电容三点式振荡器的设计.doc

学号：0709131051 2010 - 2011学年 第 1 学期 专业综合设计报告题 目： 电容三点式振荡器的设计 专 业： 电气工程系通信工程 班 级： 07 通 信 工 程 姓 名： 王 子 廷 指导教师： 鲍 尚 东 成 绩： 电气工程系2010年11月28日课 程 设 计 任 务 书学生班级： 07通信工程 学生姓名： 王子廷 学号： 0709131051 设计名称： 电容三点式振荡器的设计 起止日期： 2010.11.21 - 2010.11.28 指导教师： 鲍 尚 东 设计要求：a)原理图设计。1原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确，端了要不得有标号。2图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。3原理图要完整，CPU，外围器件，扩器接口，输入/输出装置要一应俱全。b)程序设计1根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设直出完整的程序流程图。c)设计说明书1原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。2程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。一、设计实验目的1、理解LC三点式振荡器的工作原理，掌握其振荡性能的测量方法。2、理解振荡回路Q值对频率稳定度的影响。3、理解晶体管工作状态、反馈深度、负载变化对振荡幅度与波形的影响。4、了解LC电容反馈三点式振荡器的设计方法。二、实验原理三点式振荡器的交流等效电路如图4-1所示。图中，为谐振回路的三个电抗。根据相位平衡条件可知，必须为同性电抗，相比必须为异性电抗，且三者之间满足下列关系： (4-1)这就是三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。在满足式(4-1)的前提下，若呈容性,呈感性，则振荡器为电容反馈三点式振荡器；若呈感性，呈容性，则为电感反馈三点式振荡器。下面以“考毕兹”电容三点式振荡器为例分析其原理。图4-1 三点式振荡器的交流等效电路 图4-2 “考毕兹”电容三点式振荡器1、“考毕兹”电容三点式振荡器工作原理“考毕兹”电容三点式振荡器电路如图4-2所示，图中L和C1、C2组成振荡回路，反馈电压取自电容C2的两端，Cb和Cc为高频旁路电容，Lc为高频扼流圈，对直流可视为短路，对交流可视为开路。显然，该振荡器的交流通路满足相位平衡条件。若要它产生正弦波，还必须满足振幅条件和起振条件，即：式中为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益；为反馈系数，只要求出二者的值，便可知道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出图4-3所示的Y参数等效电路。若忽略晶体管的内反馈，即,可得图4-4 为LC并联谐振回路折合到晶体管端的等效谐振电导，即图4-3“考毕兹”电容三点式振荡器Y参数等效电路 图4-4 简化等效电路由图4-4可求出小信号工作状态时电压增益和反馈系数分别为 (4-3)式中，若忽略各个g的影响，电路的反馈系数为 (4-4)由式(4-2)可得起振条件为 (4-5)故有 (4-6)上式即为振荡器起振的振幅条件。为了进一步说明起振的一些关系，可将式(4-6)变换为 (4-7)式(4-7)第一项表示输出电导和负载电导(这里未考虑负载电导)对振荡的影响，F越大，越容易起振。第二项表示输入电导对振荡的影响，和F越大，越不容易起振。可见，考虑到晶体管输入电导对回路的加载作用时，反馈系数F并不是越大越容易起振。由式(4-7)可知，在晶体管参数一定的情况下，可以改变和负载电导及F来保证起振。F一般取0.10.5。2、振荡管工作状态对振荡器性能的影响对于一个振荡器，在其负载阻抗及反馈系数F已经确定的情况下，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小，波形好坏）有着直接的影响。工作点偏高，振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时甚至使振荡器停振；工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但不能取得太低，否则不易起振。由式(4-3)可知，实际的振荡电路在确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值，静态电流越大，输出幅度越大。但是如果静态电流取得太大，不仅会出现波形失真现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。实际中静态电流值一般取0.5mA1mA。3、振荡器的频率稳定度频率稳定度是振荡器的一项重要技术指标，它表示在规定的时间间隔内和规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内，振荡频率的相对变化量。振荡频率的相对变化量越小，振荡器的频率稳定度越高。要改善振荡频率稳定度，必须减小振荡频率随温度、负载、电源等外界因素影响的程度。振荡器的电路结构和振荡回路是决定振荡频率稳定度的主要因素，因此，改善振荡频率稳定度的主要措施一是改善电路结构，减小电路分布参数对频率稳定度的影响；二是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率稳定的能力，即提高振荡回路的标准性。提高振荡回路标准性的方法除了采用稳定性好和高Q值的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的具有负温度系数的电容，以实现温度补偿作用；或采用部分接入法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率稳定度的影响。石英晶体具有十分稳定的物理化学特性，在谐振频率附近，晶体的等效参数很大，很小，也不大，因此晶体Q值可达百万数量级，所以晶体振荡器的频率稳定度比LC振荡器高很多。三、实验内容及步骤(一)实验电路实验电路如图4-5所示。 图4-5 LC电容反馈三点式振荡器实验电路实验前请根据原理图在实验板上找到相应器件及插孔并弄清其作用。(二)静态工作点测试1、在实验板12V插孔上接入12V直流电源，注意电源极性不能接反。图4-6 测试动态工作点的接线图2、反馈电容C、R、CT不接，接入C680pf，用示波器观察振荡器停振时的情况。(电路连接情况如图4-6所示)注意：连接C的接线要尽量短，以减小导线分布电容的影响。3、改变电位器RP(047k)测得晶体管V的发射极电位VE，VE可连续变化，记下VE的最大值VEmax，计算IEmax的值。IEmaxVEmax/R4，设：R4=1K。(三)振荡频率与振荡幅度测试1、实验条件：IEQ=2mA、C=120pf、C=680pf、R=110k。(1)按步骤(二)调节RP使IEQ=2mA或VEQ= IEQR4=2V。(2)按图4-7连接电路。 图4-7 测试振荡频率和振荡幅度的连接图四、设计的结论仿真的结果如下图：五、参考文献1.张萧