第三讲 振荡器及设计
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一、 设计题目:振幅调制器设计二、 摘要在当今时代,电子科技已经十分发达,而通信和广播等领域也随之高速发展。
有时为了提高通信质量和处理信号方便,需要将语音、图象等有用信息经过调制才能发送出去。
现代通信中常用调制方式有调幅、调相和调相,三种调制方式各有优缺点,所以要根据具体条件要求确定适当调制方式。
当需要将调制信号通过调幅后再发送出去时,这就无疑需要一种振幅调制电路来实现。
下面介绍一种简易的振幅调制电路,该电路的载波由高频信号发生器产生,经放大后和调制信号经乘法器后,输出抑制载波的双边带调幅波,输出的双边带调辐波与放大后的载波再经过相加器后,即可产生普通调幅波,本电路的设计思路十分清晰,原理较为易懂,结构简单明了,使用起来方便、稳定且实用价值较高。
本设计主要涉及模拟电子线路中的放大器工作原理、通信电子线路中高频功率放大器的工作原理,以及对振幅的普通调制和双边带调制原理。
对电路基础、模拟电子线路、通信电子线路中的一些基础知识要求较高,是对以往学过的知识一次全面的复习。
同时也将理论知识应用到设与计与实践中。
三、 系统总体设计结构1、整体方案分析本设计的原理框图(图1)如下:图1设计原理图载波由高频信号源直接产生,然后经过高频功率放大器进行放大,作为调幅波的载波,调制信号由低频信号源产生,二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波,为了得到质量更好的信号,也经常在输出端加上一个加法器,使调幅波与一个幅度相当的载波相加,得到标准调幅波。
工作原理如图2。
调幅波图2双边带调幅信号产生原理图2、部分电路方案分析(1)放大部分方案分析根据设计要求,放大部分需要由丙类放大器才能满足其技术指标,原理框图如图3。
第一级由甲类放大器进行输入信号的第一级放大,第二级采用丙类放大,其最大优点是效率比较高。
如图4。
图3 功率放大器的原理框图(2)调幅电路的方案分析常用的电路有两种,一是采用模拟集成运放构成的加法器,但由于输入的是频率高的信号,这样会导致输出的波形会严重失真,而且电路极其不稳定;二是采用乘法器、加法器部分直接采用集成乘法器和集成的加法器,其优点是效率较高而且输出稳定。
振荡器的原理和设计方法分析和设计振荡器有两种常用的理论:正反馈理论和负阻振荡理论。
正反馈理论是将振荡器从电路上分为基本放大器和反馈网络两部分,从工作过程上分为起振到平衡两个阶段。
在微波频段由于各种分布参数和寄生效应的影响,将振荡器严格的分为具体的两部分较为困难,用负阻振荡理论可以很好的解释振荡机理,一般将器件看成一个单端口网络,主要考察端口阻抗而不管网络内部划分成几个部分。
在正反馈理论中,将振荡器在结构上划分为一个放大器和反馈网络两部分,如图2.3-1所示,则该振荡器的闭环传递函数G A可以表示为式2.3-1。
而振荡器有输出无输入,则Vin =0,Vout>0,所以式2.3-1分母为0,即G m(ω)=H A(ω) H F(ω)=1,设H F(ω)=H(ω)+j H(ω),放大器为实数增益,则有式2.3-2。
式2.3-2只适用于稳态情况,而在振荡器初始状态,必须有G m(ω)>1,即环路增益必须大于1才能使传递电压逐步增加,但这种增加不是无限制的进行下去,而是最终稳定在频率和功率保持不变的状态,这时满足振荡器的幅度条件和相位条件,即G m(ω)=1,φm(ω)=2nπ,(n=0,1,2….),振荡器最终工作在大信号状态。
振荡器的反馈回路包括振荡器的幅度条件和相位条件,即在某一频率点上将最终满足G m(ω)=H A(ω) H F(ω)=1,而在其它频率点上任何一个条件不能满足都不能起振。
除此之外,振荡器还必须满足稳定条件。
在振荡器由起振逐步过渡到平衡状态时,如果收到细微的噪声干扰,平衡状态将被破坏,振荡器的工作状态将有两种变化趋势,一个是经放大和反馈的作用,振荡器的工作平衡点远离原来的平衡点,在新的位置达到平衡,而且在干扰消失后不能回到原平衡点。
第二种变化趋势是在受到干扰后,振荡器能在原平衡点附近建立新的平衡,而干扰消失后振荡器能迅速恢复到原来的状态,第二种即是需要的稳定状态。
根据反馈网络的不同,又分为Colpitts 型、Hartley 型和Clapp 型。
电路中的振荡器与时钟电路的设计与应用在电子学中,振荡器是一种能够产生连续振荡信号的电路。
它在众多电子设备中具有重要的作用,其中包括时钟电路。
本文将介绍振荡器的基本原理和不同类型的振荡器,以及时钟电路的设计与应用。
一、振荡器的原理与分类振荡器是一种能够将直流电能转换为交流电能的电路。
它利用正反馈原理,将一部分输出信号送回到输入端,以维持电路的振荡运行。
振荡器的核心是一个自激振荡环路,它由放大器和反馈网络组成。
根据振荡器输出信号的波形特点和频率稳定性,振荡器可以分为多种类型。
常见的振荡器包括正弦波振荡器、方波振荡器和脉冲振荡器。
正弦波振荡器输出连续的正弦波信号,适用于无线电等通信领域。
方波振荡器输出方波信号,常用于数字电路。
脉冲振荡器输出脉冲信号,广泛应用于计数器、定时器等电子设备。
二、常见的振荡器电路1. 基本振荡器电路基本振荡器电路由放大器、反馈网络和能源构成。
放大器负责放大输入信号,反馈网络提供正反馈,能源则提供电源给放大器。
常见的基本振荡器电路包括皮尔逊振荡器、柯勒振荡器和哈特利振荡器等。
2. RC和LC振荡器RC振荡器和LC振荡器属于基本振荡器的特殊类型。
RC振荡器使用电容和电阻构成振荡回路,而LC振荡器则使用电感和电容。
它们在无线电频率范围内应用广泛。
3. 晶体振荡器晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应产生稳定的振荡信号。
它在计算机、通信等领域中具有重要的作用,常用于时钟电路和频率合成器中。
三、时钟电路的设计与应用时钟电路是一种特殊的振荡器,它用于生成精确的时序信号。
在数字系统中,时钟电路用于同步各个部件的操作,确保系统能够按照预定的时间顺序进行工作。
时钟电路可以采用晶体振荡器、RC振荡器或其他类型的振荡器。
它通常由振荡器、频率分频器、相位锁定环等组成。
振荡器产生基准频率信号,频率分频器将其分频为想要的时钟频率,而相位锁定环用于调整时钟信号的相位和频率。
时钟电路广泛应用于数字芯片、微处理器、通信设备等领域。
通信电子中的振荡器设计技术振荡器是通信电子中的重要部件,其作用是产生高频电信号,用于无线通信、雷达、生物医学电子等领域。
振荡器是一种基本电路元件,其设计技术涉及到电子学、材料学、数学等多学科交叉。
在通信电子领域,振荡器的设计技术已经非常成熟,但是仍然存在一些挑战。
本文将从基础理论、设计方法、关键技术等方面介绍振荡器设计技术的相关知识。
一、基础理论1、振荡器的工作原理振荡器是一种自激振荡电路,其工作原理基于正反馈。
当振荡器中的信号增益等于振荡器的损耗时,振荡器将开始自激振荡。
这个振荡的频率由振荡器中电路元件的参数决定,例如电感、电容等。
2、振荡器的分类振荡器可以按照其输出形式进行分类,常见的输出形式有正弦波、方波、锯齿波等。
按照其振荡环路进行分类,振荡器可以分为共震型和非共振型振荡器。
其中,共震型振荡器的输出频率由振荡器的振荡回路和其它振荡元件决定,而非共振型振荡器的输出频率不受其他元件的影响。
3、振荡器的稳定性振荡器的稳定性是指振荡器在使用环境中能够保持稳定的输出频率的能力。
振荡器的稳定性与其谐振回路中元件的质量、证波器的选择、其它电路元件的电容、电感等参数相关。
在实际设计中,为了确保振荡器的稳定性,通常采用延迟线、电子管、晶体管等技术来提高振荡器的稳定性。
二、设计方法1、基本设计方法设计振荡器的基本方法是确定振荡器的基本参数(如振荡频率、输出功率和失真度等)和选择振荡器的元器件。
设计工作一般需要使用电路模拟软件进行仿真来确定元器件的参数和振荡器的工作特性。
2、常见的设计技术在实际的设计中,振荡器设计涉及到多种技术和领域,例如:(1)振荡回路的设计。
这是设计中最为关键的部分,振荡器的输出频率和稳定度决定于这部分的设计。
(2)集成电路振荡器的设计。
这种设计需要考虑集成电路的制造工艺和特性,以确保振荡器的性能。
(3)高频电路元器件的选型。
在选型过程中需要考虑元器件的使用环境和性能要求。
(4)电磁兼容(EMC)和抗干扰(EMI)设计。
如何设计电子电路的振荡器振荡器是一种能够产生稳定频率信号的电子设备,它在各种电子系统中广泛应用。
无论是在通信领域、计算机硬件、还是嵌入式系统中,振荡器都扮演着重要的角色。
本文将介绍如何设计电子电路的振荡器,包括基本原理、设计步骤和关键注意事项。
一、基本原理振荡器的基本原理是通过反馈回路产生正反馈,使电路达到自激振荡的状态。
其中,反馈回路由放大器和频率选择网络组成。
放大器增强电路信号的幅度,频率选择网络则限制输出信号的频率范围。
通过调整反馈回路的增益和相位,可以实现不同频率的振荡器。
二、设计步骤1. 确定振荡器的类型根据应用需求和电路性能要求,选择合适的振荡器类型。
常见的振荡器类型包括晶体振荡器、RC振荡器、LC振荡器和压控振荡器等。
不同类型的振荡器适用于不同的频率范围和工作条件。
2. 选择适当的放大器和频率选择网络根据振荡器类型选择合适的放大器和频率选择网络。
放大器的增益和频率响应应满足振荡器的工作要求,频率选择网络应确保输出信号的频率稳定。
3. 设计反馈回路根据振荡器类型和放大器、频率选择网络的特性,设计反馈回路。
反馈回路应提供足够的增益和正确的相位延迟,以实现正反馈并稳定输出信号。
4. 添加补偿电路为了提高振荡器的稳定性和抑制非线性失真,可以在振荡器电路中添加补偿电路。
补偿电路可以抑制电路的幅度和相位漂移,并提供更好的输出波形。
5. 仿真和调试在实际制作之前,使用电子电路仿真软件对振荡器进行仿真。
通过仿真可以验证电路设计的正确性和性能是否符合要求。
如果存在问题,可以调整电路参数和元件值进行优化。
6. PCB设计和制作根据振荡器电路的设计图,进行PCB布线和制作。
在布线过程中,要注意信号的走线和地线的布局,以减小信号串扰和杂散噪声。
三、关键注意事项1. 避免正反馈过强正反馈过强会导致振荡器输出不稳定甚至失控。
需要通过设计合适的反馈回路和控制增益来确保振荡器的稳定性。
2. 控制振荡器的启动条件振荡器需要满足一定的启动条件才能正常工作。
如何设计和实现电子电路的振荡器电子电路的振荡器(Oscillator)是一种能够产生周期性信号的电路。
振荡器在各个电子设备中广泛应用,如时钟、无线电和通信系统等。
本文将介绍如何设计和实现电子电路的振荡器。
一、概述在设计振荡器之前,我们需要理解振荡器的基本原理。
振荡器由一个放大器和一个正反馈回路组成。
放大器负责放大信号,而正反馈回路将部分输出信号送回放大器的输入端。
通过适当的放大倍数和相位关系,正反馈回路将输出信号增强,形成连续的振荡。
二、选择振荡器类型在设计振荡器时,需要选择适合应用需求的振荡器类型。
常见的振荡器类型包括RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡器和压控振荡器等。
下面将介绍三种常见的振荡器类型。
1. RC振荡器RC振荡器是利用电容和电阻组成的振荡器。
其中,RC相位位移网络提供了正反馈,实现振荡器的稳定输出。
RC振荡器简单且成本较低,适合低频振荡。
2. LC振荡器LC振荡器是利用电感和电容组成的振荡器。
其中,LC谐振电路提供正反馈,实现振荡器的输出。
LC振荡器频率稳定性高,因此适用于高频振荡。
3. 晶体振荡器晶体振荡器是利用晶体谐振特性产生稳定振荡频率的振荡器。
它由晶振管、放大器和反馈电路组成。
晶体振荡器具有高频稳定性和低噪声,广泛应用于无线通信系统等领域。
三、设计振荡器电路在设计振荡器电路时,需要确定以下几个关键参数:振荡频率、放大倍数和相位关系。
1. 振荡频率振荡频率由回路的元件数值决定。
对于RC振荡器和LC振荡器,通过选择合适的电容、电感和电阻数值,可以实现所需的振荡频率。
对于晶体振荡器,晶振管的谐振频率决定了振荡频率。
2. 放大倍数放大倍数决定了正反馈回路提供给放大器的增益。
放大倍数过高可能会导致振荡器失稳,而放大倍数过低则无法实现持续振荡。
需要在合适的范围内选择适当的放大倍数。
3. 相位关系相位关系决定了正反馈信号与放大器输出信号的相位差。
相位关系一般通过选择适当的电路连接方式(如并联或串联)来实现。
电路中的振荡器设计与应用现代电子设备无论是家用电器还是通信设备,都离不开振荡器的设计与应用。
振荡器是一种能够输出连续振荡信号的电路,它在电子领域起到了举足轻重的作用。
本文将探讨一些常见的振荡器设计及其应用。
一、振荡器的基本原理振荡器的基本原理是利用正反馈回路将电路自身的输出再次输入,达到产生连续振荡的效果。
根据振荡器的输出波形,可以将其分为正弦波振荡器、方波振荡器、矩形波振荡器等。
二、RC振荡器RC振荡器是最简单的振荡器之一,由一个电阻和一个电容组成。
当电容充电至阈值电压时,电容会通过电阻放电,然后重新开始充电,形成连续的振荡。
这种振荡器通常用于音频放大器、时钟发生器等电子设备中。
三、LC振荡器LC振荡器是由电感和电容组成的振荡器,其工作原理是通过电容和电感之间的电磁振荡产生连续振荡。
LC振荡器具有较高的频率稳定性和较好的谐振特性,常用于无线电收发信机、射频发生器等高频设备中。
四、晶体振荡器晶体振荡器是一种使用晶体谐振器作为振荡元件的振荡器。
晶体谐振器利用晶体的机械振动特性和电学特性实现频率稳定的振荡器。
晶体振荡器广泛应用于无线通信设备、计算机等高精度设备,如手机、无线路由器等。
五、振荡器的应用振荡器在电子设备中有着广泛的应用。
首先,振荡器作为时钟发生器,为数字电路提供稳定的时钟信号,保证电路正常工作。
其次,振荡器作为信号发生器,可用于频率测试、信号调制解调等实验和测量场合。
另外,振荡器还常用于通信设备中,如无线电、电视机、手机等,帮助调制射频信号、产生载波等。
六、振荡器设计中的考虑因素在振荡器设计过程中,需要考虑一些重要因素。
首先是选择合适的振荡器类型,根据应用需求确定使用RC振荡器、LC振荡器还是晶体振荡器。
其次是选择合适的振荡频率和频率稳定性,尤其对于高精度设备来说,频率稳定性至关重要。
此外,还需要考虑振荡器的功耗、温度稳定性、相位噪声等指标。
总结电路中的振荡器设计与应用在现代电子设备中占据着重要地位,它为电路提供稳定的时钟信号、信号调制解调等功能。
模拟电路中的振荡器设计原理在模拟电路设计中,振荡器是一个重要的组成部分。
它能产生稳定的交流信号,并被广泛应用于无线通信、音频放大等领域。
本文将介绍振荡器的基本原理和设计方法。
一、振荡器的基本原理振荡器是通过正反馈达到自激振荡的一种电路。
它由放大器、反馈网络和频率稳定器组成。
放大器负责放大信号,反馈网络将一部分输出信号重新输入到放大器的输入端,频率稳定器则保证输出信号的稳定频率。
在振荡器中,反馈网络起到至关重要的作用,它决定了振荡信号的频率和稳定性。
常见的反馈网络包括LC电路、RC电路和晶体振荡器等。
LC电路由电感和电容组成,其频率由振荡频率公式决定:f = 1 / (2π√(LC)),其中f为频率,L为电感,C为电容。
RC电路则由电阻和电容组成,其频率由振荡频率公式决定:f = 1 / (2πRC)。
晶体振荡器利用晶体的谐振原理产生稳定的振荡信号。
二、振荡器的设计方法1. 振荡器的频率确定在振荡器的设计中,首先需要确定所需的振荡频率。
根据应用场景的要求,选择合适的频率范围,并根据振荡电路的特性选择适当的反馈网络。
例如,LC电路适合设计中低频振荡器,而晶体振荡器适合设计高频振荡器。
2. 放大器的设计放大器是振荡器的核心部分,负责放大信号。
在放大器的设计中,需要考虑放大器的增益、输入阻抗和输出阻抗。
根据应用场景的要求选择适当的放大器类型,如晶体管放大器、运放等。
3. 反馈网络的设计反馈网络起到正反馈的作用,使得振荡器能够自激振荡。
根据振荡频率和放大器的特性选择适当的反馈网络类型,并计算所需的电感、电容或晶体参数。
在设计过程中需要注意反馈网络的稳定性和相位特性,以确保振荡器能够正常工作。
4. 频率稳定器的设计频率稳定器用于保证振荡器的输出信号频率的稳定性。
常见的频率稳定器有电子管稳定器和锁相环等。
根据振荡器的设计要求选择合适的频率稳定器,并进行相应的参数计算和调整。
5. 电源和滤波电路的设计在振荡器的设计中,需要合理设计电源和滤波电路,以提供稳定的工作电压和良好的电源滤波效果。