高频专业课程设计LC振荡器设计

目录TOC\o"1-5"\h\z目录 1摘要 2关键词 2\o"CurrentDocument"引言 2\o"CurrentDocument"课程设计背景 2\o"CurrentDocument"课程设计目标 2\o"CurrentDocument"课程设计内容 2\o"CurrentDocument"正弦波振荡电路 3\o"CurrentDocument"LC振荡器基础工作原理 3\o"CurrentDocument"各振荡电路方案比较和分析 3\o"CurrentDocument"振荡器稳频方法 4\o"CurrentDocument"改善型电容反馈电路 4\o"CurrentDocument"电路设计及仿真结果 6参数计算 6进行仿真 6\o"CurrentDocument"仿真结果分析 7\o"CurrentDocument"课程设计心得体会 7\o"CurrentDocument"参考文件 8LC振荡器设计摘要：电子线路中，在无需外加激励信号情况下，能将直流电能转换成含有一定波形、一定频率和一定幅度交变能量电子电路称为高频信号发生器。高频信号发生器关键是产生高频正弦震荡波，电路关键由高频振荡电路组成。振荡器是一个能自动地将直流电源能量转换为一定波形交变振荡信号能量转换电路。它无需外加激励信号。本课程设计中，为了熟悉《高频电子线路》课程，着眼于LC振荡器分析研究和设计。在课程设计中，为了学习Multisim软件使用，和锻炼电子仿真能力，我选择仿真软件是Multisimll.O版本，该软件提供了功效强大电子仿真设计界面和方便电路图和文件管理功效。关键词：LC正弦波振荡器；西勒电路；Multisim仿真1引言课程设计背景在电子线路中，因为LC原件标准型较差，谐振回路Q值较低，空载Q值通常不超出300，有载QL值更低。所以LC振荡器频率稳定度通常为10-3量级，即使是克拉泼电路和西勒电路，也只能达成10-3~10-4量级。因为此次设计关键指标要求频率稳定度10-4，所以选择西勒电路。课程设计目标掌握LC振荡器基础工作原理和关键技术指标还有西勒电路电路图。学习Multisim仿真软件使用方法。学会设计电路图，理论联络实际，加深对理论知识了解，提升分析和处理问题能力。课程设计内容经过对高频电子线路相关知识学习，我们知道LC正弦波振荡器关键有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器和改善型电容反馈式振荡器(克拉波电路和西勒电路)等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率能够做得较高。由所学知识可知,西勒电路含有该电路频率稳定性很高，振幅稳定，频率调整方便，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采取并联改善型西勒电路振荡器。2正弦波振荡电路LC振荡器基础工作原理振荡器是不需外信号激励、本身将直流电能转换为交流电能装置。LC振荡器是一个能量转换器由晶体管等有源器件和含有选频作用无源网络及反馈网络组成。振荡器依据本身输出波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器正弦波振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛应用。本课程设计讨论就是正弦波振荡器。其框图图2-1所表示图2-1振荡器原理框图2.2各振荡电路方案比较和分析2.2.1电容三点式振荡特点振荡波形好。电路频率稳定度较高。工作频率能够做得较高，可达成几十MHz到几百MHz甚高频波段范围。电路缺点：振荡回路工作频率改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器频率稳定度不高。2.2.2电感三点式振荡特点工作频率范围为几百kHz~几MHz；反馈信号取自于L2，其对fO高次谐波阻抗较大，所以引发振荡回路谐波分量增大，使输出波形不理想。克拉泼振荡特点(1)振荡频率改变可不影响反馈系数；(2)振荡幅度比较稳定。电路中C3为可变电容，调整它即可在一定范围内调整期振荡频率。西勒振荡器特点(1)振荡幅度比较稳定；(2)振荡频率能够较高，做可变频率振荡器时其波段覆盖系数较大，波段范围内输出电压幅度比较平稳。2.3振荡器稳频方法减小外界原因改变减小外界原因改变方法很多，比如为了减小温度改变对振荡频率影响，可将整个振荡器或谐振回路置于恒温槽内，以保持温度恒定；采取高稳定度直流稳压源来减小电源电压波动而带来晶体管工作点电压、电流发生改变；采取金属屏蔽罩减小外界磁场改变而引发电感量改变；采取减震器可减小因为机械振动而引发电感、电容值改变；采取密封工艺来减小大气压力和湿度改变而带来电容器介电系数改变；在负载和振荡器之间加一级射极跟随器作为缓冲可减小负载改变等。提升谐振回路标准性所谓谐振回路标准性是指谐振回路在外界原因改变时，保持其谐振频率不变能力。回路标准性越高，频率稳定度就越好。实质上，提升谐振回路标准性就是从振荡电路本身入手来提升频率稳定度。改善型电容反馈电路2.4.1克拉泼(Clapp)电路图2-1为克拉泼振荡器原理电路，(b)为其交流等效电路。它特点是在前述电

容三点式振荡谐振回路电感支路中增加了一个电容C3,其取值比较小，要求C3<<C1，C3<<C2。(a)原理电路oeHiC3(b)交流等效电图(a)原理电路oeHiC3(b)交流等效电图2-1克拉泼振荡器先不考虑各极间电容影响，这时谐振回路总电容量C工为Cl、C2和C3串联,1C— uC1114++(2-9)CCC(2-9)123于是，振荡频率为2兀2兀p'LC 2叭LC(2-l0)使式(2-10)成立条件是Cl和C2全部要选得比较大，由此可见，C1、C2对振荡频率影响显著减小，那么和Cl、C2并接晶体管极间电容影响也就很小了，提升了振荡频率稳定度。西勒(Seiler)电路西勒电路是一个改善型电容反馈振荡器，是在克拉泼电路上改善来，电路原理图图2-2所表示：g原理电路 (b)g原理电路 (b)交流等效电路图2-2图2-2西勒振荡器震荡回路总电容为：C=C+ 1 〜C+C工4 111 3 4++-C1所以能够得到振荡频率为：10 2卡2兀〒C?此时，c4为粗调，C3为细调’电路调频方便而且调频范围大。电路设计及仿真结果3.1参数计算经过以上分析可知，本设计满足振荡器起振条件和平衡条件，振荡器另外一个关键指标则是频率稳定度，所以在此次设计中各器件参数选择必需满足频率稳定度要求振荡回路参数L和C°L和C如有改变，肯定引发振荡频率改变，为了维持L和C数值不改变，首先应该选择标准性高，不易发生机械形变原件；其次，应尽可能维持振荡器环境恒定。为了满足谐振要求，各器件实际值为：C2=800pF,C3=400pF,C4=20pF,C5=26.825pF,L1=200卩H.满足C2>>C4和C3>>C4.其它，R3=10.3Q,R4=4.7Q,R]=4kQ,R2=2kQ,C1=10nF.进行仿真图3-1为西勒电路振荡器电路图，是图3-1为西勒电路振荡器电路图，vcc15V,LRc:vcc15V,LRc:图3-1仿真电路图仿真结果：示波器输出波形频率计显示频率仿真结果分析在西勒电路中，因为C5和L并联，C5大小不会影响回路接入系数。让C4固定，经过改变C5来改变振荡频率，这么一来，就不会影响起振条件了。西勒电路波段覆盖系数可达1.6~1.8。由仿真结果能够看出，波形基础无失真，输出频率带5Mhz周围，符合课程设计要求。课程设计心得体会此次课程设计题目是LC振荡器设计，关键应用了高频电子线路正弦波振荡器电路内容。经过查找资料，结合书本中所学知识，完成了课程设计内容。把书中所学理论知识和具体实践相结合，有利于我们对书本中所学知识了解，并加强了我们动手能力。在课程设计之前，我们经过各个渠道查找资料后分析验证，经过数次修改和整理，作了如上设计思绪。即使这次设计一开始是根据设计要求去完成，但因为在实际操作中，出现了比较大问题，造成以上准备资料，在实际操作中全部未能派上用场。在这次课程设计过程中，我知道了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更关键是培养我们能力！经过此次课程设计使我对通信电子线路又有了深入了解，增加了对所学知识应用。其次对这个课题了解问题。因为高频知识原来就不轻易懂，所以查找资料和查阅基础知识，花了我们很长时间。这些全部应归咎于自己基础知识匮乏。在这次课程设计中，我们经过动手实践操作，深入学习和掌握了相关高频原理相关知识，尤其是动手操作方面，加深了对LC正弦波振荡器认识，深入巩固了对高频知识了解，也对模块基础工作原理和调试仪器有了一定了解。在设计时我们依据课题要求，复习了相关知识，还查阅了相当多资料，这也在一定程度上拓宽了我们视野，丰富了我们知识。这次高频课程设计关键是经过实践操作和理论