1、課程設計任務書學生姓名： * 專業班級： * 指導教師： 鐘毅 工作單位： 信息工程學院 題 目：高頻改進型電容三點式正弦波振蕩器初始條件：具較扎實的電子電路的理論知識及較強的實踐能力；對電路器件的選型及電路形式的選擇有一定的了解；具備高頻電子電路的基本設計能力及基本調試能力；能夠正確使用實驗儀器進行電路的調試與檢測。要求完成的主要任務：1采用晶體三極管或集成電路，場效應管構成西勒正弦波振蕩器；2額定電源電壓5.0V ，電流13mA; 輸出中心頻率 6 MHz 3頻率具一定的變化范圍4有緩沖級，在100歐姆負載下，振蕩器輸出電壓 1 V (D-P;5完成課程設計報告（應包含電路圖，清單、調試及

2、設計總結）。時間安排：12011年6月3日分班集中，布置課程設計任務、選題；講解課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求；課設答疑事項。22011年6月4日 至2011年6月9日完成資料查閱、設計、制作與調試；完成課程設計報告撰寫。3. 2011年6月10日提交課程設計報告，進行課程設計驗收和答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要 IAbstract II1.1 設計方案論證 11.2西勒振蕩器的參數 32 系統設計方案 32.1三點式振蕩器構成法則 32.2 電路組成及器件選擇 42.3 系統框圖及邏輯功能 53 各部分設計及原理分析 63.1 放大器

3、的設計及分析 63.2 選頻網絡的設計及原理 73.3 緩沖極的設計及原理 84 總原理圖及其仿真和總結 94.1 總原理圖及其分析 94.2 仿真電路 104.3 實驗總結 115 心得體會 12參考文獻 13附錄I 元件清單 14摘要正弦波振蕩器的作用是產生頻率穩定、幅度不變的正弦波輸出。基于頻率穩定度、反饋系數、輸出波形、起振等因素的綜合考慮，本設計采用的是電容三點式振蕩器的兩種改進型振蕩器之一的西勒振蕩器。其具有輸出波形好、工作頻率高、改變電容調節頻率時不影響反饋系數等優點，適用于寬波段、頻率可調的場合。西勒振蕩器由起能量控制作用的放大器、將輸出信號送回到輸入端的正反饋網絡以及決定振蕩

4、頻率的選頻網絡組成。但沒有輸入激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替。當振蕩器接通電源后，即開始有瞬變電流產生，經不斷地對它進行放大、選頻、反饋、再放大等多次循環，最終形成自激振蕩，把輸出信號的一部分再回送到輸入端做輸入信號，從而就會產生一定頻率的正弦波信號輸出。西勒振蕩器廣泛應用于各種電子設備中，特別是在通信系統中起著重要作用。它是無線電發送設備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分；各種電子測試儀器如信號發生器、數字式頻率計等，其核心部分都離不開正弦波振蕩器；并在自動控制裝置和醫療設備等許多技術領域也得到了廣泛的應用。Abstract Sine wave oscillator, whic

5、h generates stable frequency, constant amplitude sine wave output. Based on frequency stability, the feedback factor, the output waveform, from the vibration and other factors into account, this design uses a three-point oscillator capacitor oscillator, one of two Syracuse improved oscillator. The o

6、utput waveform has a good, high frequency, adjust the frequency change does not affect the capacitive feedback factor, etc., suitable for wide-band frequency tunable applications. Syracuse oscillator control action by the energy from the amplifier, the output signal sent back to the input side of th

7、e positive feedback network and to determine frequency of the oscillation frequency of the network of choice. But there is no input stimulus, but by itself, instead of the positive feedback signal. When the oscillator is powered on, that began to transient currents, the continuous zoom it, selected

8、frequency, feedback, and then amplification cycle many times, and ultimately the formation of self-oscillation, as part of the output signal back to the inputs for input signal, which will produce a certain frequency sine wave signal output. Syracuse oscillators are widely used in various electronic

9、 devices, especially in the communication system plays an important role. It is the heart of radio transmission equipment is a major part of the superheterodyne receiver. a variety of electronic test equipment such as signal generators, digital frequency meter, etc., are inseparable from the core pa

10、rt of the sine wave oscillator. and automatic control devices and medical equipment and many other technologies have also been widely used. 1 設計方案選擇不需外加輸入信號，便能自行產生輸出信號的電路稱為振蕩器。按照產生的波形，振蕩器可以分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。按照產生振蕩的工作原理，振蕩器分為反饋式振蕩器和負阻式振蕩器。所謂反饋式振蕩器，就是利用正反饋原理構成的振蕩器，是目前用的最廣泛的一類振蕩器。所謂 負阻式振蕩器， 就是利用正反饋有負阻特性

11、的器件構成的振蕩器， 在這種電路中， 負阻所起的作用，是將振蕩器回路的正阻抵消以維持等幅振蕩。 反饋式振蕩電路，有變壓器反饋式振蕩電路，電感三點式振蕩電路，電容三點式振蕩電路和石英晶體振蕩電路等。 本次設計我們采用的是電容三點式振蕩電路，有與電容三點式振蕩電路有一些缺陷，通過改進，得到了西勒振蕩器。1.1 設計方案論證 回路的總電容C= + + ，可見，回路的總電容主要由C3決定，而極間電容與C1、C2并聯，所以極間電容對總電容的影響就很小；并且C1、C2只是回路的一部分，晶體管以部分接入的形式與回路連接，減弱了晶體管與回路之間的耦合。接入系數為：P= ,C1、C2的取值越大，接入系數P就越大

12、，耦合越弱，因此，克拉潑振蕩器的頻率穩定度得到了提高。振蕩器的震蕩頻率為= 反饋系數的大小為：西勒振蕩器的主要特點，就是與電感L并聯一可變電容C4,.與克拉潑振蕩器一樣，圖中 ，因此晶體管與回路之間耦合較弱，頻率穩定度高。與電感L并聯的可變電容C4是用來改變振蕩器的工作波段，而電容C3是起到微調頻率的作用。1.2西勒振蕩器的參數+ 振蕩器的震蕩頻率為 由于改變頻率主要是通過調整C4完成的，C4的改變并不影響接入系數P，所以波段內輸出幅度較平穩。而改變C4，頻率變化叫明顯，故西勒振蕩器的頻率覆蓋系數較大，可達1.6 基于以上分析，我們決定選用西勒振蕩器。2 系統設計方案2.1三點式振蕩器構成法則

13、三點式振蕩器是有三個電抗元件組成的一種電路，回路的三個電抗元件分別與晶體管的三個極相連，如圖2.1所示：圖2.1 三點式振蕩器原理圖如上圖所示，三點式振蕩器的構成法則是：X1與X2的符號相同，X3的符號則相反。凡是違反這一準則的電路都不能震蕩。2.2 電路組成及器件選擇該西勒振蕩器由放大器電路、選頻網絡和反饋網絡組成，如附加頁1：系統總原理圖，其交流等效電路如圖2.2所示。圖2.2 總原理圖的交流等效電路該電路振幅起振條件：>1 (2-1 該電路相位起振條件：(2-2 振幅平衡條件： A (2-3相位平衡條件：（2-4）放大器電路由晶體三極管V、高頻扼流圈ZL、高頻旁置電容 、集電極旁置

14、電阻R1、基極旁置電阻R2、射極旁置電阻R3組成。放大器可選用如電子管、晶體管等，本設計采用晶體三極管V作為能量控制的放大器。選頻網絡用來決定震蕩頻率，本設計采用LC并聯諧振回路，由C1、C2、C3、L、C4組成，要求C1>>C3，C2>>C4。反饋網絡是將輸出信號送回到輸入端的電容分壓式正反饋網絡，C2和 構成正反饋。2.3 系統框圖及邏輯功能設計出能產生頻率穩定，幅度不變的正弦波振蕩器。振蕩器也是一種能量轉換器，它無需外加輸入信號，本身就能自動的將直流電能轉換成特定頻率、波形、幅度的交變電能輸出。本設計屬于反饋型振蕩器，是在電路中引入正反饋，當正反饋足夠強時，放大器

15、就變成了振蕩器，通過反饋回路中的選頻網絡，得到特定頻率的正弦波。這種法案設計出的正弦波振蕩器電路簡單，在改變C調節頻率是不改變接入系數，頻率可調。其系統框圖如圖2.3所示：圖2.3 系統設計框圖3 各部分設計及原理分析3.1 放大器的設計及分析放大器電路采用的是射極偏置放大電路。其原理圖如圖3.1所示：圖3.1 射極偏置電路該射極偏置電路讓三極管有合適的靜態工作點。 從穩頻的角度出發，應選擇 較高的晶體管，這樣晶體管內部相移相對較小。通常選擇 。同時希望電流放大倍數 大些，這既容易震蕩，也便于減小晶體管和回路之間的耦合。雖然不要求振蕩器中的晶體管輸出多大功率，但考慮到穩頻等因素，晶體管的額定功

16、率也應有足夠的余量。晶體管的靜態偏置點設置在小電流區，電路應采用自偏壓。對于小功率晶體管，集電極靜態電流約為1 4mA。如上圖3.1， , ， ,根據要求三極管工作在小電流區，得到如上的參數。通過調節R6來微調靜態工作點。3.2 選頻網絡的設計及原理西勒振蕩器是對電容三點式振蕩器的改進。設計的電路圖如圖3.2所示：圖3.2 選頻網絡的電路圖電路中通過調節C5來微調震蕩的頻率，調節C6來粗調振蕩頻率。該選頻網絡要求是：C3、C4>>C5，C3、C4>>C6，由于頻率 , + ,故取C3=C4=100pF，于是得到可變電容和電感的值如上圖所示。 3.3 緩沖極的設計及原理由

17、于西勒振蕩器的的輸出阻抗比較大，帶負載的能力不強，所以有必要加一個緩沖級，來提高電路的帶負載能力。緩沖級不具有放大作用，只是原倍數的將信號輸出給下一級。原理圖如圖3.3所示：圖3.3 緩沖級電路圖通過兩個晶體三極管的作用，得到了從C9處輸入的信號的原倍數放大。在100的負載處得到了所需的信號，各部分的參數如上圖所示。4 總原理圖及其仿真和總結4.1 總原理圖及其分析將各部分分立電路有效的連接起來，便得到總原理圖，如圖4.1所示：圖4.1 總原理圖總原理圖中通過電路Q1放大器和選頻網絡組成了西勒振蕩器，得到的信號經過緩沖級的處理后得到了一個原倍數的正弦波加在負載R10上，通過仿真，可以得知 ,滿

18、足設計要求。通過仿真，得到了西勒振蕩器加緩沖級前后的仿真圖。4.2 仿真電路在西勒振蕩器加緩沖級前得仿真電路如圖4.2所示：圖4.2 西勒振蕩器仿真圖如上圖所示，得到了正弦波，說明了電路起振了，并且得到了穩定的波形，但是波形有一定的失真，是由于噪聲，溫度等的影響，在本實驗中可以不加考慮。在西勒振蕩器接緩沖級后，在負載處得到的仿真波形如圖4.3所示：圖4.3 負載處仿真波形通過對仿真波形的觀察，可以得知，在負載處得到了西勒振蕩器的波形，即正弦波，其幅度超過1V。滿足了實驗的要求。4.3 實驗總結在這個設計當中，我學會了振蕩電路中的一些基礎理論知識，在設計電路元件參數的時候首先要考慮電路起振條件和

19、平衡條件，這分別包含振幅條件和相位條件。正反饋網絡是西勒振蕩器設計中的一個重要環節，真反饋使輸出起到與輸入相似的作用是系統偏差不斷增大，是系統震蕩。我還明白了普通電容三點式電路與克拉潑振蕩器以及西勒振蕩器之間的不同和優劣。5 心得體會對于電路的設計過程起初以為改進型電容三點式振蕩器的設計比較煩瑣，有靜態工作點的要求，各電阻、電容值的設計，看起來較復雜。后來通過查資料，才了解到先要計算好各電阻的值，再根據各電容的作用，確定電容的值，畫出電路圖，慢慢變得簡單。同樣，在這次課程設計中也遇到了不少問題，首先電路的設計，查閱了不少資料，電容三點式雖然常見，但是要考慮到滿足任務書的要求，仍費了一番波折；其次是電路的焊接，在焊完元件后檢查了一遍，便開始調試，后來發現焊接過程中有兩處線路焊接錯誤，導致結果沒有出來，而一點一點排查的過程是比較痛苦的。經過這次課程設計，讓我對前面的路有了更多的信心，因為在這個過程中，我學到了不少實用的東西，對于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨立解決問題的能力。雖然這次課程設計中我對電路進行了仿真，進一步熟悉了Multisim軟件的使用，對建立文件、繪制電路圖、對其進行仿真等一系列過程都更加熟練，并且認真的對電路的每一部分進行了修正，但最后出來的波形還是不很穩定。我們在學