压控LC电容三点式振荡器设计及仿真

1、 实验名称：压控LC电容三点式振荡器设计及仿真1、 实验目的1、 了解和掌握LC电容三点式振荡器电路组成和工作原理。2、 了解和掌握压控振荡器电路原理。3、 理解电路元件参数对性能指标的影响。4、 熟悉电路分析软件的使用。2、 实验原理 压控振荡器是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路,其特性用输出角频率0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。图1中,uc为零时的角频率0,0称为自由振荡角频率；曲线在0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制

2、信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。3、 设计要求及主要指标1、采用电容三点式西勒振荡回路，实现振荡器正常起振，平稳震荡。2、实现电压控制振荡器频率变化。3、分析静态工作点，振荡回路各参数影响，变容二极管参数。4、震荡频率范围：50MHz到70MHz,控制电压范围3到10V。5、三极管选用MPSH10（特征频率最小为650MH在，最大IC电流50mA，可满足频率范围要求），直流电压源12V，变容二极管选用MV209。四、设计过程 整个设计分三个部分，主体为LC振荡电路，在此电路

3、基础上添加压控部分，设计中采用变容二极管MV209来控制振荡器频率，由于负载会对振荡电路的频率产生影响，所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响。1、 LC振荡器设计 采用MPSH10 三极管，其特征频率 =1000MHz。LC 振荡器的连接方式有很多，但其原理基本一致，本实验中采用电容三点式西勒振荡电路的连接方式，该振荡电路在克拉泼振荡电路的基础上进行了细微的改良，增加了一个与电感L 并联的电容，主要利用其改变频率而不对振荡回路的分压比产生影响的特点。电路图如下所示： 根据振幅起振条件可知，振荡器开环增益，而开环增益与电容组成的反馈网路的反馈系数、负载大小以及放大管静态工作点有关。其中

4、，反馈系数太小会使变小，影响起振；反馈系数太大则会影响回路Q值，而且取值过大也同样会降低，也会停振，所以应选择比较合理的反馈系数，一般取值范围为1/10到4/10，在振荡电路能正常起振的情况下，反馈系数较大，起振时间较短。而静态工作点较高，可提高，容易起振，但不宜过大，否则造成回路有载品质因数过低，影响振荡频率稳定度，一般 取值1到5mA。负载阻值不能过小，否则同样造成过低不能起振。根据工程估算法则，振荡器的振荡频率是由谐振回路频率所决定的谐振回路中心频率：其中，Cj 是变容二极管的等效电容值，根据设计要求 通过计算，假定，则 ，的取值应在10pF到30pF之间，因此，取8pF，由串联而得，考

5、虑到克拉泼电路中要求取值不能过小，否则会降低，无法起振，并考虑放大管结电容的影响，最后确定各个电容值，如下图所示：2、缓冲器设计 在电容三点式振荡电路分析中有，可以看到负载对振荡器的稳定度会造成影响，甚至影响电路能否正常起振。尽管采用改进后的西勒电路能减少这种影响，但为了进一步提高振荡器的振荡稳定性，以及驱动负载能力，需要设计缓冲器来实现与低阻抗的负载相连。如图：3、 则整体电路图为：经过适当的调整，使，即可达到振荡频率范围在50MHz到70MHz之间，然后进行仿真，所得结果为：此时的振荡频率大概是69MHz左右。4、 压控电压与频率的关系 调整的值，使其从3V依次增加到10V，记录所对应的频率，则可画出相应的电压-频率图。 压控电压与频率关系控制电压（V） 3 4 5 6 7 8 9 10振荡频率（MHz） 50 55 59 62 65 67 68