1、南華大學電氣工程學院課程設計1、振蕩器介紹振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能轉換為交流電能的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。電子振蕩器產生的是“等幅振蕩”，它的波形可以是正弦波也可以是非正弦波，也可以按其工作原理分為反饋式振蕩器和負阻式振蕩器，反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產生振蕩，變成振蕩器。1.1三點式振蕩器大多數振蕩器都是利用LC回路來產生振蕩的，以LC諧振回路作為選頻網絡的反饋振蕩器統稱為LC振蕩器，它可以用來產生幾十千赫茲到幾百兆赫茲的正弦波信號。LC振蕩器按反饋網絡結構不同，可分為互感耦合和三點式兩大類。三點式振蕩器電路用電容

2、耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點, 是一種廣泛應用的振蕩電路, 其工作頻率可達到幾百兆赫。圖一 三點式振蕩器原理電路 三點式振蕩器原理電路如圖2.1所示。其中，Xbe、Xce和Xbc均為電抗元件。由圖2.1可以看出，Xbe、Xce和Xbc構成了決定振蕩頻率的并聯諧振回路，同時也構成了正反饋所需的反饋網絡。下面就分析在滿足相位平衡條件時，LC回路中三個電抗元件應具有的性質。 假定LC回路由純電抗元件組成，并令回路電流為，由圖2.1可得 為使與反相，必須要求Xbe和Xce為性質相同的電抗元件。另一方面，在不考慮晶體管電抗效應的情況下，振蕩頻率近似等于回路的

3、諧振頻率。那么，在回路處于諧振狀態時，回路呈純阻性，有由上式可見， Xbc必須與Xbe (Xce)為性質相反的電抗元件。綜上所述，三點式振蕩器構成的一般原則可歸納為：Xbe和Xce的電抗性質必須相同，Xbc與Xbe、Xce的電抗性質必須相異。為便于記憶，我們再進一步將三點式振蕩器構成的一般原則簡述為：“射同它異”，即連接于晶體管射極的兩個電抗元件性質必須是相同的，而連接于晶體管基極和集電極的那個電抗元件性質必須是相異的。同樣，對于由場效應管或運算放大器構成三點式振蕩器的一般原則也可簡述為：“源（指源極）同它異”或“同（指同相端）同它異”。如果與發射極相連的兩個電抗元件同為電容時的三點式振蕩器，

4、則稱為電容三點式振蕩器；如果與發射極相連的兩個電抗元件同為電感時的三點式振蕩器，則稱為電感三點式振蕩器。1.1.2互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器有三種形式：調集電路，調基電路和調射電路。這是根據震蕩回路在集電極電路，基集電路和發射極電路來區分的。調集電路在高頻輸出方面比其他兩種電路穩定，而且幅度較大，諧波成分較小。調基電路振蕩頻率在較寬的范圍內改變時，振幅比較平穩。2振蕩器電路工作原理2.1平衡條件振蕩建立起來之后，振蕩幅度會無限制地增長下去嗎？不會的，因為隨著振蕩幅度的增長，放大器的動態范圍就會延伸到非線性區，放大器的增益將隨之下降，振蕩幅度越大，增益下降越多，最后當反饋電壓正好等于原輸入電壓

5、時，振蕩幅度不再增大而進入平衡狀態。由于放大器開環電壓增益和反饋系數的表示式分別為 ， （3-1）且振蕩器進入平衡狀態后，此時根據式（1-1）可得反饋振蕩器的平衡條件為 （3-2）式中，、分別為電壓增益的模和相角；、分別為反饋系數的模和相角。式（1-2）又可分別寫為 （3-3） n=0，1，2， （3-4）式（3-3）和（3-4）分別稱為反饋振蕩器的振幅平衡條件和相位平衡條件。作為一個穩態振蕩，式（3-3）和（3-4）必須同時得到滿足，它們對任何類型反饋振蕩器都是適用的。平衡條件是研究振蕩器的理論基礎，利用振幅平衡條件可以確定振蕩幅度，利用相位平衡條件可以確定振蕩頻率。必須指出，這里的 是指放

6、大器的平均增益。因為振蕩器處于平衡狀態放大器乙不工作在甲類狀態，而工作在非線性的甲乙類、乙類或丙類狀態，所以這時放大器乙不能用小信號甲類狀態的增益來表示了。下面以圖1.2所示變壓器反饋LC振蕩電路為例確定一下平衡條件與放大器、反饋網絡參數間的關系。振蕩器處于平衡狀態時，放大器進入了非線性區。根據折線分析法可知，集電極電流將變成脈沖狀。由圖1.2可得放大器開環電壓平均增益表示式為 （3-5） 式中，為負載諧振回路上的基波電壓，為諧振回路諧振電阻。圖二 變壓器反饋LC振蕩電路由 （3-6）將式（3-6）代入式（3-5），得 （3-7）式中，；為起振時（）小信號線性放大倍數。由式（3-7）可知，當振

7、幅增大進入非線性工作狀態后，通角，故A下降，直到達到平衡狀態。此時，振蕩器的振幅平衡條件又可表示為 （3-8）同時，又由圖（3-1）可知，振蕩器處于平衡狀態時，輸出電壓，即，可得平衡條件的另一表達形式 （3-9）或者寫成如下形式 （3-10） n=0，1，2， （3-11）式中，稱為晶體管的平均正向傳輸導納，為集電極電流基波分量與基波輸入電壓的相位差；稱為諧振回路的基波阻抗，為與之間的相位差；稱為反饋系數，為與之間的相位差。 式（3-10）和（3-11）就是用電路參數表示的振幅平衡條件和相位平衡條件。當振蕩器的頻率較低時，與、與、與都可認為是同相的，也就是說滿足的相位條件。當振蕩器的頻率較高時

8、，總是滯后，即。而也不等于0，即。若要保持相位平衡條件，只有回路工作于失諧狀態以產生一個。這樣振蕩器的實際工作頻率不等于回路的固有諧振頻率，也不呈現為純電阻。2.2 起振條件式（3-2）是維持振蕩的平衡條件，是針對振蕩器進入穩態而言的。為了使振蕩器在接通直流電源后能夠自動起振，則要求反饋電壓在相位上與放大器輸入電壓同相，在幅度上則要求>Ui，即 n=0，1，2， （3-12） （3-13）式中，A0為振蕩器起振時放大器工作于甲類狀態時的電壓放大倍數。式（3-12）和（3-13）分別稱為振蕩器起振的相位條件和振幅條件。由于振蕩器的建立過程是一個瞬態過程，而式（3-12）和（3-13）是在穩

9、態下分析得到的，所以從原則上來說，不能用穩態分析研究一個電路的瞬態過程，因而也就不能用式（3-12）和（3-13）來描述振蕩器從電源接通后的振蕩建立過程，而必須通過列出振蕩器的微分方程來研究。但可利用式（3-12）和（3-13）來推斷振蕩器能否產生自激振蕩。因為在起振的開始階段，振蕩的幅度還很小，電路尚未進入非線性區，振蕩器可以通過線性電路的分析方法來處理。綜上所述，為了確保振蕩器能夠起振，設計的電路參數必須滿足A0F>1的條件。而后，隨著振蕩幅度的不斷增大，A0就向A過渡，直到AF=1時，振蕩達到平衡狀態。顯然，A0F越大于1，振蕩器越容易起振，并且振蕩幅度也較大。但A0F過大，放大管

10、進入非線性區的程度就會加深，那么也就會引起放大管輸出電流波形的嚴重失真。所以當要求輸出波形非線性失真很小時，應使A0F的值稍大于1。3、互感耦合反饋振蕩器電路的仿真3.1 Multisim軟件的介紹本次設計是在Multisim軟件下進行的，Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設計的 EDA 工具軟件，具有很強大的功能，Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好的解決理論教學與實際動手實驗相脫節的這一問題。可以很好、很方便地把學到的理論知識用計算機仿真真實的再現出來。Multisim仿真軟件具有以下特點：直觀的圖形界面，豐富的元器件庫，豐富的測試儀器，強大的

11、仿真能力。Multisim具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態和穩態分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設計人員分析電路的性能。   Multisim 可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數字電路、射頻電路及微機接口電路等；可以對被仿真的電路中的元器件設置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及

12、存儲測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數據等。3.2 反饋振蕩器器仿真的實現利用Multisim仿真軟件實現反饋振蕩器的仿真實驗，仿真電路圖如3.1所示。圖三 反饋振蕩器仿真實驗圖圖四 仿真波形4、總結與體會課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發展的日新日異，高頻技術在的通信應用中越來越廣泛，生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說學習并掌握的開發技術是十分重要的。此次通過對實際電路的分析，結合實際情況，并利用焊接電路作為分析，達到了課程設計的要求。這次課程設計讓我認識到

13、了高頻電子線路在電子方面的是怎么設計與制作的，了解了它在實際中的應用。我學會了振蕩電路的基本內容和基本理論知識。對于電容三點式振蕩器，其優點是輸出波形較好，這是因為集電極和基極電流可通過對諧波為低阻抗的電容支路回到發射極，所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧振分量減小，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中的不穩定電容（分布電容、器件的結電容等）都是與該電路并聯的，因此適當加大回路電容量，就可以減弱不穩定因素對振蕩頻率的影響，從而提高了頻率穩定度。最后，當工作頻率較高時，甚至可以只利用器件的輸入和輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。通過本次設計我更深刻的了解了課本知識，掌握各種電路的測試與計算，熟悉電子仿真的工作原理和具體使用方法，也對振蕩器振蕩頻率、振蕩器幅度等