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1、辽 宁 工 业 大 学 高频电子线路 课程设计(论文)题目：石英晶体振荡器电路设计院(系）： 电子与信息工程学院 专业班级: 学 号: 学生姓名： 指引教师: 起止时间: .6.16-.6.7 课程设计（论文)任务及评语院（系）:电子与信息工程学院 教研室:电子信息工程学 号学生姓名专业班级课程设计(论文)题目石英晶体振荡器电路设计课程设计(论文）任务规定：1设计一种石英晶体振荡器 可以观测输入输出波形。3观测振荡频率。参数:振荡频率1000Z左右。设计规定:1.分析设计规定，明确性能指标。必须仔细分析课题规定、性能、指标及应用环境等,广开思路,构思出多种总体方案，绘制构造框图。2 拟定合理的
2、总体方案。对多种方案进行比较，以电路的先进性、构造的繁简、成本的高下及制作的难易等方面作综合比较,并考虑器件的来源,敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.构成系统。在一定幅面的图纸上合理布局,一般是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路,并标出必要的阐明。指引教师评语及成绩平时成绩（0）： 论文成绩(5%): 答辩成绩(30%)： 总成绩： 学生签字: 年 月 日注:成绩:平时20 论文质量50% 答辩0 以百分制计算目录第1章 绪论111石英晶体振荡器.2设计规定1第2章 石英晶体振荡器设计电路22.1石英晶体振荡器总体设计方案2
3、2.2具体电路设计222.1串联型晶体振荡器.2并联型晶体振荡器4输出缓冲级设计53元件参数的计算524Multisi软件仿真62.1串联型振荡器输出测试2.并联型振荡器输出测试7第3章 课程设计总结9参照文献10附录 总体电路图11附录 元器件清单1第1章 绪论1.石英晶体振荡器石英晶体振荡器是运用石英晶体即二氧化硅的结晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大体是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个相应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体振荡器,简称为石英晶体或晶体、振荡。
4、其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。变电场的频率与田英晶体的固有频率相似时，振动便变得很强烈,这就是晶体谐振特性的反映。运用这种特性，就可以用石英谐振器取代L谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等长处,被应用于家用电器和通信设备中。1.设计规定1设计一种石英晶体振荡器 2可以观测输入输出波形。3观测振荡频率。参数：振荡频率000HZ左右。第2章 石英晶体振荡器设计电路2.1石英晶体振荡器总体设计方案本次设计一方面以N型晶体管2N22和1石英晶体为基本分别设计出不同形式的串并联型振荡器，通过对多种不同形式的串联型振荡器和并联型振荡器做
5、出比较之后,综合设计出一种通过跳线可实现串并联转换的石英晶体正弦波振荡器,然后根据石英晶体振荡器的输出规定设计出相应的缓冲输出级,将两部分连接之后根据电路图的基本形式和设计的规定计算出各元件的参数和性能规定。根据仿真后的电路原理图进行实物的连接和调试,从而完毕整个正弦波振荡器的设计。2.2具体电路设计根据设计规定，该晶体振荡器通过跳线可以实现串联谐振和并联谐振晶体振荡器的转换，通过比较并联谐振晶体振荡器和串联谐振晶体振荡器的原理可以发现，串联型晶体振荡器同-b型并联晶体振荡器构造类似，两者同为电容三点式反馈振荡器。晶体在并联和串联振荡器方式下作用不同，在并联方式下,规定晶体工作于感性区,其等效
6、电感与外部电容构成振荡回路，该回路满足电容三点式条件,而在串联谐振振荡器中晶体则充当选频短路线作用,因晶体Q值很高,通频带很窄,而频率选择性很高,可以从振荡回路中选出频率为晶体振荡频率的谐波，反馈至振荡器的输入,从而使振荡器输出频率稳定的正弦波。若将晶体短路，则电路变成电容三点式振荡器,并且可以正常起振。2.2.1串联型晶体振荡器在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器规定低阻抗的两点之间，一般接在反馈电路中。图2.1和图2显示出了一串联型振荡器的实际路线和等效电路。可以看出,如果将石英晶体短路,该电路即为电容反馈的振荡器。电路的实际工作原理为：当回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率时，晶体的阻抗
7、最小,近似为一短路线,电路满足相位条件和振幅条件,故能正常工作;当回路的谐振频率距串联谐振频率较远时，晶体阻抗增大，是反馈削弱,从而使电路不能满足振幅条件,电路不能正常工作。 图2.1 串联型晶体振荡器实际电路图2.2串联型晶体振荡器等效电路串联型晶体振荡器只能适应高次泛音工作，这是由于晶体只起到控制频率的作用,对回路没有影响，只要电路能正常工作,输出幅度就不受晶体控制。22.2并联型晶体振荡器c-b型并联晶体振荡器的典型电路如图.3所示，振荡管的基极对高频接地,晶体接集电极与基极之间,和C3位于回路的此外两个电抗元件,振荡器的回路等效电路如图2所示,它类似于克拉泼振荡器，由于Cq非常小,因此
8、,晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容非常弱,从而使频率稳定度大大提高。由于晶体的品质因数很高,故其并联谐振阻抗也很高,虽然接入系数很小,但等效到晶体管CE两端的阻抗仍很高，因此放大器的增益高,电路容易满足振幅齐起振条件。图 c-b型并联晶体振荡器实际线路图2.4 c-型并联晶体振荡器等效线路2.23输出缓冲级设计常用的输出缓冲级是在电路的输出端加一射极跟随器，从而提高回路的带负载能力。射极跟随器的特点是输入阻抗高,输出阻抗低，电压放大倍数略低于1,带负载能力强,具有较高的电流放大能力,它可以起到阻抗变换和极间隔离的作用，因而可以减小负载对于振荡回路的影响，射极跟随器的典型电路如图25所
9、示。图25 输出缓冲级电路输出缓冲级重要完毕对所产生的振荡信号进行输出,不管是并联谐振正弦波晶体电路还是串联谐振晶体电路，它们的带负载都不是很强,负载值变化时也许导致振荡器的输出频率变化,也也许影响振荡器的输出幅度，输出缓冲级的作用就是提高整个振荡器的带负载能力，虽然振荡器的输出特性不受负载影响,或影响较小。.3元件参数的计算对的的静态工作点是振荡器可以正常工作的核心因素，静态工作点重要影响晶体管的工作状态,若静态工作点的设立不当则晶体管无法进行正常的放大,振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。振荡器主电路的静态工作点重要由R1、R、R、R8决定,将电感短路，电容断路，得到直流通路如图
10、26所示。图 直流通路等效电路如图2.6所示，其中V1=5，要使三极管满足起振条件，则静态时它应工作在放大区，故3两端电压应不小于.V，一般状况下发射极电流为mA级，基极电流u级。不妨取1=5.1K，2400，45则Vb=2.5，I=.5A,b=00uA，符合射级规定。为了调节以便，在1处在串联一电位器，最大阻值为10。对于振荡器,当该电路接为串联型振荡器时，晶体起到选频短路线的作用,输出频率应为1MHZ，不妨取L11uH，则由f=2回路总电容=5.3pF，即,C3串联后的总电容为253. pF，则取C2=00pF,C=0.为了便于调节由一定值电阻和可变电阻并联而成。当该电路接为并联型振荡器时
11、，晶体起到等效电感的作用,此时工作频率介于两谐振频率之间。同步为了提高振荡器的带负载能力，应附加一种缓冲输出级,本设计中使用的是一种射级跟随器。为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频电源去耦电容和高频扼流圈，一般取电解电容=00nF,瓷片电容C=10 F，扼流圈=3。2.4Multisi软件仿真2.1串联型振荡器输出测试在ultisim软件环境下进行仿真,此时开关1上端接通,下断开,J2所有断开，形成串联型振荡器，为了便于观测振荡器工作时各部分电路的工作状况，分别在振荡器输出端和缓冲级输出端接入示波器观测波形，记录示波器上显示的输出振幅和输出频率，仿真波形如图2.7所示。图2.7
12、 串联型振荡器输出波形从图2.7中可以看出,输出波形为正弦波,幅值为Vo=1.35V，输出频率f=95HZ,波形有较小的失真,这是由于元件参数的精度较低导致的，该振荡器的设计符合设计规定。2.4.并联型振荡器输出测试在Mulim软件环境下进行仿真,此时开关J1上端断开，下端接通，J2接通,形成并联联型振荡器,为了便于观测振荡器工作时各部分电路的工作状况，分别在振荡器输出端和缓冲级输出端接入示波器观测波形，记录示波器上显示的输出振幅和输出频率,仿真波形如图2.所示。图.8并联型振荡器输出波形从图2.8中可以看出,输出波形为正弦波，幅值为Vo1.55V，输出频率10.08HZ,波形有较小的失真,这
13、是由于元件参数的精度较低导致的,该振荡器的设计符合设计规定。第3章 课程设计总结本次课设是完毕一种高频晶体正弦波振荡器的设计，一方面在Misi软件环境下进行电路原理图的设计、绘制和仿真,然后对电路中的各个部分进行调节修改，按照设计的电路原理图完毕实物的连接,连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到设计规定的输出波形。本次高频课程设计对我们的总体电路的设计的规定更严格，需要通过翻阅复习此前学过的知识确立了实验总体设计方案,然后逐渐细化进行各模块的设计；另一方面，在电路仿真的过程中总会浮现某些问题,需要我们细心解决，因此这周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高;再次,通过本次课程设计,我对设计所用到的软件有了更加深刻地理解,这对我们后来的工作和学习的协助都很有用处。固然，通过了课程设计,我也发现了自己的诸多局限性。但是通过自己的动手动脑，既增长了知识,又给了我专业知识以及专业技能上的提高，我也会更加努力,认真学习,争取在后来的课程中做得更好!在这次课设中，我一方
