高频改进型电容三点式正弦波振荡器完整版 (2) 2

1、 武汉理工大学高频电子线路课程设计说明书目录摘要21 设计方案选择及讨论31.1振荡电路的选择及简要分析31.2带载电路的选择及简要分析32各部分设计及原理62.1放大器及选频网络的设计及分析62.2缓冲级的设计与原理73 总原理图及其调试83.1总原理图83.2调试及结果分析84心得体会10参考文献11附录I 元件清单12附录 仿真图样13摘要 随着科学技术的发展，科学研究以及日常生活中对于振荡器的需求程度也越来越高。我们的信号发生器中的正弦波发生器就是以这种形式制作的。振荡器也会继续并长期的被人们利用着去改变我们的世界。本次设计主要是用三极管搭建的可手动调成克拉伯，西勒振荡器，并用晶振替代

2、电感以进一步提高电路振荡的稳定性，并且该电路还要实现一定带载能力，有100欧姆的负载情况下有1V以上的峰峰值输出。关键词：振荡器 正弦波 带载能力1 设计方案选择及讨论 1.1振荡电路的选择及简要分析 首先，本设计需要先设计出克拉伯与西勒的晶体振荡器电路。并在其可手动调控部分加上开关以进行手动控制。 克拉伯振荡器，是电容式三点振荡器的一种改进形式，其主要优点是频率较为稳定。电路图如下：图1.1.1 克拉伯振荡电路 其中，振荡频率由选频回路中的C1，C2，C3，以及L共同决定，选频回路总电容为：1/C=1/C1+1/C2+1/C3 ;由于C1，C2电容值相较于C3比较大，所以其总电容值主要由C3

3、决定，即C=C3，又振荡频率f=1/2(LC)=1/2(LC3)。 克拉伯振荡器的特点在于其振荡频率较为稳定，频率系数非常小，大概在1.2到1.3之间。但由于没有使用任何可调电阻，所以克拉伯振荡器是没有办法大范围改变频率的，这也是它的一个缺点。 西勒振荡器就是将原来的L与一个可调电容C4并联，这样设计之后，整个电路的选频频率的改变范围就被大大增加。电路图如下：图1.1.2 西勒振荡电路 西勒振荡器的振荡频率计算方法类似于克拉伯振荡器，它的总电容C=1/(1/C1+1/C2+1/C3)+C4，近似处理之后，C=C3+C4，所以西勒振荡器的振荡频率是f=1/2(LC)=1/2(L(C3+C4)。

4、西勒振荡器的最大优点就是它克服了克拉伯频率不可调的缺点，在一定范围内，西勒振荡器都可以输出较为平稳的正弦波形。但是在实际调试方面，因为又多了一个电容，所以给调试又带来了一定的难度，但总的来说，西勒振荡器是一种应用比较广泛且性能比较良好的正弦波振荡器。 其次，为了进一步提高振荡器的稳定性，选用了6M的晶振来代替选频回路中的L，如下图所示：图1.1.3 晶振替代电感改进型 做这种改进的原因有两点：第一，晶振有着非常高的稳定性，可以进一步提高输出波形的平整性；第二，电感经实测后，自己绕制的电感电特性还比较好，但买的成品性能并不是非常好，所以第一次焊出来的成品调试不是很顺利。于是，做了如上改进，以增大

5、成功的可能性。 1.2带载电路的选择及简要分析 根据任务书要求，需要带动100欧姆的负载电阻，一种简单的方法是选用性能比较好的水泥电阻，但是还是需要加上一至两级功率放大器以增大电路的带载能力，否则也无法实现任务书的要求。这里就有两种方法供我选择，一种是在后级加上功率放大器来带动负载，另一种是我采取的，用射极跟随器来提高电路的带载能力。下面进行简要的介绍。 射极跟随器主要形式电路图如下所示:图1.2 射极跟随器电路图 射极跟随器采用的是共集电极放大形式，所以它的输入阻抗很大，可以当成一个电流放大器来看，它的主要作用是缓冲，使前后两级电路的相互影响变小，用在这里也刚好能起到提高带载能力的作用，所以

6、，设计时选用了射极跟随器来做二级缓冲电路。2各部分设计及原理 2.1放大器及选频网络的设计及分析 其原理图如图2.1所示图2.1 射极偏置放大与选频电路 该射极偏置电路让三极管有合适的静态工作点。 从稳频的角度出发，应选择f较高的晶体管，这样晶体管内部相移相对较小。通常选择f>(3-10)fmax。同时希望电流放大倍数大些，这既容易震荡，也便于减小晶体管和回路之间的耦合。虽然不要求振荡器中的晶体管输出多大功率，但考虑到稳频等因素，晶体管的额定功率也应有足够的余量。晶体管的静态偏置点设置在小电流区，电路应采用自偏压。对于小功率晶体管，集电极静态电流约为1-4mA。如上图2.1所示。电路中通

7、过调节C5来调节震荡的频率，其中C=1/(1/C2+1/C3+1/C4)+C5。 2.2缓冲级的设计与原理 缓冲级电路原理图图2.2所示图2.2 缓冲级电路由于西勒振荡器的的输出阻抗比较大，带负载的能力不强，所以有必要加一个缓冲级，来提高电路的带负载能力。缓冲级不具有放大作用，只是原倍数的将信号输出给下一级。原理图如图2.2所示。3 总原理图及其调试 3.1总原理图图3.1高频改进型电容三点式正弦波振荡器电路原理图 总原理图中通过电路Q1放大器和选频网络组成了西勒振荡器，得到的信号经过缓冲级的处理后得到了一个原倍数的正弦波加在负载RL上，通过计算，可以得知VRL>1V,满足设计要求。 3

8、.2调试及结果分析 安装好电路后，在实验室进行了调试，发现电路可以达到6M的频率，但是负载的输出幅度没有达到1V，只达到了将近100mV左右，经过分析可知第一个晶体管的工作状态是完好的，但是第二个晶体管的工作状态不是在放大区，原因是R5和R4的电阻的比例不是很好，其中的R5电阻当时去买的时候他们给错了，最后只有在实验室找了两个电阻进行搭配连接的，所以我在实验室又换了几个电阻调试了一下，发现输出的幅度确实有了提高，但还是没有达到实验要求的1V的输出幅度，在实验室又没有找到很适合的电阻来更换，所以就没有换电阻，而且在多次更换电阻使得万用版上电阻周围的焊点有点乱。至于前面的参数的选择，则是通过计算的

9、到的要使三极管满足起振条件，则静态时它应工作在放大区，故R3两端电压应大于0.7V，一般情况下发射极电流为mA级，基极电流uA级。不妨取R1=R3=5.1K，R2=400，=45则Vb=2.5V，Ie=4.5mA,Ib=100uA,符合射级要求。为了调节方便，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,则由f0=2LC回路总电容C=253.3pF，即C2，C3串联后的总电容为253.3 pF，则取C2=300pF，C3=1600pF.为了便于调节C2由一定值电阻和可变电阻并联而成。缓冲级

10、的电阻R4和R5则是为第二个晶体管提供合适的工作点而选的参数。至于其他的电容则是为了消除外界环境对仪器的干扰。集体调试结果如下图3.2所示。图3.2 调试结果实物图4心得体会 对于电路的设计过程起初以为改进型电容三点式振荡器的设计比较烦琐，有静态工作点的要求，各电阻、电容值的设计，看起来较复杂。后来通过查资料，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值，画出电路图，慢慢变得简单。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，首先电路的设计，查阅了不少资料，电容三点式虽然常见，但是要考虑到满足任务书的要求，仍费了一番波折；还有就是刚开始我没有想到要用那个缓冲级来接最后的负载电阻，经

11、过在网上差一些相关的资料才知道由于西勒振荡器的带负载能力比较弱，所以需要一个缓冲级来增强西勒振荡器的带负载能力，最后在网上通过查找找到了一个缓冲级的电路。在调试的过程中，发现电路的输出幅度没有达到要求，所以在实验室又找了几个电阻进行调试，发现幅度确实有所提升，但由于实验室没有更好的电阻代替，没有将输出幅度调到1V以上，这是这次课设的不足之处。 在这个设计当中，我学会了振荡电路中的一些基础理论知识，在设计电路元件参数的时候首先要考虑电路起振条件和平衡条件，这分别包含振幅条件和相位条件。正反馈网络是西勒振荡器设计中的一个重要环节，真反馈使输出起到与输入相似的作用是系统偏差不断增大，是系统震荡。我还

12、明白了普通电容三点式电路与克拉泼振荡器以及西勒振荡器之间的不同和优劣。 我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于电信工程的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会各种专业知识，为将来的工作打下良好的基础。这次课设也锻炼了我的自己想办法找到解决困难的能力，同时也学到了更多的关于正弦波振荡器的工作情况和一些性能，特别是关于西勒振荡器的带负载能力有了更近一步的了解，以前我对这个带负载一直都没有一个完整的了解，开始我还以为只要一个晶体管和电容电感就可以了，最后查资料才知道西勒的带负载能力太弱，必须要一个缓冲级才可以带要求的100欧姆的负载。参考文献1.高频电子技术，徐正惠 主编，科学出版社2.高频电路设计与制作，何中庸译，科学出版社3.高频电子线路，邹传云 主编，清华大学出版社4.通信电子线路，第2版，刘泉 主编，武汉理工大学出版社5.通信电子线路，第三版，高如云 主编，西安电子科技大学出版社附录I 元件清单名称序号型号参数数量电阻R15.1