高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

合 肥 学 院

通信技术创新课程设计报告

题 目：高频振荡器与射随放大电路的研制

系 别：10电子系

专 业：通信工程

班 级：1班

学 号：1005072013，1005074031，1005074036

姓 名：吴俊文，贾军，吴宁华

导 师：顾娟娟

成 绩：

2014年 1 月 6 日

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

《通信技术创新课程设计》任务书

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

目 录

1 题目分析 ..................................................................................................................................... 3

1.1 题目要求 .......................................................................................................................... 3 1.2 题目分析 .......................................................................................................................... 3 2 总体方案设计 ............................................................................................................................... 4

2.1方案设计思路 ..................................................................................................................... 4 2.2方案比较与论证 ................................................................................................................. 4 2.3 射随电路 ............................................................................................................................ 6 3 系统设计....................................................................................................................................... 7

3.1整体框图 ............................................................................................................................. 7 3.2 参数计算与元器件选择 .................................................................................................... 7 3.3 总体电路设计 .................................................................................................................... 9 4 已论证方案的仿真调试 ............................................................................................................... 9 5电路焊接与测量 .......................................................................................................................... 11

5.1实物焊接 ........................................................................................................................... 11 5.2实际测试 .......................................................................................................................... 11 5.3.硬件测试记录 .................................................................................................................. 12 6总结 ............................................................................................................................................. 12 7 参考文献..................................................................................................................................... 13 8附录 ............................................................................................................................................. 14

附录1:问题修改记录 ............................................................................................................. 14 附录2:元器件清单 ................................................................................................................. 15

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

1 题目分析

1.1 题目要求

1.1.1 设计任务

设计并制作一台高频函数信号发生器。

1.1.2 设计要求

此次题目的具体要求为： （1）谐振频率fo=6.5MHz；

（2）频率稳定度Δfo/fo≤5×10-4/小时； （3）输出电压VO=1V；

1.2 题目分析

正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路，框图如图1所示。如果放大电路的输入端外接一定频率、一定振幅的正弦波信号

，经过基本放大电路和反馈网络所构成的环路传输后，在反馈网络的输出端Xa

。 在大小和相位上都一致， 与X ，得到反馈信号X如果X那么除去外接信号Xaaff

而将反馈网络输出端与基本放大电路输入端直接相连形成闭环系统，其输出端可

F AF 1和相位能继续维持与开环时一样的输出信号。若满足振幅平衡条件A

，则闭环系统就能持续输出与开环时一样的平衡条件 a f 2n ，n 0,1,2，

输出信号。为保证输出稳定在LC选频网络后加射极跟随器。

图1 正反馈放大电路框图（左）与正弦波振荡电路框图（右）

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

2 总体方案设计

2.1方案设计思路

高频函数信号发生器输出正弦波信号的方法有数字方法和模拟方法，数字方法是通过数字电路产生方波，再通过滤波输出正弦波。而模拟方法是通过振荡电路输出正弦波信号。考虑到题目要求本次方案选用的是模拟方法输出正弦波较合适。而在模拟电路振荡器中有LC振荡器、RC振荡器、石英振荡器三种方案可供选择。经分析，RC正弦波振荡器频率在1Hz-1MHz范围内，不符合设计要求。石英正弦波振荡器因其频率不可调同样不可取。所以本方案选择LC正弦波振荡器，基本符合设计要求。LC正弦波振荡器有三种振荡器，分别为考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。下面对这三份方案分别进行论证并比较。

2.2方案比较与论证

2.2.1电容三点式振荡器

电容三点式振荡器电路图如图2所示。

图2电容三点式振荡器电路

理论计算振荡器的频率为：f

波形频率约为6.5MHz

12 LC

7MHZ其波形震荡极不稳定，

调节改变频率时，反馈系数也改变。由于极间电容对反馈振荡器的回路电抗均影响，对振荡频率也会有影响。极间电容受环境温度、电源电压等因素的影响较大，所以电容三点式振荡器的频率稳定度不高，不适合本题所选振荡器要求。

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

2.2.2 克拉泼振荡器

克拉泼振荡器电路图如图3所示

图3 克拉泼振荡电路

因为C6为可调电容远小于C1或C2，所以电容串联后的等效电容约为C6。

电路的振荡频率为：

fo 1/2

缺点是克拉泼振荡器频率覆盖率较小，仅达1.2-1.4； 为此，克拉泼振荡器适合与作固定频率的振荡器 ，不适合作为本题振荡器。

2.2.3西勒振荡器

西勒振荡器电路图如图4所示：

图4 西勒振荡器电路

电路特点是振荡频率的稳定度高，调整范围大。电路的振荡频率为：

fo

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。

输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试，信号波形如图5所示，调整C5

观测震荡信号的波形和频率变化。

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

图 5西勒振荡器输出信号波形

方案选择：

从以上的讨论，分析不同振荡电路的性能指标及电路复杂程度。

采用西勒振荡电路，因为西勒振荡器的接入系数与克拉泼振荡器的相同，由于改变频率主要通过C5完成的，C5的改变并不影响接入系数p，所以波段内输出辅导较平稳。而且C5改变，频率变化较明显，故西勒振荡器的频率覆盖系数较大，可达1.6~1.8。

所以采用第三种设计方案完成设计任务。

2.3 射随电路

射随电路用射极跟随器实现，原理图如下图6所示：

图6 射随电路

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

3 系统设计

3.1整体框图

图

7 整体框图

3.2 参数计算与元器件选择

直流通路如右图所示，下面通过计算说明各个元器件值的选取。 电源选取12V的是为了提供偏置电压。

V

=VCC BQ

R1 R2

2

，实测得 280,工程上一般取VBQ=（3~5）

V,I1 (5~10)IBQ,这里取VBQ=4V，I1 8IBQ。设静态工作点为（VCEQ，ICQ）=（6V，2mA）因为ICQ 则

I

EQ

V

BQ

VBEQ

R

CQ

4

V

R

BQ4

,

R4 2K。I1 I2

VCC

8IBQ, R1R2

I

I

BQ

0.02mA，则

R1 R2=75K，又因为V

CEQ

R R

1

2

2

=

1

，所以R1=50K，R2=25K，3

VCC ICQ(R3 R4) 故可得

2

R

3

=1K。综上述计算可得

R=50K，R

1=25K，R3=1K ，R4 2K。

交流通路如右图所示 由电路知识可得

F C

23

①

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

C C5

1

4

CCC

2

11

1

3

C4 C5 ②

f

12 LC

5

1

2 L(C4 C5)

由于题目要求频率范围在6MHZ——7MHZ，通过计算可以得出结论：

C C

4 52PF 70PF左右。所以在选择时，前者C4采用47pf左右的瓷片电

容，后者C5用一个30pf可调电容相匹配。

在本电路中C4的大小对电路性能有很大影响。因为频率是靠调节C5来改变的，所以C4不能选的过大，否则振荡频率主要由C4和L决定，因而限制频率调节的范围。此外C4过大也不利于消除晶体管极间电容的影响。反之，如何

C

4

选的过小，则使得振荡幅度比较小了。在这里通过不断试验我们选取52pF

是比较合适的。在短波通信里C5常在20pF~360pF范围内选取。我们这里选取的是4~25pF。

对于C2和C3的选择由②式知C2 C4,C3 C4，而工程上反馈系数F取0.1~0.5。通过测试我们发现了C2和C3影响了起振时间，通过不断尝试我们发现C2=220pF，C3=680pF的时候各项指标是最好的。

L的选取有大致的标准，通常振荡频率为1MHZ时，L在10uH以上，10MHZ时L大于1uH，这里选取10uH。

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

3.3 总体电路设计

图10 总体电路图

4 已论证方案的仿真调试

经过上述的电路原型与改进方案的论证与选择后，我们对选择好的电路进行了详细的参数计算，并利用Multisim.V12进行了仿真，并根据仿真结果对电路进行了调整，仿真结果如下：

图11 波形仿真

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

图12 输出电压测试

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

5电路焊接与测量

5.1实物焊接

我们根据仿真电路进行了电路的焊接。在焊接中，我们按照老师提出的要求尽量使得布线过程中各个焊接拐点呈现圆弧形以减小干扰。同时，在实际焊接中我们在原有的仿真电路的输出端添加了一个5nF的耦合瓷片电容，同时，由于我们实际测得电源纹波较小，我们去除了电源与地级之间的耦合电容。同时，由于不存在50pF的瓷片电容，我们用47pF的瓷片电容作为替代。此外R2改为15kΩ

输出电压更接近1V要求，实物图如下：

图13 电路板

5.2实际测试

（1）测试电路

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

图14 测试电路

（2）测试波形

图15 测试波形

5.3.硬件测试记录

测量时间：2014年1月8日 数据记录（室温下）

6总结

本设计系统经过多次测量，基本满足了设计要求所需的各项指标。故在系统设计过程中，力求硬件线路简单明了，整体美观，发挥硬件功能，来满足系统设计要求。但是因为时间没安排好，该系统还有许多不足之处还没改进，比如频率稳定度和输出电压精确度问题等，我们将在之后的学习中加以改进。

在本次设计的过程中，我也遇到了许多突发事件和各种困难，如不起振，幅度达不到要求，输出波形上下不对称，但通过仔细分析和自我状态调整后解决了部分问题。在这个、过程中我们深刻地体会到学好专业课的重要性，提高了自己解决问题的能力的重要性。

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

7 参考文献

[1] 华中理工大学电子学教研室编，康华光主编．电子技术基础模拟部分[M]．第4版．北京：高等教育出版社，1998：197—218

[2]《电子线路设计·实验·测试》 第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社

[3]《高频电子线路实验与课程设计》，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社 [4]《高频电路设计与制作》，何中庸译，科学出版社

[5]《通信电子线路》Ⅱ 主编：刘泉 出版社：武汉理工大学出版社

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

8附录

附录1:问题修改记录

高频振荡器与射随放大电路的研制 合肥学院

附录2:元器件清单

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kts1.html