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辽 宁 工 业 大 学 高频电子线路课程设计（论文） 题目：电感反馈振荡器电路设计 院 (系)： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室：通信教研室 学 号 课程设计（论文）题目 学生姓名 专业班级 电感反馈振荡器电路设计 设计内容： 1．用EWB仿真，设计一个电感反馈振荡器。 2．能够观察输出的振荡波形。 3．测量其谐振频率。 4．分析电路并计算其频率是否与所测的频率相同。 课程设计（论文）任务 设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 指导教师评语及成绩 平时成绩（20%）： 答辩成绩（30%）： 论文成绩（50%）： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 目 录 第1章 电路反馈振荡器设计方案论证 ................................ 1 1.1电路反馈振荡器的应用意义 ............................................ 1 1.2电感反馈振荡器设计的要求及技术指标 .................................. 1 1.3 设计方案论证 ........................................................ 1 1.4 总体设计方案框图及分析 .............................................. 2 第2章 电感反馈振荡器电路设计 .................................... 2 2.1电感反馈振荡器电路设计 .............................................. 2 2.2 电感反馈振荡器电路参数计算 .......................................... 3 2.3电路仿真结果分析 .................................................... 6 2.4电路性能分析 ........................................................ 7 第3章 设计总结 .................................................. 8 参考文献 ......................................................... 9 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 第1章 电路反馈振荡器设计方案论证 1.1电路反馈振荡器的应用意义 振荡器是不需要外信号激励，自身将直流电能转换为交流电能的装置。电感三点式振荡电路是正弦振荡电路中极重要的一种。它能产生各种频率的正弦信号，不但能产生高频，也能产生低频。它在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线电发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，以及各种测量仪器。 1.2电感反馈振荡器设计的要求及技术指标 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 1.3 设计方案论证 电感三点式振荡电路是正弦波振荡电路中极为重要的一种。它由晶体管所构成的放大电路，以及由LC所构成的反馈电路所组成的。其中电感L1与L2组成一个分压器，它们通常绕在一个线圈架上，其间有互感M，其合成的电感量L成为L= L1+ L2+2M。因此，其振荡频率f如下，f12LC，要满足振荡条件，反馈信号的相位必须与信号的相位为一致。假设合成电感量L所发生的电压为e，中间的接点E的左方线圈为L1，右方线圈为L2。此时，L1与L2所发生的电压虽然为同一方向，但是，如果以E点为基准，考虑到L1与L2的电压时，L1所发生的电压相对于所发生的电压e成为逆相。因此，以接点E为基准，电压Vbe与Vce为逆相，也即是相位相差180°。而Vbe为晶体管放大器的输入信号，与输出信号Vce相位差l80°。结果，相位差合计为360°，使反馈信号成为同相，达到产生振荡的条件。 1 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 1.4 总体设计方案框图及分析 图1-1总体方框图 晶体管放大电路 LC振荡回路 信号输出 第2章 电感反馈振荡器电路设计 2.1电感反馈振荡器电路设计 任何一种反馈式振荡器，至少应包括以下三个组成部分: 2 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 1. 放大电路。自激振荡器不但要对外输出功率，而且还要通过反馈网络，供给自身的输入激励信号功率。因此，必须有功率增益。当然，能量的来源与放大器一样，是由直流电源供给的。 2. 反馈、选频网络。自激振荡器必须工作在某一固定的频率上。一般在放大器的输出端接有一个决定频率的网络，即只有在指定的频率上，通过输出网络及反馈网络，才有闭环3600相移的正反馈，其它频率不满足正反馈的条件。 3. 稳幅环节。自激振荡器必须能自行起振，即在接通电源后，振荡器能从最初的暂态过度到最后的稳态，并保持一定幅度的波形。 总体电路图如下： 图2-1总体电路图 2.2 电感反馈振荡器电路参数计算 在考虑互感M的情况下， 振荡频率： fo12(L1L22M)*C 3 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 代入数值 fo12LC5000Hz； 因此To在忽略互感M的情况下， 反馈系数： F 10.2ms； foL20.0240.024； L11起振条件： hhhfeie'oeL1M1； L2Mhfe 其中，hoe为考虑振荡回路阻抗后的晶体管等效输出导纳，hoehoe输出回路的谐振阻抗。 接入系数： ''1R'p；此处Rp为'pceL1; L1L2F1 振荡的平衡条件: A上式称为振荡器的平衡条件，表明振荡电路形成稳定输出后，放大电路的放大倍数和反馈网络的反馈系数的乘积等于1。它包含两层意思，其一，上式两边的模应该相等，即 F1 表明平衡时反馈系数和放大倍数幅值的乘积应等于1，这一式子称为幅值平衡A条件。两边相位也应该相等，因此放大倍数的相位A（即放大电路输出电压与输入电压之间的相位差）和反馈系数相位F（即反馈电压与放大电路输出电压之间的相位差）之和应等于2π的整数倍，即：AF2n（n为正整数）。 振荡的稳定条件： 1. 振幅稳定条件： 在实际振荡电路中，不可避免地存在各种电的扰动，如电源电压、温度等外界因素的变化引起三极管和回路参数变化等。当振荡器达到平衡状态后，上述原因均可能破坏 4 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 平衡条件，使电路频率发生变化或自激、停振等。 如图2-2所示为电压增益Au～Ube曲线图。图中UbeAu为放大器电压增益，1/1/FuFu为反馈系数的倒数。由于反馈系数与输入电压的直线。 当Ube的大小无关，因此在图中为一平行于横座标较小时，随着Ube的增大，Au逐渐增大，这时晶体管工作在甲类状态；达到最大值后，Au又将随Ube的增大而减小，此时晶体管工作在甲乙类状态。Au曲线与1/Fu直线有两个交点，Q'和Q点。在两个交点处，AuFu1，都是平衡点。在Q'点，若Ube增大，Au增大，AuFu＞1，振荡越来越强。反之，若Ube减小，Au减小，AuFu＜1，振荡减弱。因此，Q'是不稳定平衡点。在Q点，若Ube增大，Au减小，AuFu＜1，于是振荡振幅减弱，又回到Q点；若Ube减小，Au增大，这时AuFu＞1，于是振荡振幅自动增大，又回到Q点。因此，Q点是稳定平衡点。所以振幅稳定条件是：在稳定平衡点附近，随着Ube的增加，Au减小。或者说，Au对Ube的斜率是一负值。从以上分析可见，起振时Ube应大于Q'点对应的横轴，这样才能起振，并将平衡点建立在稳定的Q点。 图2-2 振幅稳定条件 2. 相位稳定条件： 由于电路中的扰动，暂时破坏了相位平衡条件，即 2n，使振荡频率发生变化，当扰动离去后，振荡频率还能否回到原来的稳定频率点。 如图2-3所示为两种相频特性曲线，先研究图2-3（a）的曲线。设原来的振荡频率为f01，由于外界干扰引入h时，频率提高到f02，频率的变化量为f0。此频率变量，通过其负载的相频特性，引起的相位变量为。由此可见，相移变化的趋势将加剧， 5 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 而不是减弱，这势必引起振荡的相位平衡被破坏，因此不是稳定平衡。而对于图2-3（b）曲线。频率的变化量f0，通过负载的相频特性，引起的相位变量为。它与h符号相反，可以互相补偿，如果补偿的结果使h+（）= 0时，达到了新的平衡点，即频率稳定在新的振荡频率f02处。因此，当相频特性的形状如图2-3（b）所示时，受到扰动后振荡将在原来的平衡点附近重新达到平衡。 相位稳定平衡的条件是：随着频率的提高，相位减小。或者说，相频特性的斜率是负值。 电路仿真实现 (a) (b) 图2-3 相位稳定条件 (a）不稳定平衡 （b）稳定平衡 2.3电路仿真结果分析 图2-4 电路仿真结果 6 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 在仿真过程中可以发现，当不满足电感三点式电路的起振条件时，电路不起振，幅值均呈一条直线；当起振条件满足后，电路起振，幅值基本呈正弦变化，从形成振荡的过程可知，电路在起振之初为小信号工作状态，随着振荡的不断增长，将进入大信号工作状态。由于晶体管特性曲线的非线性，使其集电极电流逐渐减小，此时的平均电流为起振后的直流电流，它必大于静态时的工作点电流，主要根据起振前后，发射极直流电压是否变化。若发射极电压大于静态时的电压，表明电路已发生振荡。 由图可以计算得到，振荡器产生信号的实际周期T=0.15ms，即频率fo=6667Hz；分析可知实际频率与计算所得频率有误差，这应该是由于计算时忽略了互感M，使得计算频率偏高所引起的； 2.4电路性能分析 电感反馈振荡电路的优点是：由于L1与L2之间有互感存在，而且L1、L2之间偶合很紧，并且正反馈较强，所以容易起振。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。这种电路的主要缺点是：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，对高次谐波呈现高阻抗，故对于LC回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大。其次是当工作频率较高时，由于L1和L2上的分布电容和晶体管的极间电容均并联于L1与L2两端，这样，反馈系数F随频率变化而改变。工作频率愈高，分布参数的影响也愈严重，甚至可能使F减小到满足不了起振条件。因此，这种电路尽管它的工作频率也能达到甚高频波段，但是在甚高频波段里，优先选用的还是电容反馈振荡器。 7 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 第3章 设计总结 通过本次电子课程设计,使我对电子这门学科有了更深层次的认识并且使自己对电子这一学科产生了浓厚的兴趣,在整个课程设计的过程中,通过图书馆阅览室，借书处和上网查资料，都使自己对电子这一学科的知识得到了扩展，也发散了自己的思维。 在完成这个设计之后，我又重新将自己的设计仔细思考了一番，不会的地方和可以向老师和同学请教。在开始进行设计的时候，我基本上都是参照书本或者网上的例子进行。这样就可以为自己的设计方案定好位，树立一个榜样，可以让我熟悉软件的操作环境，了解设计方法和步骤，更加深刻理解基本概念及对本次课设的总体思路都有所了解和掌握。等到自己设计的时候，可能会在设计中碰到更多的问题，这就要求我要更多的去查资料，争取尽快的解决问题同时这样也能让我学到更多的知识，而且在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考，对自己的信心和毅力都是一种考验。 我想我们不论在学任何一门课程的过程中，都应当有一种勇于探索和不断创新的精神，同时毅力也是最好的催化剂。在这次课程设计的过程中使我学会了绘图软件的使用， 8 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计（论 文） 如Protel、EWB等，因为这几个软件有它们很大的优势，在学习使用过程中我也深有体会，特别是EWB，功能很强大，基本上能满足我在设计中的任何要求，为我在画电路图时提供了很大的方便。还有设计时所采用的公式，我可以利用Microsoft Word来对公式进行设计和编辑。 这次课程设计历时一个星期多左右，通过这一个多星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，理论知识还不够扎实。 对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。 参考文献 [1] 张肃文．高频电子线路．北京：高等教育出版社，2004.8． [2] 曾兴雯、刘乃安、陈建．高频电路原理与分析．西安：线电子科技大学出版社，2007.9． [3] 高吉祥．高频电子线路．北京：电子工业出版社，2005.7． [4] 刘骋．高频电子技术．北京：人民邮电出版社，2006.5． [5] 满家汉，赵坤，叶青, LC振荡器的设计要点, 《半导体学报》ISTICEIPKU-2006年. 9 本文来源：https://www.dywdw.cn/6f9e7133ab114431b90d6c85ec3a87c240288aed.html
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2022-10-03
