电容三点式震荡电路的设计

北方民族大学

课程设计报告院（部、中心）电气信息工程学院姓名郭佳学号21000065专业通信工程班级1同组人员课程名称通信电路课程设计设计题目名称500KHz电容三点式LC正弦波振荡器的设计起止时间2013.3.4——2013.4.28成绩指导教师签名北方民族大学教务处制摘要本次课设介绍了电容三点式高频振荡电路的设计方法，反馈振荡器的原理和分析

以及电容三点式电路参数的计算，并利用其它相关电路为辅助工具来调试放大电

路，解决了放大电路中经常出现的自激振荡问题和难以准确的调谐问题。同时

也给出了具体的理论依据和调试方案，从而实现了快速、有效的分析和制作，振

荡器电路。并以500KHz的振荡器为例，利用multisim制作仿真的模型。关键字：电容三点式振荡仿真目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目录3\o"CurrentDocument"1、概述4\o"CurrentDocument"2、三点式电容振荡器5\o"CurrentDocument"2.1反馈振荡器的原理和分析5\o"CurrentDocument"2.2电容三点式参数6\o"CurrentDocument"2.3设计要求8\o"CurrentDocument"3、电路设计8\o"CurrentDocument"4、调试与总结10\o"CurrentDocument"1仿真102、总结：11\o"CurrentDocument"5、心得体会11oo1、概述振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率f0能通过，使振荡器产生单一频率的输出。振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压U和输入电压U要相等，这是振幅平衡条件。二是U和U必fifi须相位相同，这是相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式接收机的主要部分各种电子测试仪器如信号发生器、数字式频率计等，其核心部分都离不开正弦波振荡器。功率振荡器在工业方面（例如感应加热、介质加热等）的用途也日益广阔。正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为正弦波振荡器。通常，按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负载型两种，前者应用更为广泛。在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。2、三点式电容振荡器2.1反馈振荡器的原理和分析反馈振荡器原理方框图如图2.1所示。反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载，是一个调谐放大器。图2.1图2.1反馈振荡器方框图为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的自你好与放大器输入端的信号相位相同。定义A(S)为开环放大器的电压放大倍数：A(S)二亠U(S)iF(S)为反馈网络的电压反馈系数：F(S)U'(S)F(S)iU(S)oAf(S)为闭环电压放大倍数:oUoU(s)iA(S)1—A(S)•F(S)在振荡开始时，由于激励信号较弱，输出电压的振幅U则比较小，此后经o过不断放大与反馈循环，输出幅度U开始逐渐增大，为了维持这一过程使输出

振幅不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即：T(jW)》1因此起振的振幅条件是：A-F>1起振的相位条件是：p+p二2n兀AF要使振荡器起振必须同时满足起振的振幅条件和相位条件。其中起振的相位条件即为正反馈条件。2.2电容三点式参数三点式电容振荡器是自激振荡器的一种。由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。它的优点是：反馈电压取自电容C，而电容对晶体管非线性2特性产生的高次谐波呈现低阻抗，所有反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形很好；其缺点是：反馈系数因与回路电容有关，如果用改变电容的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响起振。三点式电容振荡器的电路原理图如图2.2所示。-c-c图2.2电容三点式振荡电路由振荡器谐振频率计算公式：W=-^=V'LC根据设计指标，f=6MHz分配合适的电容和电感。LC振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1,即AF=1，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为所以维持振荡所需的电压增益应该是：电容三点式振荡器的谐振频率为f1:丁CCf=_兀L・1_2—

o2C+C'12在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率，即/-oT放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压V和输入电压V来确定，即opip所以，可以得出V=V-Aopip当知道输入V,A等于多少的时候，由公式可以求出V的具体参数值。ipop2.3设计要求震荡频率500KHz；输出信号有效值3V,电源电压12V负载电阻3K3、电路设计振荡器在接通电源的一瞬间,晶体管会产生一个从零到某一数值的电流阶跃,该电流阶跃的成分十分丰富,选频网络会选出满足正反馈的频率在经过正反馈建立信号电路设计如下图：偏置电阻参数如图所示基集偏置电阻：R2=33k,R3=12K射集反馈电阻：R4=1.62k电源电压12V隔直电容：10nF旁路电容：510nF三点震荡电路：C2=10NF,C3=30NF.L1=12UH负载电阻：3k1）静态工作电流的确定合理地选择振荡器的静态工作点,对振荡器的起振,工作的稳定性,波形质量的好坏

有着密切的关系。－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止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.8-4mA之间选取，故本实验电路中：选I=2mAV=1.2VB=100CQCEQ则有R+则有R+RecU-UCCCEQ12-0.2二5.4KG2CQ为提高电路的稳定性R值适当增大，取Re=1.62KQ则Rc=4.5KQe因：U=1・R贝9：U=2mAX1.62K=3VEQCQEEQ因：I=I/B则：I=2mA/100=0.02mABQCQBQ一般取流过Rb2的电流为5-10IBQ,若取10IBQVR=-^QTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"b2IV二V+0.73.7V因：BQBQEQ贝y：R==18KG取标称电阻12KQ。b20.2V-V12V-3.7V12V-3.7V:R二———12KG=26.9KGb13.7Vb1Vb2因：BQ故Rb1取28K为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由27KQ电阻构成。三极管性能ceo=30热敏电阻连接；:热敏电阻狀况；:功耗：降值拐点’：热敏电阻连接；:热敏电阻狀况；:功耗：降值拐点’：最低工作視度：最高工作租度：麟电放电：:Vcbo=60lc(max]=0.8hFE(min)=35hFE(max)=300Ft二250Pd=3Package=TO-18145.80^137.503.0025.00-65.00200.000.004、调试与总结1仿真在设计完成电路后，运用mutisium软件对振荡电路进行仿真，对其产生的波形进行分析。振荡器波形图如图4.1所示。凶mV周期V0DC通道丄测星rwciTrin.!eiLFCl熔類率计-XFCl500.912kHz灵敏度识M5)触发电平时间轴比例|5us/Div凶mV周期V0DC通道丄测星rwciTrin.!eiLFCl熔類率计-XFCl500.912kHz灵敏度识M5)触发电平时间轴比例|5us/DivX位置厂通道A比例|5V/Div¥位置|0通道¥比例|5V/Div¥位置T2-T1缓变信号压缩比脉冲|上升/下降|时间15.092ms15.092msO.LILIOS通道丿3.280V3.280V0.000V厂耦合由仿真结果图可知：该电路的振荡频率为500KHZ，输出电压有效值为3V2、总结：在这个设计当中，我们学会振荡电路的一些基本内容和基本理论知识。在设计电路元件参数的时候，首先要计算是否符合振荡电路的起振条件和平衡条件。正反馈网络是电感反馈三点式振荡网络中比较重要的一个环节。正反馈使输出起到与输入相似的作用，使统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用，维持振荡电路所消耗的能量。5、心得体会在本次课程设计中，我从各方面的设计和构思中学到了许多知识，了解到理论和实践结合的难度。在上学期学习通信电子线路这门课程时，元件的使用只是很局限的运用。在课程设计中我发现很多芯片，元器件，电路都有很奇妙的作用。它们以前的作用只是一个最基本的运用，更多的运用会出现在各个实际电路中。对于电路设计，刚开始拿到题目的时候我以为很简单，在实际制作的过程中发现其实并不是这样。因为以前学的很多东西都忘记了，包括简单的三极管的静态工作点的计算都忘记了，后来在老师的帮助下再查了其他的资料才将三级管的静态工作点计算好。在后续的设计过程中，也遇到了许多的问题，如波形不平滑等问题，在仿真的过程中很多知识需要联系起来一起用，需要灵活的运用。经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于通信电子电路有了更深层次的掌握，并且提高了独立解决问题的能力。虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，但最后出来的波形还是不很稳定。本课程设计不仅仅是一项任务，而且是一项使命