电子信息工程专业《高频电子线路》课程设计

1、专业： 电子信息工程 学号： 0414120222 Hebei Normal University of Science & Technology高频电子线路课程设计 题 目： RC正弦波振荡电路 院（系、部）： 机电工程学院 学 生 姓 名： 张金鹏 指 导 教 师： 杜殿会 杨英 2014年 12月 4 日河北科技师范学院教务处制 0摘 要摘 要 本设计的主要电路采用文氏电桥振荡电路。如图1-1文氏桥振荡电路由放大电路和选频网络两部分组成,施加正反馈就产生振荡，振荡频率由RC网络的频率特性决定。它的起振条件为： ，振荡频率为：。运算放大器选用LM741CN,采用非线性元件（如温度系

2、数为负的热敏电阻或JFET）来自动调节反馈的强弱以维持输出电压的恒定，进而达到自动稳幅的目的，这样便可以保证输出幅度为2Vp-p；而频率范围的确定是根据式fo=1/2RC以及题目给出的频率范围来确定电阻R或电容C的值，进而使其满足题目的要求关键词： 文氏电桥、振荡频率、LM741CN、JFET1目 录目 录摘 要11设计任务及要求31.1设计任务31.2要求32 方案论证33 单元电路设计74 电路原理图及PCB版图85 总结12附录及参考文献1320河北科技师范学院电子信息工程本科2012级高频电子线路课程设计 1 设计任务及要求1、 主要任务：1.1 设计任务及技术指标 设计一个正弦波振荡

3、电路，使它能输出频率一定的正弦波信号，振荡频率测量值与理论值的相对误差小于±5%，电源电压变化±1V时，振幅基本稳定，振荡波形对称，无明显非线性失真。1.2 设计要求1.2.1 设计方案（1） 按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较；（2） 以模拟器件电路为主，设计一个正弦波振荡电路（实现方案）；1.2.2 实现方案（3） 根据设计的实现方案，画出电路逻辑图和装配图；（4） 查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；（5） 自拟调整测试方法，并调试电路使其达到设计指标要求；2 方案论证正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡二产生正弦波输出电压的

4、电路，在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，所以电路中一定要引入正反馈；二是要有外加的选频网络用以确定振荡频率。通常可以将正弦波振荡电路分解为下图a所示的方框图，上一个方框为放大电路，下一个方框图为反馈网络，反馈为正，当输入量为零时，反馈量等于净输入量。 A F+Xi=0XiXoXf 图a 电路引入正反馈 A FXiXoXf 图b 反馈量作为净输入量如图b所示。由于电扰动，电路产生一个幅值很小的输入量，其中的频率分量丰富，而如果电路只对f0的正弦波产生反馈过程，则输出信号Xo Xf(Xi)Xo在正反馈过程中，Xo越来越大。由于晶体管的非线性特性，当Xo的幅值增大到一定程度时，放大倍

5、数的数值将减小。因此，Xo不会无限制的增大，当Xo增大到一定数值时，电路达到动态平衡。这时，输出量通过反馈网络产生反馈量作为放大电路的输入量，而输入量又通过放大电路维持着输出量，写成表达式为 Xo=A·Xf=AF·Xo也就是说正弦波振荡的平衡条件为AF=1。本实验采用RC串并联选频网络作为正反馈网络，下面就RC串并联网络进行实验论证。1）RC串并联选频网络RC串并联选频网络如下图（a）所示，它在正弦波振荡电路中既为选频网络，又为正反馈网络，所以其输入电压为 ，输出电压为 当信号频率足够低时， ，因而网络的简化电路及其电压和电流的向量如图(b)所示。 超前 ，当频率趋于零时，

6、相位超前趋近于+900，且趋近于零。 当信号频率足够高时， ，因而网络的简化电路及其电压和电流的向量如图（c）所示。 滞后 ，当频率趋近于无穷大时，相位滞后趋近于-900，且 趋近于零。当信号频率从零逐渐变化到无穷大时， 的相位将从+900逐渐变化到-900。因此，对于RC串并联选频网络，必定存在一个频率f0，当f=f0时， = 同相。通过计算可求出RC串并联选频网络的频率特性，如下图所示，其谐振频率。 2）RC桥式正弦波振荡电路：因为正弦波振荡器的起振条件是 ，从幅频特性曲线可得，当f=f0时，F=1/3，所以当A>3时，即RC串并联选频网络匹配一个电压放大倍数略大于3的正反馈放大器时

7、，就可构成正弦波振荡器。 从理论上讲，任何满足放大倍数要求的放大电路与RC串并联选频网络都可组成正弦波振荡电路；但是，实际上，所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，以减小放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络。因此，通常选用引入电压串联负反馈的放大电路，如同相比例运算电路。 由RC串并联选频网络和同相比例运算电路所构成的RC桥式正弦波振荡电路如图所示。正反馈网络的反馈电压 是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电压放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件Rf的取值应略大于2R1。为了稳定输出电压的幅

8、值，应在电路中加入非线性环节。例如，可选用R1为正温度系数的热敏电阻。当Uo因某种原因而增大时，流过Rf和R1的电流增大，导致温度升高，因而R1的阻值增大，从而使得Au数值减小，Uo也就随之减小。 3单元电路设计与参数计算1）放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制，本实验采用multsim7中的通用集成运放电路，Aod=50000，正负输入端电压VSW±=±21V2)选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一的频率振荡，即保证电路产生正弦波振荡，本实验要求产生1KHz的正弦波，采用RC串并联选频网络，中心频率f0=1KH

9、z，=1/RC,则f0=1/2RC，故选取C2=0.01uF, R2=16KOhm3)正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号，因为当f=f0时，F=1/3，所以 A=Au=3,根据起振条件及幅值平衡条件Au=Uo/Up=1+Rf/R13本实验采用二极管作为非线性环节，则此时比例系数Au=1+(Rf+rd)/R1,故取Rf=1.8KOhm,R1=1kohm4)稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号的幅值稳定，本实验采用双向二极管并联作为稳幅环节，利用电流增大时二极管动态电阻减小，电路减小时二极管动态电阻增大的特点，从而使输出电压稳定4 电路原理图及PCB版图1.电路原理图

10、PCB版图5、安装与调试利用multsim10软件进行仿真，仿真结果如下：下图为振荡电路起振的过渡过程下图为稳定振荡时各点的波形下图为当电路达到动态平衡时的输出，和1KHZ正弦波的波形比较由图可知，电路的输出与正弦波基本吻合，周期T=1.008ms,频率f0=992Hz,除去稳幅环节的非线性误差及不可避免的系统误差，数据满足设计要求。6结论与心得本次课程设计令我感触颇深，在实验的过程中令我明白到书本知识的重要性，要对书本的知识有比较深刻的了解才能对电路进行设计。当对书本知识有一定的了解后，就会考验到自己的动手能力，只有经过实践才能把知识理解得更透彻，而且如果要进行设计的话就要对一些元件有一定的

11、了解，这过程中，令我印象深刻，令我深刻地体会到实践的重要性，因为不通过实践是无法检验出到底是正确还是错误的。只有通过实践才能更加地深入地去了解它的工作原理，才可以更好地发现问题，可以很好地锻炼自己的动手能力和应变能力。感谢学院给我们这次课程设计的机会，感谢牧仁老师的悉心指导，牧仁老师严谨治学的态度让我十分钦佩，这次的课程设计令我知道动手操作是远比自己想象复杂，因为在这过程中会出现很多自己没有预料到的问题要解决，不过只有这样才能更好地提高自己。虽然在这过程中曾经感到过厌烦，然而，在一步一步的改进中走向成功的那种感觉是无比的兴奋的。当自己的努力得到回报时那种心情是难以形容的，而且这样更加增加了自己

12、的兴趣。附录及参考文献参考文献1童诗白，华成英， 模拟电子技术基础 。 第四版 ，北京：高等教育出版社，2006年5月， 513-5402熊伟，侯传教，梁青，孟涛等，mulsim7电路设计及仿真应用。第一版，北京：清华大学出版社，2005年7月3彭介华，电子技术课程设计指导。第一版，北京：高等教育出版社，1997年10月附录1. 元件器件明细表Part TypeDesignatorFootprintDescription0.01uFC2Capacitor0.01uFC1Capacitor1.8KR210KR116KR416KR3DIODED1DiodeDIODED2DiodeOPAMPOper

13、ational AmplifierOperational AmplifierOperational Amplifier2. LM741CN集成运算放大器相关资料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4 ）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

14、互补输出。技术数据类型与相应的台湾CA品牌同类型。 图1 CA741C，CA741，LM741封装管脚图 图2 CA1458，CA1558 ，LM1458封装引脚功能图 上图为金属罐形封装 下图为DIP塑封CA741,CA741C,LM741,LM741C芯片引脚和工作说明1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源，8空脚CA1458, CA1558, LM1458：芯片引脚和工作说明Rfp838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸1输出端A 2反向输入端A 3正向输入端A 4接地 5

15、正向输入端B 6反向输入端B 7输出端B 8电源+图3 内部电Absolute Maximum Ratings绝对最大额定值 参数 项目 数值 单位 电源电压 CA741C, CA1458, LM741C, LM1458 36 V CA741, CA1558, LM741 44 V Differential Input Voltage差分输入电压 30 V Input Voltage输入电压种类 +/- - - Maximum Junction Temperature (Plastic Package)最大结温（塑料包装） - 150 Maximum Junction Temperature

16、(Can Package)最大结温（金属罐封装） - 175 Temperature Range工作温度范围 CA741, CA1558, LM741 -55 - 125 CA741C, CA1458, LM741C, LM1458 0-70 Ordering Information订购信息PART NUMBER零件编号Electrical Specifications Typical Values Intended Only for Design Guidance, VSUPPLY = ±15V 电气规格典型值只用于设计指导， VSUPPLY = ± 15VPARAMET

17、ER参数 SYMBOL 符号 TEST CONDITIONS 测试条件 TYPICAL VALUE (ALL TYPES)典型值(所有类型) Rfp838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 UNITS 单位 Input Capacitance 输入电容 CI - 1.4 pF Offset Voltage Adjustment Range 失调电压调整范围 - - ±15 mVOutput Resistance 输出电阻 RO - 75 Output Short Circuit Current 输出短路电流 -

18、- 25 mA Transient Response Rise Time 瞬态响应上升时间 tr 单位增益, VI = 20mV, RL = 2k, CL 100pF 0.3 s Overshoot 过冲电压 O.S. 5.0 % Slew Rate (Closed Loop) 压摆率（闭环） SR RL 2k 0.5 V/s Gain Bandwidth Product 带宽增益 GBWP RL = 12k 0.9 MHz Rfp838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸Electrical Specifications

19、For Equipment Design, VSUPPLY = ±15V电气规范设备设计， VSUPPLY = ± 15VPARAMETER参数 TEST CONDITIONS测试条件 TEMP 温度() Rfp838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 (NOTE 4) CA741, CA1558, LM741 (NOTE 4) CA741C, CA1458, LM741C, LM1458 UNITS 单位 最小 典型 最大 最小 典型 最大 Input Offset Voltage 输入失调电压 RS

20、 10k 25 - 1 5 - 2 6 mV Full - 1 6 - - 7.5 mV Input Common Mode Voltage Range 输入共模电压范围 - 25 - - - ±12 ±13 - V Full ±12 ±13 - - - - V Common Mode Rejection Ratio 共模抑制比 RS 10k 25 - - - 70 90 - dB Full 70 90 - - - - dB Power Supply Rejection Ratio 电源抑制比 RS 10k 25 - - - - 30 150 V/V F

21、ull - 30 150 - - - V/V Input Resistance输入阻抗 - 25 0.3 2 - 0.3 2 - M Electrical Specifications For Equipment Design, VSUPPLY = ±15V (Continued）电气规范设备设计， VSUPPLY = ± 15V PARAMETER 参数 TEST CONDITIONS测试条件 TEMP 温度() (NOTE 4) CA741, CA1558, LM741 (NOTE 4) CA741C, CA1458, LM741C, LM1458 UNITS 单位 Input Bias Current 输入偏置电流 - 25 - 8