《高频电子线路设计》课程设计-高频信号发生器设计.doc

武汉理工大学高频电子线路设计 学 号： 课 程 设 计题 目高频信号发生器设计学 院专 业通信工程班 级通信姓 名指导教师2010年12月20日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 高频信号发生器设计初始条件：晶体管9018,电阻,电容,可变电位器,NPN型晶体三极管,晶体振荡器，单刀双掷开关.电压为12V的电源。电路仿真软件multisim等要求完成的主要任务:利用所学的高频电子线路的知识设计高频信号发生器。说明设计的思路，电路的选择。给出仿真结果或者实际电路。振荡频率，频率稳定度，输出幅度。采用恰当的电路，尽可能地减小负载对振荡电路的影响。时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为1周。（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间1天；（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间2天；（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。指导教师签名： 2011年12 月 4 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录摘要3第一章 方案的选择31.1 采用变压器耦合正弦波振荡器作函数信号发生器31.2电感式三点式振荡器作为高频信号发生器31.3 对三点式电容振荡器进行改变的克波拉振荡器作为高频信号发生器31.4西勒振荡器作为高频信号发生器3第二章 各部分电路工作原理32.1主要设计技术性能指标32.1.1电路形式的选择：32.1.2 晶体管的选择32.1.3 静态工作电流的确定32.1.确定主振回路元器件32.1.5隔离级射随器3第三章 高频信号发生器总电路图3第四章 仿真结果34.1 输出波形34.2 fourier analysis34.3直流流工作点分析3第五章 电路的安装与调试35.1按设计电路焊接实验电路35.2电路的测量与调试35.3 调试中遇到的问题及解决的方法3第六章 电路的实验结果3实验总结3仪器仪表清单3参考文献3摘要高频信号发生器，用来为实验提供高频信号。按实现方法有模拟式和数字式函数发生器。模拟式函数发生器大多用一个专用的芯片来产生信号数字式函数信号发生器采用用数字合成法DDS来实现。由于所学知识有限，这里主要设计的振荡器产生高频信号。振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。为此,振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。振荡器的种类很多，根据工作原理可以分为反馈型振荡器和负阻型振荡器。根据选频网络采用的器件可分为LC振荡器、晶体振荡器、变压器耦合振荡器等。 其中LC振荡器用来讲直流电源供给的能量转变成正弦交流信号，它广泛用于通信，电视，控制和测量系统中。振荡器主要技术指标有：频率及其稳定度，幅度及其稳定度，波形失真度等。其中频率稳定度尤为重要。在高频重，电容三点式振荡电路用的较多，其电路简单，频率稳定度高。第一章 方案的选择1.1 采用变压器耦合正弦波振荡器作函数信号发生器 图 1-1 变压器耦合正弦波振荡器 实际上当振荡频率较高时，管子的极间电容回影响振荡频率。振荡频率与晶体管的参数有关。因为晶体管的参数随着环境的文图电源电压而变，将使振荡器的频率稳定度下降。由于互感耦合振荡器的频率稳定度不高（约），而且变压器的分布电容限制了振荡频率的提高。所以只宜在工作频率不太高的中、短波波段应用。1.2电感式三点式振荡器作为高频信号发生器图1-2 电感式三点式振荡电路反馈电压取自,而电感线圈对高次谐波呈现高阻抗，随意反馈电压中高次谐波分量较多，输出波形较差。晶体管的输出输入电容分别于两个回路的电抗元件并联，影响回路的等效电抗元件参数，从而影响振荡频率，频率稳定度不高（约）.1.3 对三点式电容振荡器进行改变的克波拉振荡器作为高频信号发生器 图 1-3 克波拉振荡器由于克波拉振荡器频率不容易改变，改变，将随之改变，放大器的增益也将变化，容易引起环路增益不足而停振。且振荡器的输出幅度也将随之变化。频率的覆盖系数一般只有1.21.3。1.4西勒振荡器作为高频信号发生器 图1-4 西勒振荡器西勒振荡器的接入系数与克波拉振荡器相同，由于改变频率主要是通过完成的，的改变并不影响接入系数P,所以波段内输出幅度较平稳，而且改变，频率变化明显，故频率的覆盖系数较大。可达1.61.8。故本高频信号发生器设计采用西勒振荡器。第二章 各部分电路工作原理2.1主要设计技术性能指标振荡频率 频率稳定度 输出幅度 电源供电为12V，回路电感L=47.2.1.1电路形式的选择：振荡电路形式主要根据工作频率及对频率稳定度要求进行选择。由第一章的方案选择中的具体电路的分析，可知选用克波拉电路最符合设计要求。另外，振荡频率较低时，常采用公发射级电路，振荡频率较高时则采用共基极电路，故本实验采用共基极电路形。为了提高振荡稳定度，改善输出波形，晶体管的发射极可串入100以下的负反馈电阻。2.1.2 晶体管的选择晶体管的选择应满足以下要求：管子的特征频率管子的最大管耗应大于所需输出功率侧520倍管子夸导要大些好，有利于起振故本实验选用晶体管9018.其主要参数为其主要参数为,取=100，fT>1100MHz2.1.3 静态工作电流的确定振荡器的工作状态的选择对振荡器的工作稳定度和波形的好坏影响很大，甲类状态输出波形失真小，但输出幅度小，稳定性较差；乙类或丙类状态效率高，输出幅度大，稳定性好，但输出波形失真要大些。振荡器的工作状态和静态工作点选择及正反馈强弱有关。如静态工作点选择得较低，正反馈又比较强，由于电路的自偏压效应，很容易进入乙类或者丙类工作状态。提高静态工作点，降低正反馈量，电路可工作在甲类。若静态工作点过高，正反馈量又足够大，晶体管可能在振荡周期的部分时间内进入饱和区而进入过压工作状态，产生凹陷失真并使频率稳定度下降。所以一般小功率自动稳幅LC振荡器要求其静态工作点要远离饱和区，而靠近截止区，一般集电极静态电流可取15 mA.偏置电路通常选用分压式电流反馈偏置电路，在实际偏置电路参数选定时，在可能的条件下， 发射极电阻取大些好些。图 2-1 静态工作电路合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。故本实验电路中： 选ICQ=2mA VCEQ=6V =100 则有为提高电路的稳定性Re值适当增大，取Re=1K则Rc2K 因：UEQ=ICQ·RE 则： UEQ =2mA×1K=2V 因： IBQ=ICQ/ 则： IBQ =2mA/100=0.02mA 一般取流过Rb2的电流为5-10IBQ , 若取10IBQ 因： 则： 取标称电阻12K。因： ： C5为旁路电容。取0,012.1.确定主振回路元器件回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C和总电感L两部分。确定这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp远大于总的不稳定电容Cd原则，先选定Cp为宜。若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C不能过大，C过大，L就小，Q值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入。反馈系数F=C1/C2，不能过大或过小，适宜1/81/2。图 2-2 主振回路因振荡器的工作频率为因振荡器的工作频率为： 当LC振荡时，f0=6MHz L10H 本电路中，则回路的谐振频率fo主要由C3、C4决定，即有 。取C3 =120pf，C4=51pf（用33Pf与5-20Pf的可调电容并联），因要遵循C1，C2>>C3,C4，C1/C2=1/81/2的条件，故取C1=200pf，则C2=510pf。对于晶体振荡，只需和晶体并联一可调电容进行微调即可。69pf2.1.5隔离级射随器采用西勒振荡电路，为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，采用了射随器作为隔离级。隔离级射随器晶体管BG2也为9018，LC振荡器工作频率为6MHz，晶体为6 MHz。为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极；如为基级接地，则应从发射极输出。综合上述计算结果。得实际电路 第三章 高频信号发生器总电路图那么，综合第二章计算结果以及选择的电路形式，采用西勒振荡电路，为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，采用了射随器作为隔离级。隔离级射随器晶体管BG2也为9018，LC振荡器工作频率为6MHz，晶体为6 MHz。为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极；如为基级接地，则应从发射极输出。综合上述计算结果。可以得到实际总电路图. 图 3-1 高频信号发生器总电路图西勒振荡电路有以下优点：1.振荡幅度比较稳定； 2.振荡频率可以比较高，如可达千兆赫；频率覆盖率比较大，可达1.6-1.8；所以在一些短波、超短波通信机，电视接收机中用的比较多。 第四章 仿真结果4.1 输出波形如图所示，为静态电路与主振回路等器件构成的高频信号发生器的输出波形。满足设计要求。图 4-1 高频信号发生器仿真波形4.2 fourier analysis根据仿真软件的对电路图进行傅里叶分析，可以看出主振频率是6MHZ。满足设计要求。图 4-2 fourier analysis 43直流流工作点分析根据静态工作点参数的设计要求，UEQ =2mA×1K=2V， =2.7V仿真的直流工作点基本接近于2V与2.7V. 满足设计要求。 图4-3 直流工作点的仿真结果第五章 电路的安装与调试 51按设计电路焊接实验电路1. 把两块9018晶体管插入面包板，注意三极管的各管脚的接线，注意布局；2. 分别把各电阻放入适当位置，尤其注意电位器的接法；3. 按图接线，注意直流源的正负及接地端。4接入各电容及电感。注意C1，C2，C3的选择,5. 接入电源后，用示波器进行双踪观察；6. 调节RP1，调至静态工作点；7. 调节C3，微调波形的频率；8. 观察示波器，各指标达到要求后进行下一部按装。9针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足实验要求.5. 2电路的测量与调试 1静态工作点调整，使等于设计值1.5mA（将L短路，使振荡器停振后调整）2接入L，用万用表直流电压档测量左右工作在甲乙类，振荡幅度小。3用示波器观察输出波形，微调基极偏置电阻使输出电压波形不失真且幅度比较大。若不振荡先检查电路安装是否正确，其次检查L，C回路元件参数是否正确，若仍不能振荡或波形失真，按5.3所述方法进行调整。4微调可变电容，使振荡频率=6MHZ用示波器观察波形，并测量幅度，用频率计测量频率。为了减小仪器对振荡频率的影响，频率测量仪器应接于。5晶体振荡器的特性研究将振荡电路中的L改成4MHZ石英晶体，观察输出波形，测量振荡频率及幅度。 5. 3 调试中遇到的问题及解决的方法1LC 振荡器静态工作点调整静态工作点要在电路停振状态下进行测量，因为振荡电路处于振荡状态时，放大器的工作在非线性状态有序电路的自偏压效应，其直流量与停振时直流工作状态是不相同的振荡电路接通直流电源，断开正反馈环路，停振时用万用表直流电压档测量静态工作点，其值应与设计值相近。要求静态工作点要远离饱和区，靠近截止区。2LC振荡器的动态调试 正弦振荡器主要性能指标有:频率及其稳定度，幅度及其稳定度，波形失真等。测试时主要采用示波器，数字式频率计等。测量应注意测量仪器输入阻抗对振荡器的影响，测量仪器接入被测电路后，会使振荡频率发生偏移，幅度发生变化，甚至停振。为了减小测量仪器的影响，仪器应尽量接到低阻抗的测量点（例如接到晶体管的基极）或采用隔离措施（如在缓冲级后测量）等;示波器测量时，需采用带有衰减探头的屏蔽线且衰减置于幅度调整与测量振荡电路合上直流电源后就有可能产生振荡，用示波器可观察到输出电压波形，若此时将正反馈电路断开，输出波形小时，则说明示波器所显示的不是干扰或寄生振荡波形。若示波器中没有波形，则说明电路没有起振，这时应检查电路直流工作状态是否合适，正反馈电路有没有接通，反馈极性是否正确，然后可做如下调整：改变正反馈电路参数，提高正反馈量；提高放大电路的增益（如增加集电极负载电阻，提高静态工作点地阿牛，断开外界负载电路等）；若输出电压幅度不够，则采用上述方法可以使振荡输出幅度增大。在进行幅度调整时应注意电路工作状态和输出电压波形的变化，使幅度达到要求波形失真度也达到要求。(2) 振荡波形的调整与测量若振荡波形产生失真，则应进行电路调整，减少和消除失真。LC振荡电路中常见的失真有凹陷失真和二次谐波失真。 凹陷失真 它是由于电路工作在过压的状态产生的，为了减小这种失真，必须设法使振荡电路退出过呀状态。具体措施：降低静态工作点电流，使晶体管工作点靠近截止区 ；减小正反馈量；降低谐振回路的有载品质因素 二次谐波失真 它是由于晶体管工作在非线性状态（如丙类工作状态）且振荡回路有载品质因素太低致使二次谐波得不到应有的衰减。减小这类失真的主要方法有：提高LC谐振回路的品质因素，如增大;输出端加接缓冲级；提高静态工作点电流及正反馈量，使放大器工作状态接于甲类状态.若振荡波形上叠加有高频信号或杂散干扰信号，说明振荡电路产生了高频寄生振荡，这时可通过适当改变电路布线，缩短过长的接线，在反馈电路内增加小的衰减电阻，或增大负反馈电阻等方法来加以抑制，必要时直流电源线对地接入去耦合滤波电容，以消除通过直流电源产生的干扰或寄生振荡。（3）振荡频率的调整与测量频率测量用数字频率计进行。频率调整的主要方法是调节振荡电路中的L或C的大小。微调磁芯或电容，可实现频率的微调。调整测试过程中应注意器件寄生参数，测试仪器输入阻抗的影响；其次过大的调节L或C的参数，会引起正反馈量的变化，使输出电压波形和幅度发生变化。（4）性能指标测量与误差分析振荡电路经过上述调整后，在波形失真，频率和幅度均达到要求后，即对电路的性能进行测量。对幅度和频率稳定度一般测量其短期稳定度。第六章 电路的实验结果性能测试调整Rw1，使。 表 6-1 电路实验结果foVop-pVceIc测量值Ic计算值6MHZ/8MHZ105V0.682.04MA2MA 以上实验结果是在这些的实验条件下得到的：电源供电为12V，振荡管BG1为9018（其主要参数,取=100，fT>1100MHz）。隔离级射随器晶体管BG2也为9018，LC振荡器工作频率为6MHz，晶体为6 MHz。那么，根据实验中的测试数据满足最初的设计要求：振荡频率频率稳定度 ，输出幅度。实验总结为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。这次课程设计,让我学会了如何如选择和设计电路.动手能力和使用电路软件的能力得到了一定的提高.使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。我也发现自己并不能够熟练的使用自己所学到的高频知识.再有后的学习中,我要加强自己对电路的设计和使用的能力.但是由于这次课程设计的实验电路很简单,并且有章可循,在各种资料的指引下,我们完成起来并不是很难.课程设计只是我们以后从事技术工作的一个缩影,通过这种训练,可以提高我们动手设计电路的能力,能够让我们更好的组织实验.培养分析问题,解决问题的能力.也为我们以后的毕业设计和电子工作打下了基础.通过这次对高频信号发生器的设计,更加让我明白了理论联系实际的重要性.明白了动手实践的重要性.因为理论与实际毕竟有一定的距离.同时这次设计加深了我对所学知识的理解.个人觉得这次课程设计中最难的部分就是仿真的制作.因为平时对电路仿真软件的使用并不是十分的了解,在这次仿真试验的过程中遇到了很大的麻烦.首先花了大量的时间去学习使用电路仿真软件. 仪器仪表清单设计所用仪器及器件:1直流稳压电源 1台2双踪示波器 1台3万 用 表 1只4电阻1 K 1个 2K 2个 41.3K 1个 13.5K 1个5电 容 510PF 1个 220PF 1个 120PF 1个 51PF 1个 0.01F 4个6晶体管9018 2个7电感线圈10 1个8.石英晶体6MHZ 1个9焊接印制板一快 1块10剪刀 把11仪器探头线 2根 参考文献1 胡宴如. 高频电子线路实验与仿真. 北京. 高等教育出版社，20092 段九州振荡电路实用设计手册沈阳：辽宁科学技术出版社， 2002.83 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训教程. 北京：电子工业出版社，2007.64 胡斌振荡器与控制器电路识图入门突破. 北京：人民邮电出版社，2009.75 康华光.电子技术基础(第五版).武汉：华中科技大学出版社，2006.46 谢自美.电子线路设计，实验，测试（第二版）.武汉：华中科技大学出版社，2000姓 名性 别专业、班级通信课程设计题目：高频信号发生器的设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7CpZSu2tijqe3hKqkKAu9KSkCpHKXUIKvvyJZpg2YijRkqfbGgOvyqKuxNWI9oMnJtt6QilZxtyrF7d20FbmabcfiixrQKUsVNXBPPFUXyQ1fJSKFSUbkgs2DUVQC9sz4JkbgN4Qqv66pyoARjurNFJ3TxyfclZiEePtwFJthphEipDFNqnR2HjQKV2DzWtMPDJQkBcXmovdsjqCTJagjMdLsKPgaD2s0H0vmZGAHt36gyUEZ7UmANk1ndREuBeqdgrx0venqGnsyIB2ilq3SIQrNL4m56t7Z8Y8da5K0KUpn5Nzg4JvjdtfFHyt82AoGQkXo4VBLmLEiy2P7HtHBho07rCfttxodYDPPdtQsO7wxD0J6fKKlGm4woDzplhtRr2XgqN13hqy59zU1GegDyQniHNTaVSieueFQcYfUCJwd3vk5I7YKmhunDmIZ ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7CpZSu2tijqe3hKqkKAu9KSkCpHKXUIKvvyJZpg2YijRkqfbGgOvyqKuxNWI9oMnJtt6QilZxtyrF7d20FbmabcfiixrQKUsVNXBPPFUXyQ1fJSKFSUbkgs2DUVQC9sz4JkbgN4Qqv66pyoARjurNFJ3TxyfclZiEePtwFJthphEipDFNqnR2HjQKV2DzWtMPDJQkBcXmovdsjqCTJagjMdLsKPgaD2s0H0vmZGAHt36gyUEZ7UmANk1ndREuBeqdgrx0venqGnsyIB2ilq3SIQrNL4m56t7Z8Y8da5K0KUpn5Nzg4JvjdtfFHyt82AoGQkXo4VBLmLEiy2P7HtHBho07rCfttxodYDPPdtQsO7wxD0J6fKKlGm4woDzplhtRr2XgqN13hqy59zU1GegDyQniHNTaVSieueFQcYfUCJwd3vk5I7YKmhunDmIZ