LC正弦波振荡器.docx
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LC正弦波振荡器
概述
振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。
凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。
如:
无线电发明初期所用的火花发射机、电弧发生器等,都是振荡器。
现在,使用电子管、晶体管等器件与L、C、R等元件组成的振荡器则完全取代了以往所有产生振荡的方法,因为它具有以下的优点:
它将直流电能转变为交流电能,而本身静止不动,不需作机械转动或移动。
如果用高频交流发电机,则其旋转速度必须很高,最高频率也只能达50Hz,但却需要很坚实的机械构造。
它产生的是“等幅振荡”,而火花发射机等产生的是“阻尼振荡”。
使用方便,灵活性很大,它的功率可自毫瓦级到几百千瓦,工作频率则可自极低频率至微波波段。
振荡器根据自身输出的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器,正弦波振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用;而非正弦振荡器能产生出矩形波(方波)、三角波、锯齿波等信号,这些信号可以用于测量设备、数字系统、自动控制及计算机设备中。
本设计讨论的就是正弦波振荡器。
目录
第一章实验目的4
1.1学习熟悉频率计的使用方法4
1.2掌握常用振荡器的工作原理4
1.3掌握正弦波振荡器的分析方法4
1.4加深对Multisim等仿真软件的了解4
第二章总体方案5
2.1LC振荡器的基本工作原理5
2.2电路形式的选择5
2.3晶体管的选择5
2.4偏置参数选择5
2.5电路回路参数的选择5
2.6震荡器的调整6
第三章实验内容7
3.1电容三点式振荡器7
3.2电感三点式振荡器8
3.3改进型电容反馈振荡器8
第四章仿真实验10
4.1电感三端是正弦波振荡器的仿真10
4.2电容三端是正弦波振荡器的仿真12
4.3克拉波振荡器电路的仿真13
4.4西勒振荡器电路的仿真14
第五章心得体会15
第六章参考文献16
第一章实验目的
1.1学习熟悉频率计的使用方法
1.2掌握常用振荡器的工作原理
本次主要用到的振荡器有电感三点式振荡器、电容三点式振荡器、克拉泼振荡器和西特振荡器,通过实验应了解其基本工作原理及其特点。
1.3掌握正弦波振荡器的分析方法
研究不同反馈系数、不同静态工作点对正弦波振荡器的起振条件、震荡幅度和震荡波形的影响;观察外界因素变化对震荡幅度、震荡平率的影响,从而理解正弦波振荡器的基本性能特点,并从中学习正弦波振荡器的基本设计、分析和测试方法。
1.4加深对Multisim等仿真软件的了解
第二章总体方案
2.1LC振荡器的基本工作原理
一套振荡回路,包含两个(或两个以上)储能元件。
在这两个元件中,当一个释放能量时,另一个就接收能量。
释放与接收能量可以往返进行,其频率决定于元件的数值。
一个能量来源,补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。
在晶体管振荡器中,这个能源就是直流电源。
一个控制设备,可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失,以维持等幅振荡。
这是由有源器件和正反馈电路完成的。
2.2电路形式的选择
LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。
振荡电路主要根据频率的范围、波段宽度及频率稳度的要求来选择。
2.3晶体管的选择
从稳频的角度车发,应选择特征频率
较高的晶体管,这样晶体管内部相移较小。
通常选择
大于3到10倍的最高工作频率
。
同时希望电流放大系数
大些,这样既容易震荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合。
2.4偏置参数选择
为保障振荡器起振的振幅条件,起始工作点应设置在线性放大区;从稳频出发,稳定状态应在截至去,而不应在饱和区,否则回路的有载品质因数
将降低。
所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流去,电路应采用自偏压。
2.5电路回路参数的选择
选择回路参数主要是根据满足振荡频率,满足起振条件并有足够的震荡幅度和规定的频率稳定度等因素加以考虑。
若从频率稳定角度出发,回路电容C应尽可能取大些;电感L也应尽可能大,但L打后,体积大,分布电容大,L过小,回路的品质因数则会过过小,因此应合理地选择回路的C、L。
2.6震荡器的调整
加电后首先用数字万用表测量各极工作电点,调整偏置电阻使工作点电流为2MA左右,用示波器观察输出波形,微调偏置点位器使输出波形不失真且幅度较大。
第三章实验内容
3.1电容三点式振荡器
图3.1电容三点式振荡电路
该振荡器又称考毕兹振荡器,图3.1为电容三点式震荡电路的一种常见形式。
电容三点式振荡器的谐振频率为
在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率,即
放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压Vop和输入电压Vip来确定,即
3.2电感三点式振荡器
电感式三点振荡器又称哈特莱振荡器,利用类似于电容三点式振荡器的分析方法,也可以求的电感三点式振荡器的振幅起振条件和震荡频率,区别自语这里以自耦合代替了电容耦合。
3.3改进型电容反馈振荡器
基本的电容三点式振荡器,由于晶体管各极直接和LC回路远近啊L、
、
并联,而晶体管各极间电容又随外界因素的变化而变化,因此造成振荡器的频率稳定度差。
为了提高振荡器的频率稳定度,可以采用改进型的电容反馈振荡器:
克拉泼振荡器和西勒振荡器。
其中克拉波振荡器的震荡频率几乎与
、
无关,提高了频率稳定度。
在西勒振荡器电路中,由于电容与电感并联,所以电容的变化不会影响回路的接入系数,如果使其中一个电容固定,可以通过改变令一电容的值来改变震荡频率。
克拉波振荡器:
其中
所以
3个电容串联后的等效电容为
于是,振荡角频率
西勒振荡器:
西勒振荡器电路时在克拉伯振荡器电路的基础山本刚,在电感L两端并接可变电容
,此时回路总电容为
所以振荡频率为
第四章仿真实验
4.1电感三端是正弦波振荡器的仿真
图4.1电感反馈震荡电路
通过改变回路电容
的数值,测试电路的震荡频率,并用虚拟示波器观察输出波形的变化,其仿真结果如下:
4.2电容三端是正弦波振荡器的仿真
图4.2电容三段式震荡电路
该电路的仿真结果如下图:
4.3克拉波振荡器电路的仿真
图4.3克拉伯震荡器电路
克拉波振荡器起振的过度时间较长,需要经过一段时间后才能输出稳定的正弦信号,其仿真结果如下:
4.4西勒振荡器电路的仿真
图4.4西勒震荡电路
其仿真波形如下图所示:
第五章心得体会
通过本次课程设计,我深深了解到学习高频电子线路的不易,虽然过程艰辛,结果也不尽如人意,但在实验的过程中,我对正弦波震荡电路有了更进一步的了解。
明白了正弦波振荡器的分类方法以及各个类型电路的震荡波形。
也逐渐对振荡器的振荡频率、震荡幅度等相关技术指标有了一定的了解。
在本次的设计报告中,我遇到了许多不明白的问题,通过不断的查阅资料和向别人询问,解决的不少的问题,在这个有不懂到懂的过程中,我深深的体会到,只要勤学好问,认真学习,没有什么问题是不可解决的。
在以后的学习乃至工作中,我必然还会遇到许多的难题,虽然问题的种类不同,解决问题的方法也不会一样,但解决问题的心态却是一样的,只要有决心,通过学习,一切难题都会被解决的。
总之本次课程设计使我学到了很多有用的东西,我期待还有下一次机会让我继续学习成长。
第六章参考文献
杨霓清.高频电子线路实验及综合设计机械工业出版社2009.4
康小平王荣高频电子线路实验西安电子科技大学出版社2009.5
黄扬帆高频电路实验重庆大学出版社2007.10
张肃文高频电子线路高等教育出版社2004.11
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