1、*科技大學課 程 設 計 報 告課程名稱： 高頻電路課程設計 設計名稱： 晶體振蕩器的設計與制作 姓 名： 學 號: 班 級： 電子1002班 指導教師： 起止日期： 西南科技大學信息工程學院制課 程 設 計 任 務 書學生班級： 電子1002班 學生姓名： 學號： 設計名稱： 晶體振蕩器的設計與制作 起止日期： 指導教師： 設計要求：考察知識點：晶體振蕩器的靜態偏置、電路原理以及振蕩幅度、振蕩頻率相關知識點的掌握。設計內容：設計晶體振蕩器，與后級電路有良好的隔離，振蕩信號幅度>500mV；振蕩頻率：a：b：c：課 程 設 計 學 生 日 志時間設計內容課 程 設 計 評 語 表指導教師

2、評語： 成績： 指導教師： 年 月 日晶體振蕩器的設計與制作一、 設計目的和意義振蕩器是一種能量轉換器，它不需要外部激勵就能自動地將直流電源共給的功率轉換為制定頻率和振幅的交流信號功率輸出，凡是能完成這一功能的裝置都可以作為振蕩器。振蕩器一般由晶體管等有源器件和某種具有選頻能力的無源網絡組成。石英晶體振蕩器（quatrz oscillator），是利用具有壓電效應的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應。利用這種特性，就可以取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。石英諧振

3、器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩定度高等優點，被應用于家用電器和通信設備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩定性，故主要用在要求頻率十分穩定的振蕩電路中作諧振元件。本設計對利用石英晶體構成振蕩器的方法做了較深入的研究，對振蕩器的原理及石英晶體振蕩器原理做了詳細的介紹并通過Multisim 11.0軟件設計、仿真出并聯的石英晶體振蕩器，最后按照原理圖進行調試和參數的計算。二、 設計原理1、 反饋振蕩器振蕩的基本原理2、 振蕩器的條件a)、起振條件保證接通電源后能逐步建立起振蕩 反饋電壓幅度必須大于輸入電壓幅度，即：T（0）>1 反饋電壓相位必須與放大器輸入相位相同正反饋。 T=2nb)、

4、平衡條件保證進入維持等幅持續振蕩的平衡狀態 T（0）=1T=2n c)、穩定條件保證平衡狀態不因外界不穩定因素影響而受到破壞 在0附近T（0）的變化率為負值 在0附近相位的變化率為負值3、 石英晶體振蕩器石英晶體的特點在于它具有很高的質量與彈性的比值 (等效于L/C)，因而它的品質因數Q高達10000500000的范圍內。等效電路中元件的典型參數為：Co分布電容很小：幾pF幾十pF，L：幾十mH幾百mH，C動態電容：0.0002 pF 0.1pF。如圖所示。由等效電路可知，石英晶體有兩個諧振頻率，即（1）L-C-R支路串聯諧振（2）當f>fs時，L-C-R支路呈感性，與Co產生并聯諧振。

5、由于Co>>C，故fPfS.和一般LC振蕩器相比，石英晶體振蕩器在外界因素變化而影響到晶體的回路固有頻率時，它還具有使頻率保持不變的電抗補償能力，原因是石英晶體諧振器的等效電感Le與普通電感不同，當頻率由Wq變化到Wo時，等效電感值將由零變到無窮大，這段曲線十分陡峭，而振蕩器又剛好被限定在工作在這段線性范圍內，也就是說，石英晶體在這個頻率范圍內具有極陡峭的相頻特性曲線，因而它具有很高的電感補償能力。4、串聯型晶體振蕩器原理電路交流等效電路LC回路一定要調諧在石英諧振器的串聯諧振頻率上。5、 并聯型晶體振蕩器 c-b型電路 b-e型電路皮爾斯原理電路交流等效電路 C3用來微調電路的振

6、蕩頻率，使其工作在石英諧振器的標稱頻率上，C1、C2、C3串聯組成石英晶體諧振器的負載電容CL上，其值為CL=C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3)由于Cq/ (C0+CL)<<1，故皮爾斯振蕩器的振蕩頻率非常接近串聯諧振頻率。三、 詳細設計步驟1、 電路的選擇晶體振蕩電路中，與一般LC振蕩器的振蕩原理相同，只是把晶體置于反饋網絡的振蕩電路之中，作為一感性元件，與其他回路元件一起按照三端電路的基本準則組成三端振蕩器。根據實際常用的兩種類型，電感三點式和電容三點式。常用電路簡單結構如圖3.1.1和3.1.2所示。由于石英晶體存在感性和容性之分，且在感性榮性之間有一條極陡峭的感

7、抗曲線，而振蕩器又被限定在此頻率范圍內工作。該電抗曲線對頻率有極大的變化速度，亦即石英晶體在這頻率范圍內具有極陡峭的相頻特性曲線。所以它具有很高的穩頻能力，或者說具有很高的電感補償能力。因此選用c-b型皮爾斯電路進行制作。工作電路2、選擇晶體管和石英晶體根據設計要求，按公式max= T(210)H=（24120MHz）選擇高頻管2N3904型晶體管作為振蕩管。查手冊其參數如下： T =300MHz；ß40，取ß =60；NPN型通用；額壓：20V；Icm=20mA；Po= 0.1W；ßT / ß=5 MHz。 石英諧振器可選用HC-49S系列，其性能參數

8、為： 標稱頻率。=6 MHz；工作溫度：-40+70；25時頻率偏差：士3×10-6士30×10-6；串聯諧振電阻：60；負載電容：CL=10PF,激勵功率：0.010.1mW。3、元器件參數的計算a）、 確定三極管靜態工作點正確的靜態工作點是振蕩器能夠正常工作的關鍵因素，靜態工作點主要影響晶體管的工作狀態，若靜態工作點的設置不當則晶體管無法進行正常的放大，振蕩器在沒有對反饋信號進行放大時是無法工作的。振蕩器主電路的靜態工作點主要由Rb1、Rb2、Re、R決定，將電感短路，電容斷路，得到直流通路如圖4-7所示。圖4-7 直流通路等效電路高頻振蕩器的工作點要合適，若偏低、偏高

9、都會使振蕩波形產生嚴重失真，甚至停振。取ICQ=0.55mA,若取VCC=12V,ICQ=2mA,VCEQ=0.8VCC10V,則有Re=VCC-VCEQ / ICQ=(12-10)V/2mA=1k (3.1.1) IBQ=ICQ /=2mA / 50=0.04mA若取流過Rb2的電流Ib2為10 IBQ，則Ib2=10 IBQ=0.40mA，則取：VBQ= Rb2 *VCC / (Rb1+Rb2) VEQ +0.7V=2V+0.7V=2.7V(3.1.2)Rb2= VBQ / Ib2 =2.7V/0.40mA=6.75k, Rb1 =23.25 k (3.1.3)實際電路中，Rb1用6.5

10、k與50 k電位器串聯，Rb2取6.5 k，以便工作點的調整。b）、交流參數的確定對于振蕩器，當電路接為并聯型振蕩器時，晶體起到等效電感的作用，輸出頻率應為6MHZ，則由晶振參數知負載電容CL=10pF，即C2，C3，C1串聯后的總電容為10 pF 根據負載電容的定義，CL=1/(1/C1,2)+1/C3由反饋系數F=C1/C2和C1,2=C1C2/C1-C2兩式聯立解，并取F=1/2則C1=51pF，C2=100pF，C3=30pF為了提高振蕩器的工作性能和穩定度，在電路中還應有高頻扼流圈。四、 設計結果及分析仿真電路輸出穩定正弦波，頻率和幅度均達到了課題要求，但是幅度大小調節不方便，故作出

11、以下改進調整改進實物電路通過改變滑動變阻器R1可以調節靜態工作點，調整R5可以改變輸出波形幅值的大小。輸出波形由仿真輸出波形可知，輸出波頻率為6.08MHZ，幅度為3.3V，可以通過改變滑動變阻器來調整輸出幅度的大小滿足設計的要求500mV，頻率和幅度均滿足設計要求的指標。根據老師提供的元器件在實物制作中做了一些微調。測試得輸出標準正弦波頻率5.998MHZ±0.01,幅度500mV可調，且在該電路中其輸出頻率幾乎不受外圍電路的影響，嚴格按照石英晶體振蕩器的頻率工作，到達了設計的要求指標。在實物調試時，出現波形不穩定時顯時不顯，在老師的指導下找到原因，在某個元件的焊點出現了虛焊造成輸

12、出不穩定，對于高頻電路來說這是個很關鍵的因素。經過不斷調式、改進，最終達到了理想的輸出信號。在一級放大后加一級射極跟隨器，其輸入電阻很大起隔斷后級對前級影響的作用，同時增大了帶載能力，實現了輸出幅值可調，滿足并提高了設計要求指標。PCB制作底層 頂層附銅器件清單電阻6.8K210K21K15101100K變阻15K變阻1電容50P1100P120P130P可調電容10.01u1電感10uH1三極管2N39042晶振6MHZ1排針4五、 體會通過本次課程設計使自己進一步熟悉、掌握高頻課程設計原理與基本知識；綜合訓練自己掌握高頻課程設計所需電子元件的原理和選擇，從而初步學會從分析到調試的基本過程、

13、方法和思路，為今后的設計積累經驗。1、在課程設計過程中，我基本能按照規定的程序進行，調查有關資料，然后進入草案階段，期間與同學進行幾次設計的分析、討論、再分析，最后進行正式電路調試階段。調試結束后，又在老師指導下進行詳細的參數計算，并開始寫報告。在調試中我也遇到了很多疑惑的地方。通過這一階段的學習和實踐，我得到了很多收獲，有很多感想。學歷與能力并重“學問未必全在書本上” ，學好書本上的東西是遠遠不夠的。 2、我的石英晶體振蕩器，包括任務和要求、設計思路、原理框圖以及這為本學科階段的設計學習打下基礎，并充分地利用了這段時間。    3、從做設計的過程中掌握并運用以前所學的知識，提高自學能力和獨立思考解決問題的能力。同時使我所學的知識得以運用。 4、本次設計能使我看清差距，擴大視野，認識自己的真實水平。正是在學校所學的扎實的專業基礎知識和不斷培養的實踐動手能力，使我能很快地處理和解決以后學習過程中遇到的問題。并不斷的充實自己。以上是本次課程設計的心得與體會以及對設計情況的總結，希望在以后的學