2022年石英晶体振荡器电路设计 .docx

《2022年石英晶体振荡器电路设计 .docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年石英晶体振荡器电路设计 .docx（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文辽宁工业 大 学高频电子线路课程设计论文题目：石英晶体振荡器电路设计院系：电子与信息工程学院 专业班级：学 号：同学：指导老师：起止时间： 2022.6.16-2022.6.27 I 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文课程设计论文任务及评语院系：电子与信息工程学院同学教研室：电子信息工程学 号专业班级课程设计论文石英晶体振荡器电路设计 题目 要求 ：1设计一个石英晶体振荡器2能够观看输入输出波形；3观看振荡频率；参数 ：振荡频

2、率 10000HZ 左右；课 程 设 计论 文任 务设计要求：1 .分析设计要求,明确性能指标；必需认真分析课题要求、性能、指标及应用环 境等,广开思路,构思出各种总体方案,绘制结构框图；2 .确定合理的总体方案；对各种方案进行比较,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, 分解成假设干子系统或单元电路,逐个 设计；指 导 教 师 评 语 及 成 绩4 .组成系统； 在肯定幅面的图纸上合理布局,通常是按信号的流向,采纳左进右出的规律摆放各电路,并标出必要的说明；平常成果 20%：论文成果 5

3、0%：答辩成果 30%：总成果：注：成果：平常 20% 论文质量 50% 答辩 30% 以百分制运算II 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文目 录第 1 章 绪论 . 1 石英晶体振荡器 . 1 设计要求 . 1 第 2 章 石英晶体振荡器设计电路 . 2石英晶体振荡器总体设计方案 . 2详细电路设计 . 2 串联型晶体振荡器 . 2 并联型晶体振荡器 . 4 输出缓冲级设计 . 5 元件参数的运算 . 5 软件仿真 . 6 串联型振荡器输出测试 . 6 并联型振荡器输出测试 . 7 第 3 章

4、 课程设计总结 . 9 参考文献 . 10 附录 总体电路图 . 11 附录 元器件清单 . 12III 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计论文第 1 章 绪论石英晶体振荡器石英晶体振荡器是利用石英晶体即二氧化硅的结晶体的压电效应制成的一种 谐振器件,它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按肯定方位角切下薄片简称 为晶片,它可以是正方形、 矩形或圆形等,在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体振荡器,简称为石英晶体或晶体、振荡；其产品一般用金

5、属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的；变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时,振动便变得很强 烈,这就是晶体谐振特性的反应；利用这种特性,就可以用石英谐振器取代 LC谐振 回路、滤波器等；由于石英谐振器具有体积小、重量轻、牢靠性高、频率稳固度高 等优点,被应用于家用电器和通信设备中；设计要求1设计一个石英晶体振荡器2能够观看输入输出波形；3观看振荡频率；4. 参数：振荡频率 10000HZ 左右；1 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文第 2 章 石英晶体振荡器设计电路石英晶体振荡器总体设计

6、方案本次设计第一以 NPN 型晶体管 2N2222 和 10M 石英晶体为基础分别设计出不同形式的串并联型振荡器, 通过对各种不同形式的串联型振荡器和并联型振荡器做出比较之后,综合设计出一个通过跳线可实现串并联转换的石英晶体正弦波振荡器,然后依据石英晶体振荡器的输出要求设计出对应的缓冲输出级,将两部分连接之后依据电路图的基本形式和设计的要求运算出各元件的参数和性能要求；依据仿真后的电路原理图进行实物的连接和调试,从而完成整个正弦波振荡器的设计；依据设计要求,该晶体振荡器通过跳线能够实现串联谐振和并联谐振晶体振荡器的转换,通过比较并联谐振晶体振荡器和串联谐振晶体振荡器的原理可以发觉,串联型晶体振

7、荡器同 c-b 型并联晶体振荡器结构类似,二者同为电容三点式反馈振荡器；晶体在并联和串联振荡器方式下作用不同,在并联方式下,要求晶体工作于感性区,其等效电感与外部电容构成振荡回路,该回路满意电容三点式条件, 而在串联谐振振荡器中晶体就充当选频短路线作用,因晶体 Q 值很高,通频带很窄,而频率挑选性很高,可以从振荡回路中选出频率为晶体振荡频率的谐波,反馈至振荡器的输入, 从而使振荡器输出频率稳固的正弦波； 假设将晶体短路,就电路变成电容三点式振荡器,并且可以正常起振；串联型晶体振荡器在串联型晶体振荡器中, 晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间,通常接在反馈 电路中；图 2.1 和图 2.2 显示出

8、了一串联型振荡器的实际路线和等效电路；可以看出,假如将石英晶体短路, 该电路即为电容反馈的振荡器；2 电路的实际工作原理为： 当回名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率时,晶体的阻抗最小, 近似为一短路线, 电路满意相位条件和振幅条件, 故能正常工作；当回路的谐振频率距串联谐振频率较远时,晶体阻抗增大,是反馈减弱,从而使电路不能满意振幅条件,电路不能正常工作；图 2.1 串联型晶体振荡器实际电路图 2.2 串联型晶体振荡器等效电路串联型晶体振荡器只能适应高次泛音工作

9、,这是由于晶体只起到掌握频率的作 用,对回路没有影响,只要电路能正常工作,输出幅度就不受晶体掌握；3 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文2.2.2 并联型晶体振荡器c-b 型并联晶体振荡器的典型电路如图2.3 所示,振荡管的基极对高频接地,晶体接集电极与基极之间, C2 和 C3 位于回路的另外两个电抗元件, 振荡器的回路等效电路如图 2.4 所示,它类似于克拉泼振荡器,由于Cq 特别小,因此,晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容特别弱,从而使频率稳固度大大提高； 由于晶体的品质因数很高,

10、故其并联谐振阻抗也很高,虽然接入系数很小,但等效到晶体管 CE两端的阻抗仍很高,因此放大器的增益高,电路简单满意振幅齐起振条件；图 2.3 c-b 型并联晶体振荡器实际线路图 2.4 c-b 型并联晶体振荡器等效线路4 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文2.2.3 输出缓冲级设计常用的输出缓冲级是在电路的输出端加一射极跟随器,从而提高回路的带负载能力；射极跟随器的特点是输入阻抗高,输出阻抗低,电压放大倍数略低于 1,带负载才能强, 具有较高的电流放大才能, 它可以起到阻抗变换和极间隔离的作用,因

11、而可以减小负载对于振荡回路的影响,射极跟随器的典型电路如图 2.5 所示；图 2.5 输出缓冲级电路输出缓冲级主要完成对所产生的振荡信号进行输出,不管是并联谐振正弦波晶体电路仍是串联谐振晶体电路, 它们的带负载都不是很强, 负载值转变时可能造成振荡 器的输出频率变化, 也可能影响振荡器的输出幅度, 输出缓冲级的作用就是提高整个 振荡器的带负载才能,即使振荡器的输出特性不受负载影响,或影响较小；元件参数的运算正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素,静态工作点主要影响晶体管的工作状态, 假设静态工作点的设置不当就晶体管无法进行正常的放大,振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的；振荡器

12、主电路的静态工作点主要由 R1、R2、R3、R8 打算,将电感短路,电容断路,得到直流通路如下列图；5 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文图 2.6 直流通路等效电路如图 ,R2=400,=45 就 Vb=2.5V,Ie=4.5mA,Ib=100uA,符合射级要求；为了调剂便利,在 R1 处在串联一电位器,最大阻值为10K；对于振荡器,当该电路接为串联型振荡器时,晶体起到选频短路线的作用, 输出频率应为 10MHZ ,不妨取 L1=1uH, 就由 f0=2 LC pF pF,就取 C2=300p

13、F,C3=1600pF.为了便于调剂 C2 由肯定值电阻和可变电阻并联而成； 当该电路接为并联型振荡器时,晶体起到等效电感的作用, 此时工作频率介于两谐振频率之间；同时为了提高振荡器的带负载才能,应附加一个缓冲输出级,本设计中使用的是一个射级跟随器； 为了提高振荡器的工作性能和稳固度,在电路中仍应有高频电源去耦电容和高频扼流圈,一般取电解电容C=100nF,瓷片电容 C=10 nF,扼流圈 L=330mF；Multisim 软件仿真在 Multisim 软件环境下进行仿真, 此时开关 J1 上端接通,下断开,J2 全部断开,形成串联型振荡器, 为了便于观看振荡器工作时各部分电路的工作情形,分别

14、在振荡器输出端和缓冲级输出端接入示波器观看波形,频率,仿真波形如下列图；6 记录示波器上显示的输出振幅和输出名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文图 串联型振荡器输出波形从图中可以看出, 输出波形为正弦波, 幅值为 Vo=1.535V,输出频率 f=9.85MHZ ,波形有较小的失真, 这是由于元件参数的精度较低导致的,要求；并联型振荡器输出测试该振荡器的设计符合设计在 Multisim 软件环境下进行仿真,此时开关 J1上端断开,下端接通, J2 接通,形成并联联型振荡器, 为了便于观看振荡器工作

15、时各部分电路的工作情形,分别在振荡器输出端和缓冲级输出端接入示波器观看波形,出频率,仿真波形如图 2.8 所示；7 记录示波器上显示的输出振幅和输名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文图 2.8 并联型振荡器输出波形从图中可以看出,输出波形为正弦波, 幅值为 Vo=1.554V,输出频率 f=10.08MHZ ,波形有较小的失真, 这是由于元件参数的精度较低导致的,该振荡器的设计符合设计要求；8 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - -

16、 - - - 本科生课程设计 论文第 3 章 课程设计总结本次课设是完成一个高频晶体正弦波振荡器的设计,第一在 Multisim 软件环境下进行电路原理图的设计、 绘制和仿真, 然后对电路中的各个部分进行调整修改,按照设计的电路原理图完成实物的连接,连接后在试验室不断地调试、 修改,最终得到设计要求的输出波形； 此次高频课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格,需要通过翻阅复习以前学过的学问确立了试验总体设计方案,然后逐步细化进行各模块的设计；其次,在电路仿真的过程中总会显现一些问题,需要我们细心解决,所以这 周下来,我对电路故障的排查才能有了很大的提高；再次,通过此次课程设计,我对设计所用

17、到的软件有了更加深刻地明白,这对我们以后的工作和学习的帮忙都很有用处；当然,经过了课程设计, 我也发觉了自己的很多不足； 但是通过自己的动手动脑,既增加了学问, 又给了我专业学问以及专业技能上的提升,习,争取在以后的课程中做得更好！在这次课设中, 我第一要感谢学校给我们供应的时机,我也会更加努力, 认真学其次我要感谢我的老师在课程设计上赐予我的指导、 供应应我的支持和帮忙, 这是我能顺当完成这次报告的主要缘由,更重要的是老师帮我解决了很多技术上的难题,让我能把设计做得更加完善；在此期间,我不仅学到了很多新的学问, 而且也开阔了视野, 提高了自己的设计才能；最终,我要感谢帮忙过我的同学, 他们也

18、为我解决了不少我不太明白的设计上的难题；同时也感谢学院为我供应良好的做课程设计的环境；经帮忙过我的良师益友和同学；9 最终再一次感谢全部在设计中曾名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文参考文献1 曾兴雯、刘乃安、陈建高频电路原理与分析西安：线电子科技高校出版社,2007.9 2 刘泉通信电子线路北京：高等训练出版社,2005.5 3 林嘉瑞高频电路原理北京：电子工业出版社 ,2003.1 4 高吉利高频电子线路北京：电子工业出版社,2005.7 5 刘骋高频电子技术北京：人民邮电出版社,2006.

19、5 6 张肃文高频电子线路北京：高等训练出版社,2004.8 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文附录总体电路图11 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程设计 论文附录元器件清单名称型号数量电阻2 电阻1 电阻4001 电阻3301 电阻1001 电位器10K1 瓷片电容103 3 瓷片电容101 1 瓷片电容104 1 瓷片电容271 1 瓷片电容152 1 电解电容100uF/16V 1 可变电容60pF 1 电感1uH 1 电感330uH 2 晶振10M 2 三极管2N2222 2 拨码开关2 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 15 页