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1、实验名称通信电子线路课设指导教师杨振宇学 院信息科学与工程学院专业班级通信1402班姓 名姜俊宏学 号通信电子线路课程设计报告 目录一实验内容及要求2二正弦波振荡器22.1反馈型振荡器的工作原理22.2起振条件32.3平衡条件32.4稳定条件42.5失真分析4三 电路设计73.1振荡电路模块7（1）晶体管的选择8（2）直流馈电线路的选择83.2缓冲级模块93.3放大级模块10四 仿真与调试104.1仿真104.2分析调试13五心得体会15一 实验内容及要求实验内容: 正弦波振荡器的设计实验要求:采用晶体三极管构成一个正弦波振荡器；（2）额定电源电压5.0V ，电流13mA; （3）输出频率 1
2、0 MHz；（4）有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压 1 V (D-P)二正弦波振荡器 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信号能量的转换电路。与放大器的区别：无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、波形和振幅的交流信号。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方式不同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信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻特性的有源器件直
3、接与谐振电路相接，产生振荡。2.1反馈型振荡器的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信号Ui，这一信号经放大器放大后，在输出端产生输出信号UO，若UO经反馈网络并在反馈网络输出端得到的反馈信号Uf与Ui不仅大小相等，而且相位也相同，即实现了正反馈。若此时除去外加信号，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，在没有外加信号的情况下，输出端仍可维持一定幅度的电压UO输出
4、，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UO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信号满足Uf与Ui相同的条件而产生自激振荡，对其他频率的信号不满足Uf与Ui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起振条件振荡器在实际应用时不应有外加信号，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。振荡开始时激励信号很弱，为使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大
5、，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。2.3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信号振幅的大小；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信号频率的大小。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
6、，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T（0）。 在振荡器工作时, 某些不稳定因素可能破坏这一平衡条件。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。 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T（）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=0附近, 当不稳定因素使瞬时角频率增大时, 相频特性T（0）应产生一个-, 从而产生一个-, 使瞬时角频率减小。 2.5失真分析2.5.1 三极管的非线形
7、失真 当我们用三极管对信号进行放大的时候，目的是对信号有一定比例地放大，如果不能按比例放大，放大后的信号与原信号相比就改变了性质，这种现象我们称之为信号失真，而这种失真是由于对原信号进行非线形放大而产生的，我们称为非线形失真。2.5.2 非线形失真产生的原因及分类 2.5.2.1 截止失真 现在以NPN型三极管为例说明晶体三极管的工作原理及失真原因的分析，三极管的结构和符号 三极管的发射节相当于一个二极管，而二极管具有单向导电性，其所加电压与通过电流与二极管的伏安特性相同。只有加到发射节上的电压高于Uon(开启电压)时，发射节才有电流通过，而当发射节被加反向电压时（只要不超过其反向击穿电压），
8、只有很小的反向电流通过，我们认为这种情况下三极管处于截止状态，而在实际应用中，我们会遇到各种各样的信号需要放大，有较强的信号，有较弱的信号，也有反向的信号，根据PN结的特性，当加到发射结上的信号为较弱的信号（小于开启电压），或者是反向信号时，发射结是截止的，三极管是不能起到放大的作用，输出的信号，也出现严重的失真，此时的失真，称为截止失真。2.5.2.2 饱和失真 在了解三极管的饱失真前，我们先了解一下三极管的饱和导通，我们知道，当三极管的的发射结被加正向电压且UBEUon，三极管的发射结有电流通过，以NPN三极管为例，三极管的工作过程是这样的：当发射结加正向电压时，发射区通过扩散运动向基区发
9、射电子，形成发射极电流IE；其中一小部分与基区的空穴复合，形成基极电流IB，又由于集电极加反向电压，所以从发射极出来的大部分电子在集电极电压作用下通过漂移运动到达集电极，形成集电极电流IC。当集电结上加不同电压时，有三种情况：2.5.2.2.1 集电结加反向电压，集电结反偏，此时，集电极有能力收集从发射极发射出的电子，三极管处于稳定的放大状态。如电路图3，三极管工作在如图2所示的放大区。2.5.2.2.2 当集电结加正向电压，集电极正偏，此时，发射极发射电子由于而集电极收集电子不足，即使基极电流增大，发射极发射电子电流增大，由于集电极收集电子不足，集电极电流也不会增大，这种情况称为三极管的饱和
10、导通，如图2所示的饱和区。饱和导通时，三极管对信号也失去了发放大作用，此时的三极管的失真称为饱和失真2.5.2.2.3 当集电结所加电压为零，即UCB=0时，三极管出处于饱和放大的临界状态。2.5.3 非线形失真的解决办法2.5.3.1 截止失真的解决办法当输入信号UiUon，保证三极管导通。如图所示 3.2 饱和失真的解决办法2.5.3.2.1 增加VCC 由于三极管饱和的根本原因是集电结收集电子的能力不足，所以增加VCC能够增强集电极收集电子的能力，但必须保证VCC在三极管的能承受范围内，在RC和管子不变的情况下，能够消除饱和失真 2.5.3.2.2 增加基极电阻RB以减小基极电流，从而集
11、电极电流IC=IB，在集电极电阻RC和集电极电源VCC不变的情况下，由VCE=VCC-IBRC得集电极电压变大，从而使集电极收集电子能力增强，消除饱和失 2.5.3.2.3 减小集电极电阻，在电路中其他参数不变的情况下，减小集电极电阻RC就减小了在RC上的压降由UCE=VCC-IBRC知加在集电结的电压增大，也增强了集电极收集电子的能力，从而消除饱和失真 2.5.3.2.4 更换一只较小的管子.在其他参数不变的情况下，换一只放大倍数较小的管子，由UCE=VCC-IBRC知:在集电极电阻上的压降减小，也即增大了加在集电结的电位，增强了集电结收集电子的能力，从而消除饱和失真，同理由式得应满足 结论
12、 以上是从晶体管三极管的放大原理来分析其放大失真的原因，并给出了在其他参数不变的情况下，改变电路中的某一个参数的几种消除非线形时针失真的解决办法，而在实际应用中，有时候某个参数必须满足实际情况，也既是某些参数必须在一定范围内来改变，而且有时候需要改变几个参数才能达到实际的需要，但其基本的分析方法是相同的，以上是我的一点体会，难免会有错误之处，希望批评指正。3 电路设计3.1振荡电路模块振荡电路模块我选用了电感反馈三端式振荡器。X1和X2为感性，X3为容性，满足三端式振荡器的组成原则，因为反馈网络是由电感元件完成的，称为电感反馈三端式振荡器，也称为哈特莱振荡器。 （a）电感反馈振荡器 （b）实际
13、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 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。如图3.1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3.1振荡电路模块图与前面的对振荡器电路的分析一样，图3.1中的R2和R3均为电路的偏置电阻，C3、C1分别为旁路电容和
14、隔直流电容，而C5、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：（1）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。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。虽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2N222作为振荡电路的三极管。该三极管的集电极电流最大值为800mA，在25时其功率可达到0.5W，最大集电极电压可达60V，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QL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1-4mA。（3
