通信电子线路课程设计 电容耦合谐振电路设计

1、通信电子线路课程设计 学 院： 电 气 工 程 学 院 题 目： 电容耦合谐振电路设计 起止时间： 2015年12月15日至2015年12月31日 学 生 姓 名： 专 业 班 级： 通信工程 指 导 教 师： 教研室主 任： 院 长： 2015年12月15日通信电子线路课程设计任务书学 院： 电气工程学院 题 目： 电容耦合谐振电路设计 起止时间： 2015年12月15日至2015年12月31日 学 生 姓 名： 专 业 班 级： 通信工程 指 导 教 师： 教研室主 任： 院 长： 2015年12月15日摘要：所谓耦合电容，又称电场耦合或静电耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式，

2、简单来说就是用于耦合作用的电容。耦合电容的作用是将前级信号尽可能无损耗地加到后级电路中，同时去掉不需要的信号。例如，耦合电容能在将交流信号从前级耦合到后级的同时隔开前级电路中的直流成分，这是因为电容具有隔直通交的特性。电容耦合又可分为典型耦合电路，实用型耦合电路，同类电容耦合电路等。对不同频率的信号产生不同的衰减和相移RC组成的耦合电路与单独一个耦合电容电路也有区别，除了衰减以外还产生了相移。在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。如果调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。

3、电容耦合谐振电路便是结合这两个知识点进行设计。关键词: 耦合 谐振电路 静电耦合 电容Abstract: the so-called coupling capacitors, also known as the electric field coupling or electrostatic coupling, is due to the distributed capacitance and produce a kind of coupling, in simple terms is used for coupling capacitance coupling capacitance is

4、the first level signal as much as possible without loss is added to the circuit level, and remove the need of signal. For example, coupling capacitance in AC signal the former stage is coupled to the stage at the same time separated from the front stage circuit in DC components, this is because the

5、capacitor with a vibration through the characteristics of capacitive coupling can be divided into typical coupling circuit. The practical circuit, the same circuit. The different frequency signal attenuation And phase-shift RC consisting of coupled circuit and separate a capacitance coupling circuit

6、 is also different, in addition to the attenuation outside also produced phase shift. In a resistor R, inductor L and a capacitor C in AC circuits, and both ends of the circuit and the voltage and the current phase is generally different. If the regulator circuit element (L / C) parameters and power

7、 frequency can make them the same phase, the whole circuit presented is purely resistive. Circuit to achieve this state is called as resonant. Capacitance coupled resonant circuit are combined with the two knowledge of design.Key words: coupled capacitor；resonant circuit目 录1.设计任务11.1设计要求：12.原理电路和程序设

8、计12.1电路原理12.2 电容谐振电路原理12.3 LM741介绍32.4 电容耦合电路43. 电路仿真结果73.1 电容谐振电路电路图73.2误差分析94. 心得总结105. 参考文献116. 附录12附录1 实物图12iii1.设计任务1.1设计要求：完成电容耦合谐振电路原理图设计，完成原理图仿真与分析(可选用Multisim)，完成实物制作，并完成设计报告2.原理电路和程序设计2.1电路原理本次设计分为两个电路：即电容谐振电路和电容耦合电路结合构成电容耦合谐振电路，接下来分别对这两个电路进行分析：2.2 电容谐振电路原理常用的正弦波振荡电路有RC和LC两种电路,LC振荡器和晶体振荡器用

9、于产生高频正弦波，RC一般用于产生低频正弦波，所以低频段选用RC振荡器,其电路输出功率小,频率较低;高频段选用LC振荡电路,其输出的功率、频率都要高一些;频率稳定度要求高时,一般采用电容三点式振荡电路。若从波形的种类和精度两方面考虑时,要生成正弦波时,选用文氏电桥振荡器,更易组成外稳幅振荡器。正弦振荡电路一般包括两个部分：放大电路A和反馈电路F，如图2.2.1所示：图2.2.1 正弦振荡电路简易图由于振荡电路不需要外界输入信号，因此，通过反馈网络输出的反馈信号Xf就是基本放大电路的输入信号。该信号经基本放大电路放大后，输出为Xo，若能使Xf与Xid大小相等，极性相同，构成正反馈电路，那末这个电

10、路就能维持稳定的输出。因而，可引出正弦振荡条件。由图可知：而Xf=Fxo当时，则有：。上述条件可写成，称幅值平衡条件。即放大倍数A与反馈系数F乘积的模为1，表明振荡电路已经达到稳幅振荡，但若要求电路能够自行振荡，开始时必需满足的起振条件。由Xf与Xid极性相同，可得：称相位平衡条件，即放大电路的相角和反馈网络的相角之和为，其中n为整数。要使振荡电路输出确定频率的正弦信号，电路还应包含选频网络和稳幅电路两部分。选频电路的作用使单一频率的信号满足振荡条件，稳幅电路能保证电路的输出幅度是稳定不失真的，这两部分电路通常可以是反馈网络，或放大电路的一部分。RC正弦振荡电路也称为文氏桥振荡电路。它的主要特

11、点是利用RC串并联网络作为选频和反馈网络。如图2.2.2所示图2.2.2 文氏桥振荡电路电路由RC串并联选频网络和同相放大器组成。运放构成同相输入的比例放大器,RC串并联网络,将输出电压反馈到集成运放的同相输入端,形成正反馈。根据产生正弦振荡的相位条件,可得电路的振荡频率为:当,时，实际上,运算放大器的开环放大倍数是有限的,为满足赋值条件示电路易于起振，应使略大于。2.3 LM741介绍CA1458，CA1558（双运放）;CA741C，CA741，LM741（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。这些类型还具有广泛的共同模

12、式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。10k电位器是用于抵消调零类型CA741C，CA741（见图2.1.2.1）类型CA1458，CA1558没有具体的终端抵消调零。每一类运放包括一个差分输入放大器有效驱动增益和发射极跟随互补输出。图2.3.1 LM741CM管脚图图2.3.2 LM741CM内部原理图2.4 电容耦合电路回路耦合系数与耦合电容关系证明电容耦合电路如图2.4.1所示。其耦合系数定义为:电容耦合电路中耦合元件电抗值与初次级电路中与耦合元件同性质两电抗值几何平均值之比。图2.4.2所示电容耦合电路中,输出与输入电路通过CC、C1、C2(组成型连接形式)相互耦合。电

13、容耦合电路的耦合系数不易直观地由其定义直接得到。图2.4.1 回路耦合电容为此,首先将其C1、C2、CC的型连接形式等效变换为Y型连接形式。同时,将输入级并联的电阻R1(包括L1的等效损耗电阻)与电感L1转换为串联的r1与L1,将输出级并联的电阻R2(包括L2的等效损耗电阻)与电感L2转换成串联的r2与L2。r1和r2分别为R1和R2并串变换后得到的电阻。为了简化计算,假定电阻R1和R2很大,这时可以认为,。由此得到图2.4.2所示的等效电路(忽略信号源内阻)。图2.4.2 等效电路在图2.4.1中,令, , ；在图2.4.2中,令，；根据电路的“-Y”等效变换原理可知： (3) (4)(5)

14、将式(1)、(2)两式分别代入到式(3)、式(4)、式(5)并化简后,可得图2.1.3.1电路电容与图2.1.3.2电路电容对应关系为(6)(7)(8)由电路可知,为初、次级回路的公共耦合电抗元件,初级回路的容性元件包括和次级回路的容性元件包括和。根据耦合系数定义,可得耦合系数k(也即图1电路耦合系数)为(9)将式(6)(8)代入式(9)并整理化简,可得电容耦合电路耦合系数k为(10)通常,初、次级电路参数相同,即,由耦合系数定义可知,任何耦合电路的耦合系数都是无量纲且小于1的正常数。实际上,电容耦合回路通常满足CC远小于C,故。通常,由于电容耦合电路初、次级电路是对称的,即,而且具有相同的品

15、质因数。在分析电容耦合电路频率特性时,为分析方便,常引入反映耦合程度的另一参数,即耦合因数,并定义(式中电导)。显然,。电容耦合电路实际中大多工作在的临界耦合状态。下面以的临界耦合情形为例,讨论耦合电容 选择原则和步骤:（1）由实际设计提出的电路谐振频率和通频带B算出初、次级电路等效品质因数Q。即(12)（2）确定初、次级电路电容(13)空载品质因数为式中R0为电感L自身并联等效损耗电阻,而一般情况下Q0为几十到一百左右,R0的阻值通常为几十千欧左右,故L/C约在几千欧上下。根据实际需要确定C。（3）由等效品质因数Q和耦合因数确定耦合系数k。由于临界耦合情形,注意。所以,求得的等效品质因数Q可

16、确定耦合系数k。（4）确定耦合电容CC。因为,所以,故由k和C可确定耦合电容。设计电容耦合电路小信号图及原理图2.4.3 电容耦合小信号图本电路供电电源直流：2V-12V；最大输入信号电压为0.02V。R9，R2，R1，R4，R6,C2，Q1用于组成第一级放大电路，C2为旁路电容，R10，R3，R8，R7组成第二级放大电路，C5是消振电容，R5，C1，C3用于信号的耦合。在调试电路的时候根据实际的供电电源，必须先调整R9使第一级放大电路工作在放大区，在调整R10使第二级放大电路，使其也工作在放大区，然后输入信号，查看信号放大情况。3. 电路仿真结果3.1 电容谐振电路电路图按图3.1.1连接，

17、可得到正弦振荡电路：图3.1. 1 正弦振荡电路调节滑动变阻器R5，使电路产生正弦振荡，用示波器来观察波形。下图为振荡电路产生的波形图。图3.1.2 谐振电路波形下图为耦合电容电路电路图：图3.1.3 耦合电容电路图图3.1.4 电容耦合电路波形图 下图为函数发生器的参数显示。图3.1.5 函数发生器示数3.2误差分析由于两个图都有滑动变阻器，需要通过滑动来找到合适的值以得到合适的波形，因滑动变阻器没有准确的数值，故存在少量误差。4. 心得总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理

18、解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，虽说有时确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋; 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好?我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但