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1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 高频电子线路 题 目 LC调频振荡器的设计 院 系 电子科学学院 专业班级 电信07-2班 学生姓名 徐进 学生学号 7 指导教师 2011年 3月 4日东北石油大学课程设计任务书课程 高频电子线路题目 LC调频振荡器的设计专业 电子信息工程 姓名 徐进 学号 71、主要内容 根据所提出的基本要求，设计一个LC调频振荡器。通过在电路设计、安装和调试中发现问题、解决问题，掌握LC调频振荡器的基本设计方法，加深对该门课程的理论知识的理解，提高电子实践能力。2、基本要求 设计一个LC调频振荡器，主要技术指标为： (1) 主振频率； (2) 频率稳定度； (
2、3) 输出电压； (4) 最大频偏。3、主要参考资料 1 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出版社，2006. 2 张肃文，陆兆雄. 高频电子线路(第三版). 北京：高等教育出版社，1993. 3 谢自美. 电子线路设计实验测试. 武汉：华中科技大学出版社，2000. 4 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 北京：电子工业出版社，2002.完成期限 2月28日-3月4日 指导教师 专业负责人 2011 年 2 月 25 日一、电路原理1电路原理及用途LC调频振荡器的电路由LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路所组成，其中晶体管VT组成电容三点式振荡器。VT接成共基组态 C(B)为基极
3、耦合电容。VT的静态工作点由R(B1)、R(B2)、R（E）及R（C）所决定，即：U（BQ）=R（B2）Ucc/R(B1)+R(B2) （1）U（EQ）=U（BQ）-U（BE）I（CQ）R（E） （2）I（CQ）=Ucc-U（CEQ）/R（B）+R（C） （3）I（BQ）=I（CQ）/ （4）小功率振荡器的静态工作电流I（CQ）一般为14mA。I（CQ）偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路，其中C3两端的电压构成振荡器的反馈电压U（BE），以满足相位平衡条件=2n。比值C2/C3=F决定反馈电压的大小，当A（VO）=1时，振荡器满足振荡平衡
4、条件，电路的起振条件为A（VO）F1。为减小晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3的取值要大。如果选C1C2，C1C3，则回路的谐振频率f0主要由C1决定，即： f0=1/2L1C1 如果取C1为几十皮法，C2、C3可取几百皮法至几千皮法。反馈系数F一般取1/21/8。调频电路由变容二极管VD（C）及耦合电容Cc组成，R1与R2为变容二极管提供静态时的反向支流偏置电压U（Q），即U（Q）=R2/（R1-R2）Ucc。电阻R3称为隔离电阻，常取R3R2，R2R1，以减小调制信号u（）对U（Q）的影响。C5与高频扼流圈L2给u（）提供通路，C6起高频滤波作用。变容二极管VDc通过Cc部分
5、接入振荡回路，有利于提高主振荡频率f0的稳定性，减小调制失真。变容管部分接入振荡回路的等效电路，接入系数p及回路总电容C（） 分别为： p=Cc/（Cc+Cj） C（）=C1+CcCj/（Cc+Cj） 式中，C（j0）变容二极管的结电容，它与外加电压的关系为： Cj=C（j0）/（1-u/U） 式中，C(j0) 变容管零偏压时的结电容； U(D) 变容管PN结内建电位差（硅管 =0.7V，锗管 =0.3V）；用途：石英振荡器的出现带来了数字电信号的实现，电子振荡器的出现给人类带来了远程通讯。光电振荡器频率比最快的石英振荡器高近一千倍，而噪声却比石英振荡器还低，且振荡频率不受外界环境影响，成本也
6、能够降得很低，成为当今振荡器中综合性能最好的振荡器。2主要技术指标 (1) 主振频率； (2) 频率稳定度； (3) 输出电压； (4) 最大频偏。二、设计步骤和调试过程1、总体设计电路本设计基于LC振荡器原理，通过变化变容二极管两端的电压来改变电容，以达到改变频率，从而实现设计的要求。完成了调频的要求本设计包括三点式振荡器模块、放大器模两块部分。其系统框图如图所示。LC振荡器模块放大器模块音频信号a、LC三点式振荡组成原理图其振荡频率f=。当 和为容性，为感性时称为电容反馈振荡器，其中C=；当 和为感性，为容性时称为电容反馈振荡器，其中 L=+。当我们相应变化电容值时就能使频率作出相应的变化
7、，以达左图三点式振荡组成到调频的目的。此设计的关键是在没有加载音频信号时利用LC振荡器振荡出主频6.5MHz。后面用放大器对调制的信号进行放大。（a）、LC振荡模块设计LC振荡电路采用三点式振荡，其有哈特莱振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。方案一：哈特莱振荡器哈特莱振荡器其振荡频率为f=,式中L=+2M，此方案比较容易起振，调整也方便，但输出的波形不好，在频率较高时不易起振。 方案二：克拉泼振荡器克拉泼振荡器其振荡频率为f=，式中C=，此电路的频率稳定度较好，但在振荡范围较宽时，输出幅度不均匀，且频率升高后不易起振，其主要用于固定频率或波段范围较窄的场合。方案三：西勒振荡器西勒振荡器其振荡频率
8、为f=，式中C=+，这种振荡器较易起振，振荡频率也较为稳定，波形失真较小，当参数设置得当时，其频率覆盖系数较大。基于以上分析，我们决定选用方案三。电路图如下：Sch图2、电路工作状态或元件参数的确定振荡器的静态工作点取ICQ=2mA，VCEQ=6V，测得晶体管=60。因RE+RC=，为提高电路的稳定性，RE的值可适当增大，取RE=1k，则RC=2k。因 VEQ=ICQRE=2V若取流过RB2的电流IB2=10IBQ=10ICQ/=0.33mA则 RB2=VBQ/IB28.2k因即RB1用20k电阻与47k电位器串联，以便调整静态工作点。（2）计算主振回路元件值若取=100pF，由试得实验中可适
9、当调整的圈数或的值。电容、由反馈系数F及电路条件， 决定，若取=510pF，由F=，则取=3600pF，取耦合电容。（3）测变容二极管的特性曲线，设置合适的静态工作点。如果变容二极管的特性曲线未给定，给定变容二极管为2CC1C，已测量出其曲线。取变容管静态反向偏压，由特性曲线可得变容管的静态电容。（4）计算调频电路元件值变容管的静态反偏压由电阻与分压决定，即已知，若取，则 实验时用10k电阻与47k电位器串联，以便调整静态偏压。隔离电阻R3应远大于、，取R3=150k。因接入系数，一般接入系数，为减小振荡回路输出的高频电压对变容晶体管的影响，n值应取小，但n值过小又会使频偏达不到指标要求。可以
10、先取n=0.2，然后在实验中调试。由曲线得到时，对应，则取标称值20pF低频调制信号的耦合支路电容及电感应对提供通路，一般的频率为几十赫至几十千赫兹，故取，（固定电感）。高频旁路电容应对调制信号呈现高阻，取。（5）计算调制信号的幅度为达到最大频偏的要求，调制信号的幅度，可由下列关系式求出。因式中，静态时谐振回路的总电容，即 则回路总电容的变化量 可得变容管的结电容的最大变化量 变容管2CC1C在处的斜率，可得调制信号的幅度则调制灵敏为 3、仿真及仿真结果分析仿真图4、设计电路的性能评测设计电路安装元器件由于调频振荡器的工作频率较高，晶体管的结电容、引线电感、分布电容及测量仪器对电路的性能影响均
11、不能忽略。因此，在电路装调及测试时应尽量减小这些分布参数的影响。测试点选择正确选择测试点，减小仪器对被测电路的影响。在高频情况下，测量仪器的输入阻抗（包含电阻和电容）及连接电缆的分布参数都有可能影响被测电路的谐振频率及谐振回路的Q值，为尽量减小这种影响，应正确选择测试点，使仪器的输入阻抗远大于电路测试点的输出阻抗。调试先调整静态工作点，然后观测动态波形并测量电路的性能参数。按照理论公式计算的电路参数与实际参数可能相差较大，电路的调试要复杂一些。频率稳定度经测试：达到要求。三、结论及心得体会在这次课程设计中，我回顾了高频的学习内容，将以前做过的题型应用到实践，这是本次设计的最大心得。计算的过程，
12、是我比较头疼的。我算过几遍，经常结果不一样。还有就是是书到用时方恨少，我需要继续学习。本次设计重新激发了我对专业的学习热情，终于找到了方向。以前觉得课本与实际相差太远，所以对课本重视不足。现在知道，课本是基础，实践是建立在基础之上的。在此次设计时我也遇到了不少的困难和问题，在某位专业老师的帮助指点下，我最终都克服了这些困难，在此，我要感谢这位老师。其中遇到的问题很多都是在书上不能找到的，书上只有基本的原理，所以我利用了网络和大量图书，这是一个快乐的过程，你必须从无数的信息中分离出对你有用的，然后加以整理，同时我又学到了很多其他的知识，这也是做课程设计的一个好处。感谢这次设计，我学会了很多。参考资料1 阳昌汉. 高频电子线路. 哈尔滨：高等教育出
