通信基本电路课程设计

河南理工大学课程设计报告书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目 录一、设计任务与要求.1二、设计方案.12.1电感反馈式三端振荡器.12.2电容反馈式三端振荡器.22.3克拉波电路振荡器.32.4西勒电路振荡器.4三、设计内容.53.1 LC振荡器的基本工作原理 .53.2西勒电路原理图及分析.73.3西勒振荡器仿真.93.4 仿真结果与分析.10四、总结.11五、主要参考文献.12一、 设计任务与要求在本课程设计中，为了更好地学习通信基本电路这门课程，我在这份LC正弦波振荡器的设计中，通过对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的设计、分析，加深了如何把课本上的知识点加以融会贯通的认识。在这份课程设计中，学习使用了Multisim软件，把动手能力跟原理结合起来，感觉收获颇丰。在本课程设计中指标要求如下：1. 设计的LC正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号2.输出频率可调范围为1020MHz。二、 设计方案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）等三种类型。由于互感反馈易于起振，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，振荡频率较高。由此可知，西勒电路具有该电路频率稳定性高，振幅稳定，频率调节方便等优点。所以在本设计中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：2.1 电感反馈式三端振荡器起振条件：，为考虑震荡回路阻抗后的晶体管等效输出导纳，此处为输出回路的谐振阻抗。震荡频率：电感反馈震荡电路的优点：由于和之间有互感M存在，易起振。改变回路电容来调整频率时，不影响电路的反馈系数。主要缺点是：震荡波形不好。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。当工作频率较高时，由于和上的分布电容和晶体管的极间电容均并联于与两端，反馈系数F随频率变化而变化。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。因此在高频波段里，优先选择的是电容反馈振荡器。2.2 电容反馈式三端振荡器电容三点式振荡器又称为考毕兹振荡器，其原理电路如图：反馈系数F的表达式谐振回路的总电容量为、的串联，即振荡频率的近似为与电感三端震荡电路想比，电容三端振荡器的优点是输出波形较好，这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减少，波形更加接近于正弦波。其次，该电路中的不稳定电容（分布电容、器件的结电容等）都是与该电路并联的，因此适当的加大回路电容量，就可以减弱不稳定因素对振荡器的影响，从而提高了频率稳定度。最后，当工作频率较高时，甚至可以只利用器件的输入和输出电容作为回路电容。因而本电路适用于较高的工作频率。这种电路的缺点是:调或来改变震荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在L两端并上一个可变电容器，并令与为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。2.3 克拉波电路振荡器克拉泼电路时一种高稳定度的LC震荡电路，电路图如下： 在前述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C3 C1，C3C4,C6，C2/C3=1/81/2的条件，取C2=680pf，则C3=680pf。3.3 西勒振荡器电路图：3.4 西勒振荡器仿真：3.4.1软件简介Multisim是一个用于电子线路设计与仿真的EDA工具软件，是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。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。Multisim软件特点:1.直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。2.丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库， 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件。3.丰富的测试仪器：数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。4.强大的分析方法：直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析等等。下图为西勒电路振荡器的电路图经过我们仿真可得到：3.4.2仿真结果分析西勒振荡电路，图西勒振荡器的接入系数与克拉泼振荡器的相同，由于改变频率主要通过电容造成，电容的改变不影响接入系数的大。所以，调节起来更为方便。四、 总结本次课程设计，我的题目是LC正弦波振荡器的设计。在张肃文高频电子线路这本书中，我更为喜欢西勒电路震荡器，它是在克拉泼电路上改进的来的电容反馈振荡器，它比前者更具有频率稳定性高，振幅稳定，调频方便等优点。在设计中，我对实现高频震荡器的几种常见电路进行了分析，了解了各种振荡器的优缺点：电感三点式振荡器：调频方便，容易起振，但输出波形不理想。电容三点式振荡器：波形好，但频率稳定性低。克拉泼振荡器：改变振荡频率不影响反馈系数，振荡幅度稳定，但可调范围较小。西勒振荡器：振荡幅度稳定，振荡频率较高，在做变频率振荡器时其波段覆盖系数较大，输出电压幅度比较平稳。在震荡器的设计中，我首先分析了振荡器的工作原理，并画出了西勒电路的原理图与仿真电路图。然后是对电路参数的计算，使其能够达到震荡频率的要求。在设计报告中，振荡电路接通电源后，刚开始并不起振，原因在于振幅平衡条件不满足。经过修改后得出了理想的状态波形。在这份课程设计中，我理解了更多振荡电路中的知识，在设计电路元件参数的时候首先要考虑电路起振条件和平衡条件，尤其是静态工作点的选取更为重要。反馈网络是西勒振荡器设计中的一个重要环节，正反馈使输出起到与输入相似的作用是系统偏差不断增大，是系统震荡。此外我理解普通电容三点式电路与电感三点式的区别在于选取的反馈网络的不同之处。做好一份课程设计需要非常大的耐心，还需要毅力，在设计中应该认真谨慎的对待每一处错误，然后加以改正。五、 主要参考文献张肃文.高频电子线路第四版M.高等教育出版社.9