北理工基于电路的频率源设计实验论文

1、本科实验报告实验名称： 基于电路基础的频率源设计 课程名称：基于电路基础的频率源设计实验时间：2016.10-2017.1任课教师：孔德昭实验地点：4-437实验教师：孔德昭实验类型： 原理验证 综合设计 自主创新学生姓名：学号/班级：组 号：学 院：机械与车辆学院同组搭档：专 业：机械工程成 绩：设计（论文）任务书院（系）：机械与车辆学院学号1120140514姓名曹远冲专业班级03321404设计（论文）题目基于电路基础的频率源设计实验的目的及意义1) 掌握基本三极管的各种参数意义，大致了解三极管，二极管的各种特性；2) 掌握基本三点式振荡电路的振荡原理，可以按照给定的要求设计振荡电路；3

2、) 掌握选择三极管的方法，可以根据所给的参数要求正确选择三极管；4) 掌握振荡电路特性的测量，评估方法。设计（论文）任务晶体三极管振荡电路设计要求：输出频率在10MHZ-30MHZ之间输出为正弦振荡波形，输出电压峰峰值P-P>输出波形的频稳度要求在-之间目录第一章 摘要- 4 -第二章 方案选择、确定及系统框图方案论证- 4 -§2-1：指标分析- 4 -§2-2：整体方案选择及确定- 4 -§2-3：系统框图- 5 -第三章 电路图设计、计算及器件清单- 5 -§3-1：各个部分的电路设计- 5 -§3-2：整体电路设计- 9 -

3、67;3-3：器件清单- 11 -第四章 电路图焊接及数据分析- 11 -§4-1：电路图焊接：- 11 -§4-2：调试：- 13 -§4-3：测量数据- 13 -§4-4：Rb1的电流和VP-P及f的关系（单位：A，V ，MHZ）：- 15 -小结- 16 -参考文献- 16 -第一章 摘要在信息大爆炸的现代生活中，大量信息充斥着我们生活的方方面面，如何快速有效的发现及尽快的学习他们成了我们生活中必须要考虑的一部分。我们已经知道，信息在要在空间中传的够远，这取决于信号的能量，也就是信号的频率，而大部分的信号是没有这么大的频率的，这就需要我们将要传播的

4、信号调制到一个频率高的基频正弦信号上面，从而使其传播过程中更易于辐射，传的更远。在接受过程中，需要将信号解调，从而得到我们需要的那个信号，这同样也离不开基频信号。现在，我们就要从电路的角度，自己设计一个频率源出来。第二章 方案选择、确定及系统框图方案论证首先，我们需要列出实现系统功能所需要的系统框图，之后才能一步一步的根据实验框图来设计电路。§2-1：指标分析 本设计方案实现的指标为：输出频率范围： 1030MHz输出电压幅度范围： >=2V供电电源： 12V 对于系统整体的频率分辨率，单边带相位噪声，非谐波杂散，本实验没有做过多的要求，§2-2：整体方案选择及确定首

5、先，我采用的是模拟电路，而不是数字电路。原因有很多，一是模拟电路比较熟悉，数字电路现在还在学，而且还没怎么学明白；二是数字电路虽然变化的比较快，对电路的延时较少，但是缺点是谐波太多，出来的信号不纯；三是数字电路其实在电路设计上是比较麻烦的，首先，我们需要把模拟信号取样、量化变成数字信号，对数字信号操作完成后又需要通过D/A转换器变成模拟信号输出。其次，考虑过晶体振荡器，但是晶体振荡器的fg是一定的，也就是说，当晶体振荡器一旦选定之后，系统的fg也就确定了。而我想做的是一个频率可变的信号，所以晶体振荡器也就被我排除了。要做一个频率可变的信号源，我的打算是用变容二极管并联上一个电位器来控制谐振回路

6、的fg，从而达到频率可变的要求。§2-3：系统框图1、系统整体框图放大网络正反馈网络选频网络放大网络稳压网络图中的稳压网络，可以看到，我画的是虚线，也就是说我并没有画到整体的框图里面，这是因为稳压网络其实是额外的，这是为了避免直流电源中夹杂的高频交流信号避免在整体电路里面影响最后的输出频率的。但是在题目给的条件中，就是一个不含任何杂波的直流源，所以这部分对电路的主体设计没有任何影响，所以就把这部分没考虑在主体框图里面。稳压网络：上面说了，是为了除去所给的直流电流里面的高频信号的影响所额外加的一个网络，也就是说它的作用就是保证流进整个电路的是一个完完全全的直流电，没有任何频率分量。放大

7、网络、正反馈网络需放在一起讲。在电压刚加在电路两端的时候，三极管的电流由0突然增大，由于三极管是个非线性原件，所以这个过程中是有无数个正弦信号产生的，但是幅度很小，而通过放大器的放大作用，这很多个叠加的信号都进行了放大，而这里面有我们所需要的频率，接下来的步骤就是选出我们需要的频率。选频网络，一般都是并联谐振回路，这个谐振回路就是为了选出我们需要的网络而设计的，当f=12LC时，信号可以无衰减的通过，当信号时其他频率的时候，并联谐振回路有一定的阻抗存在，信号通过回路的时候会有一定的衰减，从而达到选频的目的。最后的放大网络一般是共集组态，放大倍数几乎为1，但是他的输出阻抗非常大，它的目的就是为了

8、提高电路整体带负载的能力。第三章 电路图设计、计算及器件清单§3-1：各个部分的电路设计1、稳压网络稳压网络的主要目的就是去除直流电源里各种频率分量，所以稳压网络的设计如下图： 稳压网络要滤掉直流电压中的高频，低频，中频分量，所以我们用了三个大小不一的电容来滤掉这些分量，分别是：100uF、10uF、0.22uF，这些在整体的电路中可以不予考虑，因为对整体电路设计没影响。2、放大网络、正反馈网络C2C1ReRcRb2RbwRb1当此网络与后面网络用电容耦合的时候，此网络的静态工作点不会影响后面的静态工作点，因此每个晶体管的工作点可独立计算，互不影响。对于此网络，静态工作点为：UBQ1

9、=Rb1Rb1+Rb2+RbwVccUEQ1=UBQ1-UBEUCQ1=Vcc-Rc1UeQ1ReIEQ1=UEQ1Re由于此网络的设计频率最大为30MHZ，所以查询各种三极管的数据手册之后，决定使用的是高频三极管SS9013，由图知=100此三极管的输出特性曲线是： 为了不失真，我取VCEO=UcQ1-UeQ1=6V根据数据手册ICmax=25mA，因此为了电阻比较好取，我们取ICQ1=2mA，有：Re+Rc=VCC-VCEOICQ1=12-62*10-3=3*103由于数据手册给的UBCmax=30V远远大于所给电压12V，所以B、C两端绝对不会烧坏，因此可以不用考虑UBC的限制，在这种情

10、况下，我取UEQ=2V那么Re=1k,Rc=2k由数据手册上的IC和UBE的关系图：虽然上图中的VCE=5V，但是对于IC和UBE的关系影响不大。从上图中看到，当IC=2mA时，VBE=0.7V，UBQ1=UEQ1+VBE=RE1*IC+VBE=2.7VRb2Rb1+Rb2+Rbw=UBQ1VCC=940Rb2Rb1+Rbw=931又IB=IC=0.02mA取I1=10IB=0.2mA则I2I1=0.2mARb2=UBQI2=13.5kRb1+Rw=46.5k不妨取Rb2=14k，Rb1=10k，由于各种实际电路的分布参数，可以看到我在放大电路部分加了一个Rw=100k的电位器，用来调节三极管

11、的静态工作点。为了去掉直流信号中频率很低的交流电对电路的影响，我们需要在基级和地之间加一个大的隔置电容，如上图，在这里，加了一个0.22F的大电容。由电容三点式振荡电路可知，C1C1+C2=1218之间。3、选频网络 图示的振荡频率是f0=12LC，在整体的电路里面，C不是一个，而是很多个电容的等效电容，这里我们在后面整体电路里面去考虑。4、共集组态网络 共集组态网络主要是为了增大电路整体的待负载能力而设计的，共集组态网络具有输入电阻小，输出电阻大的特点。前级的共集组态有两个功能。一是发射极上的电阻具有调节后级输出电压大小的功能，二是发射极上的电阻上的电压是前级晶体管的反馈电压，同时又影响自身

12、的静态工作点大小，这里我们还是拿到整体中去考虑。§3-2：整体电路设计1、 整体网络如下图，图中的计算已经大部分完成了。下面来说主要计算：在3-1中已经说明放大部分的各种参数的来历，下面，后级参数的来历。由振荡器的：B=C1C1+C2=1218之间，不妨取B=15；考虑到市面上有的电容的容值，我取了C5为180PF，C4为470PF。 对于电感，是根据实验室里有的10uH的电感取得。§3-3：器件清单器件名称及规格数量电路板1SS9013三极管17812稳压器10.22F电容3100F电容110F电容1470F电容1180F电容110H电感17/25pF可变电容1100k可

13、变电阻114K电阻110k电阻12k电阻11k电阻1第四章 电路图焊接及数据分析§4-1：电路图焊接： 首先焊接稳压模块，用万用表测试稳压模块输出，输出检查无误后按照电路图焊接后面的主电路； 没有对应的元件时就近取值； 焊接时，要注意电路的整体布局，不能将电路拉得太远，避免高频时电路分布参数的影响；注意防止短接； 电路焊接完成后，认真检查电路是否连接正确，确定无误后，在进行调试。§4-2：调试：（1） 接入12V电压，注意此时一定要使Rb1上面的电位器在最大，防止一接电就将三极管烧坏；（2） 测试电路的静态工作点，观察是否能变化，以及变化的范围是否大；（3） 观察波形；&#

14、167;4-3：测量数据原始数据§4-4：Rb1的电流和VP-P及f的关系（单位：A，V ，MHZ）：由excel绘制图得：由图知，峰峰值随Rb1的电流变化成抛物线变化，起振电流为113A，在300A左右峰峰值达到最大，并在400A左右停振，并且可知电流对频率的影响不大，频率主要受电容及电感值的影响小结首先，感谢老师对我实验习惯的培养，尤其感谢老师的耐心指导与帮助；感谢同学们的热心帮助让我度过了愉快的一学期。记得我是捡漏选上这门课的，当时老师说这门课有一定的难度，建议大家慎重选择，以至于有一些人退了课，当然我还是硬着头皮没有退毕竟实验课也不是那么好选上的。经过一个学期的课程学习，我觉得我收获颇丰，不仅学习了一定的电学尤其是信号方面的知识，也了解了许多设计和实验方面的注意事项，更主要的是认识了一群优秀的同学，经过一起设计，焊接，调试，大家也彼此熟悉了。言归正传，对于本次实验，我认为有以下成果和不足：成果：产生了满足要求的信号，得到了一些关于峰峰值及频率的数据，对振荡有了一定认识不足：信号的稳定性和波形虽然经过调试后基本可以，但是距离理想波形还有一定的距离，其次就是输出的峰峰值最大也就2V多一点，相对过小，还有就是在调试过程中发现，在其他测