频功率放大器的了解。 三、工作原理说明 1、振荡器概念 振荡器主要分为RC,LC振荡器和晶体振荡器。其中电容器和电感器组成的LC回路,通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。要维持振荡还要有具有正反馈的放大电路,LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器,现在很多应用石英晶体的石英晶体振荡器,还有用集成运放组成的LC振荡器。 振荡器的作用主要是将直流电变交流电.它有很多用途.在无线电广播和通信设备中产生电磁波.在微机中产生时钟信号.在稳压电路中产生高频交流电.。 题目要求产生高频正弦波,所以选用电容三点式电路,进一步考虑从而选用并联改进型电容三点式振荡器(西勒电路),因为它具有输出波形不易失

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