通信电子线路实验报告

通信电子线路课程设计报告实验名称通信电子线路课设指导教师杨振宇学院信息科学与工程学院专业班级通信1402班姓名姜俊宏学号目录一．实验内容及要求..........................................................................2二．正弦波振荡器.................................................................................22.1反馈型振荡器的工作原理.........................................................22.2起振条件....................................................................................32.3平衡条件....................................................................................32.4稳定条件....................................................................................42.5失真分析....................................................................................4三．电路设计.......................................................................................73.1振荡电路模块.............................................................................7（1）晶体管的选择..................................................................8（2）直流馈电线路的选择......................................................83.2缓冲级模块.................................................................................93.3放大级模块...............................................................................10四．仿真与调试.................................................................................104.1仿真..........................................................................................104.2分析调试..................................................................................13五．心得体会.......................................................................................15一．实验内容及要求实验内容:正弦波振荡器的设计实验要求:采用晶体三极管构成一个正弦波振荡器；（2）额定电源电压5.0V，电流1～3mA;（3）输出频率10MHz；（4）有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压≥1V(D-P)二．正弦波振荡器振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。与放大器的区别：无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、波形和振幅的交流信号。由晶体管等有源器件和具有某种选频能力的无源网络组成。正弦波振荡器按工作方式不同可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡，变成振荡器。所谓产生振荡是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路相接，产生振荡。2.1反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正弦振荡的电路。这种电路由两部分组成，一是放大电路，二是反馈网络。图2.1所示为反馈振荡器构成方框图及相应电路。由图可知，当开关S在1的位置，放大器的输入端外加一定频率和幅度的正弦波信号Ui，这一信号经放大器放大后，在输出端产生输出信号UO，若UO经反馈网络并在反馈网络输出端得到的反馈信号Uf与Ui不仅大小相等，而且相位也相同，即实现了正反馈。若此时除去外加信号，将开关由1端转接到2端，使放大器和反馈网络构成一个闭环系统，那么，在没有外加信号的情况下，输出端仍可维持一定幅度的电压UO输出，从而实现了自激振荡的目的。图2.1反馈振荡器的结构网络图为了使振荡器的输出UO为一个固定频率的正弦波，图2.1所示的闭合环路内必须含有选频网络，使得只有选频网络中心频率的信号满足Uf与Ui相同的条件而产生自激振荡，对其他频率的信号不满足Uf与Ui相同的条件而不产生振荡。选频网络可与放大器相结合构成选频放大器，也可与选频网络相结合构成选频反馈网络。2.2起振条件振荡器在实际应用时不应有外加信号，而应是一加上电后即产生输出；振荡的最初来源是振荡器在接通电源时不可避免地存在的电冲击及各种热噪声。振荡开始时激励信号很弱，为使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡。由1iiTjUjUj，可知，1)(jT称为自激振荡的起振条件，也可写为()1fLTjYRF20,1,2,TfLFnn分别称为起振的振幅条件和相位条件，其中起振的相位条件即为正反馈条件。2.3平衡条件振荡器的平衡条件即为1)()()(jFjKjT也可以表示为()1TjKF20,1,2TKFnn即为振幅平衡条件和相位平衡条件。平衡状态下，电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量，平衡时输出幅度将不在变化：振幅平衡条件决定了振荡器输出信号振幅的大小；环路只有在某一特定的频率上才能满足相位平衡条件：相位平衡条件决定了振荡器输出信号频率的大小。2.4稳定条件振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。(1)振幅稳定条件要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。具体来说，0iiAUUiKU就是在平衡点附近，当不稳定因素使振幅增大时，环路增益将减小，从而使振幅减小。(2)相位稳定条件振荡器的相位平衡条件是φT（ω0）＝２ｎπ。在振荡器工作时,某些不稳定因素可能破坏这一平衡条件。如电源电压的波动或工作点的变化可能使晶体管内部电容参数发生变化,从而造成相位的变化,产生一个偏移量Δφ。由于瞬时角频率是瞬时相位的导数,所以瞬时角频率也将随着发生变化。为了保证相位稳定,要求振荡器的相频特性φT（ω）在振荡频率点应具有阻止相位变化的能力。具体来说,在平衡点ω=ω0附近,当不稳定因素使瞬时角频率ω增大时,相频特性φT（ω0）应产生一个-Δφ,从而产生一个-Δω,使瞬时角频率ω减小。2.5失真分析2.5.1三极管的非线形失真当我们用三极管对信号进行放大的时候，目的是对信号有一定比例地放大，如果不能按比例放大，放大后的信号与原信号相比就改变了性质，这种现象我们称之为信号失真，而这种失真是由于对原信号进行非线形放大而产生的，我们称为非线形失真。2.5.2非线形失真产生的原因及分类2.5.2.1截止失真现在以NPN型三极管为例说明晶体三极管的工作原理及失真原因的分析，三极管的结构和符号三极管的发射节相当于一个二极管，而二极管具有单向导电性，其所加电压与通过电流与二极管的伏安特性相同。只有加到发射节上的电压高于Uon(开启电压)时，发射节才有电流通过，而当发射节被加反向电压时（只要不超过其反向击穿电压），只有很小的反向电流通过，我们认为这种情况下三极管处于截止状态，而在实际应用中，我们会遇到各种各样的信号需要放大，有较强的信号，有较弱的信号，也有反向的信号，根据PN结的特性，当加到发射结上的信号为较弱的信号（小于开启电压），或者是反向信号时，发射结是截止的，三极管是不能起到放大的作用，输出的信号，也出现严重的失真，此时的失真，称为截止失真。2.5.2.2饱和失真在了解三极管的饱失真前，我们先了解一下三极管的饱和导通，我们知道，当三极管的的发射结被加正向电压且UBEUon，三极管的发射结有电流通过，以NPN三极管为例，三极管的工作过程是这样的：当发射结加正向电压时，发射区通过扩散运动向基区发射电子，形成发射极电流IE；其中一小部分与基区的空穴复合，形成基极电流IB，又由于集电极加反向电压，所以从发射极出来的大部分电子在集电极电压作用下通过漂移运动到达集电极，形成集电极电流IC。当集电结上加不同电压时，有三种情况：2.5.2.2.1集电结加反向电压，集电结反偏，此时，集电极有能力收集从发射极发射出的电子，三极管处于稳定的放大状态。如电路图3，三极管工作在如图2所示的放大区。2.5.2.2.2当集电结加正向电压，集电极正偏，此时，发射极发射电子由于而集电极收集电子不足，即使基极电流增大，发射极发射电子电流增大，由于集电极收集电子不足，集电极电流也不会增大，这种情况称为三极管的饱和导通，如图2所示的饱和区。饱和导通时，三极管对信号也失去了发放大作用，此时的三极管的失真称为饱和失真2.5.2.2.3当集电结所加电压为零，即UCB=0时，三极管出处于饱和放大的临界状态。2.5.3非线形失真的解决办法2.5.3.1截止失真的解决办法当输入信号UiUon时，如果没有附加电源，发射结是截止的，三极管不能进行放大作用，如果要是三极管导通，就要增加基极电位，使输入的信号同时增加某相同的电位，使要放大的输入信号都能满足大于Uon，为此在基极增加一个静态电源VBB，使VBB+UiUon，保证三极管导通。如图所示3.2饱和失真的解决办法2.5.3.2.1增加VCC由于三极管饱和的根本原因是集电结收集电子的能力不足，所以增加VCC能够增强集电极收集电子的能力，但必须保证VCC在三极管的能承受范围内，在RC和管子不变的情况下，能够消除饱和失真2.5.3.2.2增加基极电阻RB以减小基极电流，从而集电极电流IC=βIB，在集电极电阻RC和集电极电源VCC不变的情况下，由VCE=VCC-βIBRC得集电极电压变大，从而使集电极收集电子能力增强，消除饱和失2.5.3.2.3减小集电极电阻，在电路中其他参数不变的情况下，减小集电极电阻RC就减小了在RC上的压降由UCE=VCC-βIBRC知加在集电结的电压增大，也增强了集电极收集电子的能力，从而消除饱和失真2.5.3.2.4更换一只β较小的管子.在其他参数不变的情况下，换一只放大倍数较小的管子，由UCE=VCC-βIBRC知:在集电极电阻上的压降减小，也即增大了加在集电结的电位，增强了集电结收集电子的能力，从而消除饱和失真，同理由Ⅰ式得β应满足结论以上是从晶体管三极管的放大原理来分析其放大失真的原因，并给出了在其他参数不变的情况下，改变电路中的某一个参数的几种消除非线形时针失真的解决办法，而在实际应用中，有时候某个参数必须满足实际情况，也既是某些参数必须在一定范围内来改变，而且有时候需要改变几个参数才能达到实际的需要，但其基本的分析方法是相同的，