《高频电子线路》课程设计

高频电子线路课程设计题目：RC相移式振荡器院（系、部）：机电工程学院学生姓名：指导教师：2014年12月日目录II目录摘要I1设计任务及要求11.1设计任务及技术指标11.2设计要求12方案论证13单元电路设计34电路原理图85PCB版图96RC相移振荡器的仿真107输出幅度、准确度、稳定度118总结119附录及参考文献12 河北科技师范学院电子信息工程本科2012级《高频电子线路》课程设计题目：RC相移式振荡器河北科技师范学院电子信息工程本科2012级《高频电子线路》课程设计题目：LC选频网络振荡器第1页，总12页 1设计任务及要求1.1设计任务及技术指标设计一个RC相移振荡器RC相移振荡器的主要技术指标:电源电压为12V,振荡频率为6.5KHz，输出幅度为2.05V,准确度为0.066，稳定度为0.036.1.2设计要求1.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案。2.确定合理的总体方案。以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3.设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是采用左进右出的规律摆放各电路。2方案论证不同频率的正弦波电压通过RC电路时，输出端的电压幅度和相位都与输入端不同。图一画出了简单的超前相移电路。对于图一所示的RC网络来说，其在输入端加入电压，则在R两端得到输出电压。由于相角超前于,故称为超前相移网络，或称高通滤波网络。图一题目：LC选频网络振荡器第8页，总11页题目：LC选频网络振荡器第2页，总12页 随着频率的改变，单节RC电路中所产生的相移在0o~90o之间变化，但最大相移不超过90o，如果放大器在相当宽的频率范围内，为180o，反馈网络还必须使通过它的某一特定频率的正弦电压再移相180o才能满足自激振荡的相位平衡条件（）。因此，一节RC电路最大相移不超过90o，不能满足自激振荡相位平衡条件。若两节RC电路最大相移虽可接近180o，但此时频率必须很低，从而容抗很大，致使输出电压接近于零，又不能满足振荡的幅度平衡条件（）。所以实际上要用三节RC电路来实现移相180o，才能满足振荡条件()。所以设计如下RC相移振荡器电路图。图二RC相移振荡电路题目：LC选频网络振荡器第8页，总11页题目：LC选频网络振荡器第3页，总12页 3单元电路设计与参数计算①RC超前移相电路图三设电压传输系数为F，则超前电路有：故②采用超前移相网络组成的超前RC移相振荡器如图四，其中、、和构成分压式偏置电路，为集电极负载，为输出耦合电容。由于晶体管低频工作时有、，若,并忽略和（=∥），则有：题目：LC选频网络振荡器第8页，总11页题目：LC选频网络振荡器第4页，总12页 所以，题目：LC选频网络振荡器第8页，总11页题目：LC选频网络振荡器第5页，总12页 (Ⅰ)为满足振荡的相位条件，（1）式中分母中的虚部应为零，即：解之得振荡角频率：如果选择，则（Ⅱ）将Ⅱ式结果代入Ⅰ式中，得振幅起振条件：可见，组成这种振荡器的晶体管的不得小于29，该振荡器的振荡频率与RC的乘积成反比，因此要改变振荡频率，应同时改变三节移相振荡电路的参数（2）直流电路分析题目：LC选频网络振荡器第8页，总11页题目：LC选频网络振荡器第6页，总12页 电路中的电阻Rb1和Rb2构成T的分压式偏置电路，Rc是T集电极负载电阻，Re是T发射极电阻，T具备处于放大状态的直流电路工作条件。T工作在放大状态下，这是一个振荡器所需的。静态工作点（3）正反馈电路分析如果在基本放大电路输入端外接一定频率，一定幅度的正弦信号,经过基本放大电路放大和反馈网络传输后，在反馈网络的输出端得到信号，如果和大小相等，相位相同，那么就可以不用外接信号，也可以得到同样的输出，即电路产生振荡，此时有。无论是什么类型的振荡器，必须存在正反馈环节，共发射极放大器具有反相的作用，即输出信号电压与输入信号电压之间相位差为180o，如若对放大器的输出信号再移相180o后加到放大器的输入端，那么就移相了360o，这样反馈回来的信号与输入信号之间是同相的关系，就是正反馈了。这后180o的相移要靠RC移相电路来实现。电路中，电容Cl和电阻Rl构成第一带RC超前移相式电路，C2与R2构成第二节RC移相电路，C3和放大器输入电阻（由Rb1、Rb2和T的输入电阻并联）构成第三节RC移相电路。这三节RC移相电路对信号移相180o，加上T共发射极放大器本身的180o移相，使T集电极经三节RC移相电路后加到T基极上原信号相位与基极上原信号相位相同，所以这是正反馈过程，满足相位正反馈条件。题目：LC选频网络振荡器第8页，总11页题目：LC选频网络振荡器第7页，总12页 （4）振荡过程分析设振荡信号相位在T基极为正，经T倒相放大（T接成共发射极放大器，其集电极信号电压与基极信号电压相位相反）后，再加入三节RC移相电路，被移相180o，使反馈信号电压与T基级上输入信号电压同向。如下图所示符合振荡的相位条件，即三极管T移相180o，三节RC移相电路累计移相180o，这样共移相360o，成为正反馈。图四同时，T本身具有放大能力，这样又符合幅度条件，振荡器便能振荡。振荡信号是从T集电极输出，通过耦合电容C0送出振荡器。RC移相电路的相移量不等于180。，或大于或小于180。，这样都不能满足振荡的相位条件，也就是只有频率为fo的信号才能发生振荡。在这种振荡器中，当题目：LC选频网络振荡器第9页，总12页题目：LC选频网络振荡器第8页，总12页 ,且远大于T放大器输入电阻时，这一振荡器的频率由下式决定RC相移式振荡器的振荡频率一般低于200KHZ。4电路原理图图五总原理图题目：LC选频网络振荡器第9页，总12页题目：LC选频网络振荡器第9页，总12页 5PCB版图图六PCB版图图七3DPCB版图题目：LC选频网络振荡器第10页，总12页题目：LC选频网络振荡器第10页，总12页 6RC相移振荡器的仿真图八仿真图图九波形图题目：LC选频网络振荡器第10页，总12页题目：LC选频网络振荡器第11页，总12页 7输出幅度、准确度、稳定度根据仿真结果计算振荡频率的准确度和稳定度，准确度即为实际值和计算值的比值，仔细观察计算振荡波形，准确度A=,准确度B=计算稳定度时，选取两个时刻分别计算振荡频率并计算差值从而计算稳定度，为了精确，应该选取尽量长的时间段来进行计算，稳定度C=0.102-0.0660.036.输出幅度可由图只比例为1v/Div，峰-峰值为4,1V，则输出幅度为2.05V。8总结在做这个设计之前，我首先查阅了大量资料，了解了RC相移振荡器的基本模型，及公式算法。通过这次课程设计，加强了动手、思考和解决问题的能力。在整个课程设计过程中，通过实际的操作，调试，对RC相移振荡器有了更深入的了解。该RC相移振荡器是用一个放大器和移相反馈网络组成的，如果放大器在相当宽的频率范围内的相角为180度，反馈网络还必须使它通过它的某一特定频率的正弦电压再移相180度，才能满足自激振荡的相位平衡条件，一节RC相移电路最大相移不超过90度，不能满足相位平衡条件，两节RC电路最大相移虽可接近180度，但是此时的频率必须很低，从而容抗很大，致使输出电压接近于0V,又不能满足自激振荡的幅度平衡条件，所以至少要用三节RC电路来实现180度的相移来满足振荡条件。实践是对课本上知识的巩固，通过实践我们加深了对知识的理解。另外，通过在网上查阅资料，发现了自身的不足，了解到自身的水平十分有限，需要学习的地方还很多，有很多知识需要自己去拓展，同时也需要更多的实践来完善我们对知识的理解。从理论到实践，在整整5天的日子里，遇到了一些困难和问题，都需要自己去解决，但是可以学到很多很多的的东西，这些东西都是课本所不能学到的，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我题目：LC选频网络振荡器第10页，总12页题目：LC选频网络振荡器第12页，总12页 懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。附录及参考文献参考文献[1]《高频电子线路》主编：张肃文出版社：高等教育