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目录TOC\o1-3\p\h\z\u摘要I1绪论12正弦波振荡器
22.1反馈振荡器产生振荡的原因及其工作原理
22.2平衡条件
32.3起振条件
32.4稳定条件43电感三点式振荡器
53.1三点式振荡器的组成原则
53.2电感三点式振荡器
53.3振荡器设计的模块分析64仿真与制作
104.1仿真.
11.0的软件作为电路设计的仿真软件,电容电感以及其他电子器件构成的高频电感三点式正弦波振荡器电路中采用了晶体三极管作为电路的放大器,电路的额定电源电压为
5.0V,电流为1~3__,电路可输出输出频率为8MHz(该频率具有较大的变化范围)关键词高频、电感、振荡器1绪论在现代社会中,信息传递的作用日益变的重要这就要求我们改进信息传递的方式,从而使信息的传递更加迅速,更加准确,更加安全无线电通信的发展,信息加密技术的改进……这些为迅速准确的通信带来了便利毋庸置疑,无线电技术带来了信息交流方面的一次伟大变革在本课程设计中,着眼于无线电通信的基础电路——LC正弦振荡器的分析和研究通过对电感反馈式三端振荡器的分析、讨论以求得到一些对实际应用电路有帮助的结论在课程设计中,使用的仿真软件为multisim
11.0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能够让使用者全面的收集电路的相关数据,进而有助于对电路进行改进常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频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元件的不同,正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型其中LC振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波正反馈放大器既可以由晶体管、场效应管等分立器件组成,也可以由集成电路组成LC振荡器中除了有互感耦合反馈型振荡器之外,其最基本的就是三端式(又称三点式)的振荡器而三点式的振荡器中又有电容三点式振荡器和电感三点式振荡器这两种基本类型本文所要介绍的正是电感三点式振荡器2正弦波振荡器振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡__能量的转换电路与放大器的区别无需外加激励__,就能产生具有一定频率、波形和振幅的交流__由晶体管等有源器件和具有某种选频能力的无源网络组成正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈,当正反馈足够大时,放大器产生振荡,变成振荡器所谓产生振荡是指这时放大器不需要外加激励__,而是由本身的正反馈__来代替外加激励__的作用负阻式振荡器则是将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路相接,产生振荡
2.1反馈振荡器产生振荡的原因及其工作原理反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正弦振荡的电路这种电路由两部分组成,一是放大电路,二是反馈网络图
2.1所示为反馈振荡器构成方框图及相应电路由图可知,当开关S在1的位置,放大器的输入端外加一定频率和幅度的正弦波__,这一__经放大器放大后,在输出端产生输出__,若经反馈网络并在反馈网络输出端得到的反馈__与不仅大小相等,而且相位也相同,即实现了正反馈若此时除去外加__,将开关由1端转接到2端,使放大器和反馈网络构成一个闭环系统,那么,在没有外加__的情况下,输出端仍可维持一定幅度的电压输出,从而实现了自激振荡的目的图
2.1反馈振荡器的结构网络图为了使振荡器的输出为一个固定频率的正弦波,图
2.1所示的闭合环路内必须含有选频网络,使得只有选频网络中心频率的__满足与相同的条件而产生自激振荡,对其他频率的__不满足与相同的条件而不产生振荡选频网络可与放大器相结合构成选频放大器,也可与选频网络相结合构成选频反馈网络
2.2平衡条件振荡器的平衡条件即为也可以表示为即为振幅平衡条件和相位平衡条件平衡状态下,电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量,平衡时输出幅度将不在变化振幅平衡条件决定了振荡器输出__振幅的大小;环路只有在某一特定的频率上才能满足相位平衡条件相位平衡条件决定了振荡器输出__频率的大小
2.3起振条件振荡器在实际应用时不应有外加__,而应是一加上电后即产生输出;振荡的最初来源是振荡器在接通电源时不可避免地存在的电冲击及各种热噪声振荡开始时激励__很弱,为使振荡过程中输出幅度不断增加,应使反馈回来的__比输入到放大器的__大,即振荡开始时应为增幅振荡由可知,称为自激振荡的起振条件,也可写为分别称为起振的振幅条件和相位条件,其中起振的相位条件即为正反馈条件
[2]
2.4稳定条件振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件1振幅稳定条件要使振幅稳定,振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力具体来说,就是在平衡点附近,当不稳定因素使振幅增大时,环路增益将减小,从而使振幅减小2相位稳定条件振荡器的相位平衡条件是φT(ω0)=2nπ在振荡器工作时某些不稳定因素可能破坏这__衡条件如电源电压的波动或工作点的变化可能使晶体管内部电容参数发生变化从而造成相位的变化产生一个偏移量Δφ由于瞬时角频率是瞬时相位的导数所以瞬时角频率也将随着发生变化为了保证相位稳定要求振荡器的相频特性φT(ω)在振荡频率点应具有阻止相位变化的能力具体来说在平衡点ω=ω0附近当不稳定因素使瞬时角频率ω增大时相频特性φT(ω0)应产生一个-Δφ从而产生一个-Δω使瞬时角频率ω减小
[3]3电感三点式振荡器
3.1三点式振荡器的组成原则基本电路就是通常所说的三端式又称三点式的振荡器,即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路,如图
3.1所示X
1、X
2、X3三个电抗元件构成了决定振荡频率的并联谐振回路,同时也构成了正反馈所需的反馈网络根据谐振回路的性质,谐振时回路应呈纯电阻性,因而有三个电抗元件不能同时为感抗或容抗,必须由两种不同性质的电抗元件组成三端式振荡器能否振荡的原则
(1)X1和X2的电抗性质相同;
(2)X3与X
1、X2的电抗性质相反即射同余异,源同余异
3.2电感三点式振荡器X1和X2为感性,X3为容性,满足三端式振荡器的组成原则,反馈网络是由电感元件完成的,称为电感反馈振荡器,也称为哈特莱Hartley振荡器图
3.2是两种基本的三端式振荡器a电容反馈振荡器;b电感反馈振荡器上图是电感反馈振荡器电路的a实际电路;b交流等效电路;c高频等效电路电感反馈振荡器中,电感通常是绕在同一带磁芯的骨架上,它们之间存在互感,用M表示同电容反馈振荡器的分析一样,振荡器的振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示,即式中的L为回路的总电感,由相位平衡条件分析,振荡器的振荡频率表达式为式中的g’L与电容反馈振荡器相同,表示除晶体管以外的电路中所有电导折算到__两端后的总电导振荡频率近似用回路的谐振频率表示时其偏差较小,而且线圈耦合越紧,偏差越小
[4]电感反馈式三端振荡器优点1容易起振2调整频率方便,变电容而不影响反馈系数缺点1振荡波形不够好,高次谐波反馈较强,波形失真较大2不适于很高频率工作
3.3振荡器设计的模块分析如图所示即为设计的第一个模块,也是此次设计的主要模块——振荡电路模块图振荡电路模块原理图与前面的对振荡器电路的分析一样,图
3.2中的R
1、R2和R3均为电路的偏置电阻,C
1、C2分别为旁路电容和隔直流电容,而C
1、L1和L2的连接方式也符合电感三点式振荡器的原则,因此整个电路就构成了设计所需要的振荡电路由振荡器的原理可以看出,振荡器实际上是一个具有反馈的非线性系统,精确计算是很困难的,而且也是不必要的因此,振荡器的设计通常是进行一些设计考虑和近似估算,选择合理的线路和工作点,确定元件的参数值,而工作状态和元件的准确数值需要在调试中最后确定设计时一般都要考虑一下一些问题晶体管的选择从稳频的角度出发,应选择较高的晶体管,这样的晶体管内部相移较小通常选择3~10同时希望电流放大系数大些,这既容易振荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合算然不要求振荡器中的晶体管输出多大的功率,但考虑到稳频等因素,晶体管的额定功率也应有足够的余量因此,在本次设计中将会选取2N2222作为振荡电路的三极管该三极管的集电极电流最大值为800__,在25℃时其功率可达到
0.5W,最大集电极电压可达30V,足够满足此次设计的各方面要求2.直流馈电线路的选择为保证振荡器起振的振幅条件,起振工作点应设置在线性放大区;从稳频出发,稳定状态应该在截至区,而不应在饱和区,否则回路的有载品质因数将降低所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自偏压对于小功率晶体管,集电极电流约为1~4__3振荡回路元件的选择(式中L=L1+L2+2MM为L1和L2之间的互感)以及反馈系数的要求,按照图
3.2中所示选取L1=
2.2uHL2=
0.5uH应该能够满足设计的要求
3.4射极跟随器模块分析相对前面介绍的振荡电路模块而言,射极跟随器模块就显得非常简单了,它是有一个反馈电阻和一个晶体三极管共同组成,如图所示三极管在电路中基本上不会对输入的__产生太大的影响,也不会对电路输出的振荡__起多大的放大作用,其主要功能就是构成射极跟随器,提高电路的带负载能力图射极跟随器模块原理图4仿真与制作
4.1仿真在课程设计中,使用的仿真软件为multisi__.0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能够让使用者全面的收集电路的相关数据,进而有助于对电路进行改进仿真电路如图取电感L1,L2的值为
0.33UH
0.1UH只要开环增益A1即可起振若使振荡频率f=8MHz,有公式ω=1/得,此时电感C=800PF为保证三极管能够正常放大,要合理设置静态偏置,取R1=10kΩ,R2=100kΩ,Vb=R2/(R1+R2)Ve=Vb-
0.7Ve=5VVeVbVc发射级正偏,集电极反偏,三极管处于放大区为了防止高频__干扰直流电源,故接一滤波电容C5以消除影响由于频率较高,如果在输出端直接接示波器,由于示波器电容的影响,振荡回路频率将发生变化为了减少示波器对振荡回路的影响,故加入射级跟随器旁路电容C
4、C6均取
0.1uf,起到隔直通交的作用仿真示波器显示如图
4.2分析调试由仿真波形可见,电感电感三点式振荡器存在一定的失真,这是由其本身的缺点造成的由于晶体管存在极间电容,对电感反馈振荡器,极间电容与回路电感并联,在频率高时极间电容影响大,有可能使电抗的性质改变,电感反馈振荡器的工作频率不能过高;电容反馈振荡器,其极间电容与回路电容并联,不存在电抗性质改变的问题,工作频率可以较高振荡器在稳定振荡时,晶体管工作在非线性状态,在回路中除有基波电压外还存在少量谐波电压(其大小与回路Q值有关)对电容反馈振荡器,由于反馈是由电容产生的,所以高次谐波在电容上产生的反馈压降较小;而对电感反馈振荡器,反馈是由电感产生的,所以高次谐波在电感上产生的反馈压降较大,因此电容反馈振荡器的输出波形比电感反馈振荡器的输出波形要好
[5]改变电容能够调整振荡器的工作频率电容反馈振荡器在改变频率时,反馈系数也将改变,会影响振荡器的振幅起振条件,故电容反馈振荡器一般工作在固定频率;电感反馈振荡器在改变频率时,并不影响反馈系数,工作频带较电容反馈振荡器的宽但电感反馈振荡器的工作频带不会很宽,因为改变频率将改变回路的谐振阻抗,可能使振荡器停振5AM广播接收机的制作
(一)设计流程图图
3.7AM广播接收机设计流程图
(二)电路原理图
1、电路原理图图
3.8HX108-2七管半导体收音机电原理图
2、HX108-2装配图图
3.9HX108-2七管半导体收音机装配图
(三)工作原理超外差收音机的主要工作特点采用了“变频”措施输入回路从天线接收到的__中选出某电台的__后,送入变频级,将高频已调制__的载频降低成一个固定的中频对各电台__均相同,然后经中频放大、检波、低放等一系列处理,最后推动扬声器发出声音HX108-2AM收音机的原理图由输入回路、变频级、中放级、检波级、前置低频放大级和功率放大级组成,其中V8,V9,IN4148组成
1.3V±
0.1V稳压,固定变频级,一中放级、二中放级、低放级的基极电压,稳定各级工作电流,以保持灵敏度V4三极管的PN结用做检波R1,R4,R6,R1o分别为V1V2V3V5的工作点调整电阻,R11为V6,V7;功放级的工作点调整电阻,R8为中放的A__电阻,B3,B4,B5为中周内置谐振电容,既是放大器的交流负载又是中频选频器该机的灵敏度,选择性等指标靠中频放大器保证B6,B7为音频变压器,起交流负载及阻抗匹配的作用
1、输入回路输入回路也称为调谐回路,它由磁棒天线、调谐线圈和C1-A组成磁棒具有聚集无线电波的作用,并在变压器B1的初级产生感应电动势,同时也是变压器B1的铁心调谐线圈与调谐电容C1-A组成并联谐振电路,通过调节C1-A,使并联谐振回路的谐振频率与欲接收电台的__频率相同这时,该电台的__将在并联谐振回路中发生谐振,使B1,初级两端产生的感生电动势最强,经B1耦合,将选择出的电台__送入变频级电路由于其他电台的__及干扰__的频率不等于并联谐振回路的谐振频率,因而在Bt初级两端产生的感应电动势极弱,可被抑制掉,从而达到选择电台的作用对调谐回路要求效率高、选择性适当、波段覆盖系数适当,在波段覆盖范围内电压传输系数均匀
2、变频级变频级由V1管承担,它的作用是把接收到的已调高频__与本机振荡__进行变频放大,得到465kHz固定中频它由变频电路、本振电路和选频电路组成变频电路是利用了三极管的非线性特性来实现混频的,因此变频管静态工作点选得很低,让发射结处于非线性状态,以便进行频率变换由输入调谐回路选出的电台__经B1耦合进入变频放大器Vt的基极,同时本振电路的本振__f2f2≡f1+465kHz经C3耦合进入混频放大器V1的发射极,两周在混频放大器Vt中实现混频,在V1集电极输出得到一系列新的混频__,其中只有f2一f1=465kHz的中频__可以通过B3中周的选频电路并联谐振并得到__放大,而其他混频__则被抑制掉本振电路是一个共基组自激振荡电路,B2的初级线圈与Ct组成并联谐振回路,经Vt放大的本振输出__,通过B2次级耦合到初级,形成正反馈,实现自激振荡,得到稳幅定的本振__本振__频率户与预接收__频率户通过双联可调电容Ct来实现频率差始终保持为465kHz选频电路由中周黄、白、黑完成,中周的中频变压器初级线圈和其并联电容组成并联谐振电路,谐振频率固定为465kHz,同时作为本级放大器的负载只有当本级放大器输出465kHz中频__时,才能在选频电路中产生并联谐振,使本级放大器的负载阻抗达到最大,从而得到中频__的选频放大对于其他频率__,通过选频电路的阻抗很小,几乎被短路抑制掉选频放大后的465kHz中频__经中频变压器耦合到下一级输入 在调谐时,本机振荡频率必须与输入回路的谐振频率同时改变,才能保证变频后得到的中频__频率始终为465kHz,这种始终使本机振荡频率比输入回路的谐振频率高465kHz的方法称为统调或跟踪要达到理想的统调必须使用两组容量不同,片子的形状不同的双联可调电容实际中,常常使用两组容量相同的双联可调电容,在振荡回路和谐振回路中增加垫整电容和补偿电容,做到三点统调即在整个波段范围内,找高、中、低三个频率点,做到理想统调,其余各点只是近似统调三点统调对整机灵敏度影响不大,因此得到广泛的应用
3、中频放大电路 中频放大电路由V2,V3,两级中频放大电路组成,它的作用是对中频__进行选频和放大第一级中频放大器的偏置电路由R4,R8,V4,R9,R14组成分压式偏置,R5为射极电阻,起稳定第一级静态工作点的作用,中周B5,为第一级中频放大器的选频电路和负载在第二级中频放大器中It,为固定偏置电阻,R,为射极电阻,中周B,为第二级中频放大器的选频电路和负载第一级放大倍数较低,第二级放大倍数较高中频放大器是保证整机灵敏度选择性和通频带的主要环节对于中频放大器,主要要求是合适稳定的频率,适当的中频频带和足够大的增益
4、检波级 检波级由⒕二极管检波和C8,C9,R9,组成的冗型低通滤波器、音量电位器R14组成它是利用三极管一个PN结的单向导电性,把中频__变成中频脉动__脉动__中包含有直流成分、残余的中频__及音频包络三部分利用由C8,C9,R9构成π型滤波电路,滤除残余的中频__检波后的音频__电压降落在音量电位器R14上,经电容C10耦合送入低频放大电路检波后得到的直流电压作为自动增益控制的AGO电压,被送到受控的第一级中频放大管v2的基极检波电路中要注意三种失真即频率失真、对角失真和负峰消波失真
5、A__A__是自动增益控制R8是自动增益控制电路A__的反馈电阻,C4作为自动增益控制电路A__的滤波电容检波后得到的直流电压作为自动增益控制的A__电压,被送到受控的第一级中频放大管v2的基极当接收到的__较弱时,使收音机具有较高的高频增益;而当接收到的__较强时,又能使收音机的高频增益自动降低,从而保证中频放大电路高频增益的稳定,这样既可避免接收弱__电台时音量过小或接收不到,也可避免接收强__电台时音量过大或使低频放大电路由于输入__过大而产生阻塞失真当控制过程静态时,当收音机没有接收到电台的广播时,V2,受控管的集电极电流ICz为
0.2~
0.4__第一级中放管具有最高值,中放电路处于最高增益状态当收音机接收较弱__电台的广播时,中放电路输出__的电压幅度较小,检波后产生的UA__也较小当负极性的UA__经R8送至v2的基极时,将会使v,的基极电压略有下降、基极电流略有减小由于UA__也较小,所以Icz将在
0.4__的基础上略有减小,使第一级中放管仍具有较高的β值,第一级中放电路处于增益较高的状态,检波电路输出的音频__电压幅度仍能达到额定值,不会有明显的减小 当收音机接收较强__电台的广播时,中放电路输出__的幅度较大,检波后产生的UA__也较大当负极性的UA__经R8送至V2,的基极时,将使V2,的基极电压下降、基极电流减小由于UA__较大,Icz将在
0.4__的基础上大幅度下降,使第一级中放管β值减小,第一级中放电路的增益随之减小,检波电路输出的音频__电压幅度基本维持在额定值,不至于有明显的增大
6、前置低放级 前置低放级由V
5、固定偏置电阻R10和输入变压器初级组成检波器输出音频__经过音量电位器和C10耦合到V5的基极,实现音频电压放大本级电压放大倍数较大,以利于推动扬声器
7、功率放大级功率放大由V6,v7和输入、输出变压器组成推挽式功率放大电路,它的任务是将放大后的音频__进行功率放大,以推动扬声器发出声音
8、电源退耦电路由V8,V9正向串联组成高频集电极电源电压为
1.35V左右由R12,C14,C15组成电源退耦电路,目的是防止高低频__通过电源产生交连,发出自激啸叫声简单地说,HX108-2AM收音机是这样工作的磁性天线感应到高频调幅__,送到输入调谐回路中,转动双联可变电容C1,将谐振回路谐振在要接收的__频率上,然后将通过B,感应出的高频__加到变频级V1,的基级,混频线圈B1组成本机振荡电路所产生的本机振荡__通过C3,注入V1,的发射极本机振荡__频率设计比电台发射的载频__频率高465kHz,两种不同频率的高频__在V,中混频后产生若干新频,再经坞中周B,选频电路选出差频部分,即465kHz的中频__并经过B3的次级耦合到V4进行中频放大,放大后的中频__由B6耦合到检波三极管△进行检波,检波出的残余中频__在通过低通滤波器滤掉残余中频后,音频电流在电位器R14上产生压降并通过C10耦合到V5组成的前置低频放大器,放大后的音频__经过输入变压器B6耦合到V6,v7组成功放电路实现功率放大,最后推动扬声器发出声音
(四)AM收音机的调试
1、调节中频频率
(1)打开收音机接收一低端电台,按黑、白、黄顺序调节中周,使声音最响
(2)换一个本地电台,按a法调试调整频率刻度a.550kHz—700kH选择一电台,如640kHZ的__电台,调节红中周使声音最大b.1400kHZ—1600kHz选择一电台,调节双联电容左上角微调电容,是声音最大(注a、b选反复2到3次调节)
2、统调
(1)收听一最低端电台,调整线圈在磁棒上的位置,使声音最大
(2)收一最高端电台,调整双联右下电容微调,使声音最大
3、工作点的测量按照焊接板上的5个测试点分别对电路板各处工作电流的测试,检测电路板是否正常或能够正常运行6心得体会通过本次课程设计,我们从中学到很多东西,提高了我们的逻辑思维能力,使我们在高频电路的分析与设计上有了很大的进步我们对晶体管放大电路与振荡电路有了进一步理解与认识;对一些元器件的功能以及使用方法有了硬的了解尤其是正弦波振荡器和LC振荡器,还有高频电感三点式正弦波振荡器电路设计过程中查找资料很重要,不仅应用到课本中所学习的内容还涉及到一些课外知识所以在课设期间不要局限于课上所学的理论知识,还要拓宽自己的知识范围,并积极与同组者进行讨论,得出大家认为最为适当的电路设计在画图过程中要注意元器件的选择根据实验要求选择元器件,并按要求设定元器件的参数本次课设让我们意识到理论知识运用到实际操作中的重要性,光理解理论知识是没有用的要学会理论实际相结合在之后的收音机制作过程中要注意元器件焊接时要注意焊点的焊法,不要有虚焊,在使用焊铁时注意安全不要烫伤自己或他人,虽然我们对于焊铁并不陌生,但在使用上还是不恩给你很利落的完成,总会焊点相连或者虚焊的问题出现在收音机调试过程中不少同学都是因为有虚焊导致收音机不能正常工作,在检查后顺利完成收音机的制作____
1、《高频电子线路》王卫东电子工业出版社
2009.
32、《基于Multisim2001的电子电路计算机仿真设计与分析》黄智伟电子工业出版社
2004.
73、《Multisim9在电工电子技术中的应用》董玉冰清华大学出版社
2008.11。