改进型电容三点式正弦波振荡器

1、改进型电容三端式振荡器设计班级: 021213班 姓名：聂清 学号：02121221 摘 要振荡器的种类很多，使用范围也不相同，但是它们的基本原理都是相同的，都要满足起振、平衡和稳定条件。本次课设设计了改进型电容三点式高频振荡器，介绍了设计步骤，比较电容三端振荡电路和西勒振荡电路的优缺点，最终选择了西勒振荡电路。继而通过Multisim设计电路与仿真，并用规定的电源、示波器和频率计进行测试与调整，得到了与理论值相近的结果。最终完成的设计要求。关键词：电容三点式 西勒振荡器 Multisim 仿真II1绪 论高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或者高频标准信号，以便测试各种电子

2、设备和电路的电气特性。它是指产生信号频率为 100千赫30兆赫的高频、30300兆赫的甚高频信号发生器。一般采用 LC调谐式振荡器，频率可由调谐电容器的度盘刻度读出。高频信号发生器主要是产生高频正弦振荡波，故电路主要是由高频振荡电路构成。振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。为此，振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路，也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。振荡器主要分为晶体振荡器和LC振荡器，本次实验采用LC振荡器。LC振荡器中的基本电路就是通常所说的三端式振荡器，即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。其中三端式又分为两种基本电路。根据反馈

3、网络由电容还是电感完成的分为电容反馈振荡器和电感反馈振荡器。同时为了提高振荡器的稳定度，通过对电容三端式振荡器的改进可以得到西勒振荡器。本次课设的目的就是构成西勒振荡器，并完成相关的技术指标。2基本原理介绍2.1振荡器的概述不需外加输入信号，便能自行产生输出信号的电路称为振荡器。按照产生的波形，振荡器可以分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。按照产生振荡的工作原理，振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器。所谓反馈式振荡器，就是利用正反馈原理构成的振荡器，是目前用的最广泛的一类振荡器。所谓负阻式振荡器， 就是利用正反馈有负阻特性的器件构成的振荡器，在这种电路中，负阻所起的作用，是将振荡器回路的正阻抵消

4、以维持等幅振荡。反馈式振荡电路，有变压器反馈式振荡电路，电感三点式振荡电路，电容三点式振荡电路和石英晶体振荡电路等。 电感三点式振荡器的电感线圈对高次谐波呈现高阻抗所以反馈带中高次谐波分量较多输出波形较差。本次设计要求我们采用的是电容三点式振荡电路，由于电容三点式振荡电路有一些缺陷，通过改进，得到了西勒振荡器。2.2振荡器的原理振荡器LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接构成的电路即为三端式振荡器，其示意图如下图2.1所示：图2.1 一般形式的三点式振荡器三点式LC正弦波振荡器的组成法则是：与晶体管发射极相连的两个电抗元件应为同性质的电抗，而与晶体管集电极基极相连的电抗元件应与前者性质相

5、反。也就是说上图中、与的性质必须相反振荡器才能起振。设：、为纯电抗元件负号表示产生180o相移，与Vbe和Vce间的180o相移合成为360o相移，满足正反馈条件。为此，Xce与Xeb必为同名电抗，而Xcb须是Xce与Xeb的异名电抗。2.3电容三点式振荡器电容三点式的原理示意图如下图2.2所示：图2.2 电容三点式振荡器 由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极和集电极连接的为异性质的电抗元件L，根据前面所述的班别准则为，该电路满足相位条件。其工作过程是：振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化 ，将产生脉动信号。振荡器电路中有一个LC谐振回路，具有选频

6、作用，当LC谐振回路的固有频率与某一谐振频率相等时，电路发生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器倍数减小，最后达到平衡，此时振荡幅度不在增大。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出。该振荡器的振荡频率为：反馈系数F为： 若要它产生正弦波，满足F=1/21/8,太小或者太大均不容易起振。一个实际的振荡电路，在F确定后，其振幅增加的主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如果静态电流值取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真。严重时，甚至使

7、振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般取=0.5mA4mA。电容三点式的优点是：1)振荡波形好；2）电路的频率稳定度高，工作频率可以做得较高，达到几十赫兹到几百赫兹的甚高波段范围。电路缺点：若调用C1或C2改变振荡回路的工作频率，反馈系数也将改变使振荡器的频率稳定度不高。3系统设计方案3.1西勒振荡器电容三点式改进型“西勒振荡器”如下图3.1所示： 图3.1 西勒振荡器电路电路的特点是在电容三点式振荡器的基础上，用一电容C4，并联于电感L两端。作用是保持了晶体管与振荡回路弱耦合，振荡频率的稳定度高，调整范围大。电路的振荡频率为：f0=12L(C3+C4)西勒振荡电路有以下特点：1 .振荡幅度

8、比较稳定；2 .振荡频率可以较高；频率覆盖率较大，因而在一些短波超、短波通信机，电视接收机中用的较多。该电路振幅起振条件： 该电路相位起振条件： 振幅平衡条件： 相位平衡条件： 放大器电路由晶体三极管2N222、滤波电容、高频旁置电容、集电极旁置电阻R1、基极旁置电阻R2、R3、射极旁置电阻R5组成。放大器可选用如电子管、晶体管等，本设计采用晶体三极管2N222作为能量控制的放大器。选频网络用来决定振荡频率，本设计采用LC并联谐振回路，由C2、C3、C4、L、C5组成，要求C2，C3>>C4，C5。反馈网络是将输出信号送回到输入端的电容分压式正反馈网络，C3和晶体管构成正反馈。根据

9、上述对比可知。西勒振荡器的频率改变主要通过改变C5完成，C5的改变并不影响接入系数p，因而波段内输出较平稳。而C5改变，频率变化较明显，使得西勒振荡器的频率覆盖系数较大。本次课设选择西勒振荡电路作为正弦波发生电路。3.2电路结构电路原理图如下图3.2所示： 图3.2 改进型电容三点式振荡电路原理图图3.2中的电路主要由3部分构成：1.起能量放大作用的三极管放大器；2.三点式回路组成的正反馈网络；另外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极，来提高电路的带负载能力。缓冲极不具有放大作用，只是原倍数的将信号输出给下一级。3.2.1静态工作点设置合理选择振荡器的静态

10、工作点对振荡器的起振、工作的稳定性和波形质量的好坏有着密切的关系。一般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截至区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流大约在0.84mA之间选取，故本实验电路中：选择=2mA =6V ， 则 为提高电路的稳定性值适当增大，取=1，则=2又 2mA*1K=2V 取流过Rb2的电流为10，则 VEQ = Rb2*VccRb2+Rb1=2V，Rb20.3*Rb1可取Rb2=5.1，Rb1=17K则这样额定电流是2mA,满足任务要求。3.2.2振荡回路元件确定回路中的电抗元件分为电容C和电感L两部分。通常满足接入系数C2/C3不能过大或者过小，否则不

11、容易起振，一般适宜1/81/2。振荡器工作频率为：f0=12L(C3+C4)当LC振荡时，=1MHz L=20H本电路中，回路谐振频率主要由C3和C4决定，即 C3+C4=142f2L=2.533nf取C3=285pf,C4为1.0nf，因为要遵循C1,C2>>C3,C4，C1/C2=1/81/2的条件，故取C1=5.1nf，C2=10nf。3.3 电路仿真在Multisim软件中绘制改进型电容三点式正弦波振荡器的电路图，并更改好各元件数值连接好虚拟示波器，如下图3.3所示：图3.3 电路仿真连接图 其中起振电路显示波形如图3.4所示：图3.5为通过缓冲器后加载100K负载的波形输出 图3.4 加载100负载后的波形输出和频率5小结与体会高频电子线路的课程设计实际操作起来却相当复杂。对于波形的失真，要求我们自己想办法解决。在这方面，参考资料显得十分重要。课本上只是简单的介绍西勒振荡器的基本原理，而更多的任务要求实现需要我们去查阅资料和联系各个知识点。这次课程设计中我对电路进行了仿真，进一步熟悉了Multisim软件的使用，对建立文件、绘制电路图、对其进行仿真等一