电容三点式震荡电路

1、摘要弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定度、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，本设计采用的是电容三点式振荡器的两种改进型振荡器之一的西勒振荡器。其具有输出波形好、工作频率高、改变电容调节频率时不影响反馈系数等优点，适用于宽波段、频率可调的场合。西勒振荡器由起能量控制作用的放大器、将输出信号送回到输入端的正反馈网络以及决定振荡频率的选频网络组成。但没有输入激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替。当振荡器接通电源后，即开始有瞬变电流产生，经不断地对它进行放大、选频、反馈、再放大等多次循环，最终形成自激振荡，把输出信号的一部分再回送到输入端做输入信号，从而就会产

2、生一定频率的正弦波信号输出。西勒振荡器广泛应用于各种电子设备中，特别是在通信系统中起着重要作用。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；并在自动控制装置和医疗设备等许多技术领域也得到了广泛的应用关键词：电容三点式、西勒电路、mulsitis1 设计原理1.1电路选取不需外加输入信号，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

3、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。 本次设计我们采用的是电容三点式振荡电路，有与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。1.2 电容三点式振荡器电容三点式振荡器的基本电路如图1-3所示图1-1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，根据前面所述的判别准则，该电路满足相

4、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，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC谐振回路，具有选频作用，当LC谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。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，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF=1，振荡幅度就不再增大了。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，必须满足F= 1/2-1/8，太小不

5、容易起振，太大也不容易起振。一个实际的振荡电路，在F确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如静态电流取得太大，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，甚至使振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般ICO=0.5mA-4mA。电容三点式振荡器的优点是：1）振荡波形好。2）电路的频率稳定度较高。工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。 电路的缺点：振荡回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。3 改进型电容三点式电路设计3.1 电路选择从以上的讨论，分析不同振荡电路的性能指标及电

6、路复杂程度。采用西勒振荡电路，因为西勒振荡器的接入系数与克拉泼振荡器的相同，由于改变频率主要通过C4完成的，C4的改变并不影响接入系数p，所以波段内输出较平稳。而且C4改变，频率变化较明显，故西勒振荡器的频率覆盖系数较大，可达1.61.8。3.2 原理图设计3.2.1 工作原理1震荡信号你可以在电感L处加上变压器即可取出2. 这个振荡电路由电感L与电容C1组成一个震荡电路，同时也是一个滤波器，将直流信号中的正弦波提取出来。由于信号在电路中会衰减，所以需要将信号进行放大补偿，电路中的三极管就是放大用的，震荡信号从图中3处输入三极管，经过放大作用，再输入到C1与L中，补偿掉损失的部分，这样振荡器就

7、可以维持稳定的振幅和频率了。关键元件就是C1，L与三极管T。3.由于电容有“通交隔直”的作用，C2与C3的作用就是提供交流通路。放大器电路由晶体三极管V、高频扼流圈ZL、高频旁置电容Ce、集电极旁置电阻R1、基极旁置电阻R2、射极旁置电阻R3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V作为能量控制的放大器。选频网络用来决定震荡频率，本设计采用LC并联谐振回路，由C1、C2、C3、L、C4组成，要求C1C3，C2C4。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，C2和Cb构成正反馈。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fT较高的晶体管，

8、这样晶体管内部相移相对较小。通常选择fT310f1max。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14mA。如上图3.1，VB=VCC,IE=VB-VBER4，IC=/1+IE,根据要求三极管工作在小电流区，得到如上的参数。通过调节R6来微调静态工作点。电路中通过调节C5来微调震荡的频率，调节C6来粗调振荡频率。该选频网络要求是：C3、C4C5，C3、C4C6，由于频率f0=6MH

9、z, =11C3+1C4+1C5+C6C5+C6,故10=1LC1LC5+C6f0=0/2取C3=C4=100pF，于是得到可变电容和电感的值。 图3-1 改进型电容三点式振荡电路原理图 3.2.1软件简介 Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim 是一个完整的集成化设计环境。Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学生可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。Multis

10、im软件特点: (1)直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。 (2)丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库， 包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。 (3)丰富的测试仪器：除EWB具备的数字万用表、函数信号发生

11、器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。尤其与EWB不同的是：所有仪器均可多台同时调用。 (4)完备的分析手段：除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim 新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。 (5)强大的仿真能力：Multisim 既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，

12、也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF) 电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。3.2.2仿真步骤1首先打开multisim软件，新建电路模板2对照其电路图进行分析，并按照电路图所示选取相应的元器件，调整其参数，使之达到实验要求。若此元器件位置不便于连接电路。可对其进行旋转处理。3元器件选好之后，按，判断其是否合理是此软件的主要功能，为此，加入虚拟容器中的示波器来看起输出波照图中的顺序来连接元器件。4通过对运行结果的分析形，来验证实验的正确性。5连接好电路后点击运行来为电路仿真运行，并观察其仿真结果。6，其验证的波形可能存在误差，我们可调

13、节电路中的元器件具体参数来实现波形的输出。7最后保存仿真正确的电路，并对输出的波形进行截图以便存档。 图3-2改进型电容三点式振荡电路输出信号波形3.2.3 电路结构总的电路结构如图3-1所示。电路由三部分组成1 三极管放大器；（起能量控制作用）2 正反馈网络；（由三点式回路组成）3 选频网络；（由三点式回路的谐振特性完成选频功能）。3.2.4 电路选材由于高频振荡器的振荡频率较高，在选管时应注意选超高频小功率三极管。特征频率fT也要比音频振荡管的要求高。通常选fT (3-10) f0 (f0为振荡器的中心频率)。fT高则管子的高频性能好，晶体管内部相移小，有利于稳频。在高频工作时，振荡器的增

14、益仍较大，易于起振。本次课设选用9014 NPN型号的晶体管，满足了振荡器的频率和功率要求。3.2.5 振荡回路元件的确定回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C和总电感L两部分。确定这些元件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp远大于总的不稳定电容Cd原则，先选定Cp为宜。若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。但C不能过大，C过大，L就小，Q值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入

15、。反馈系数F=C1/C2，不能过大或过小，适宜1/81/2。因振荡器的工作频率为： 当LC振荡时，f0=4MHz L10H本电路中，则回路的谐振频率fo主要由C4、C6决定，即有 取C4 =75pf，C6=82pf，因要遵循C2，C3C4,C6，C2/C3=1/81/2的条件，故取C2=680pf，则C3=680pf。对于晶体振荡，只需和晶体并联一可调电容进行微调即可。为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极；如为基级接地，则应从发射极输出。结论振荡电路接通电源后，有时不起振，或者在外界信号强烈触发下才起振（硬激励），

16、在波段振荡器中有时只在某一频段振荡，而在另一频段不振荡等。所有这些现象无非是没有满足相位平衡条件或振幅平衡条件。如果在全波段内不振荡，首先要看相位平衡条件是否满足。对三端振荡电路要看是否满足对应的相位平衡判断标准。此外，还要在振幅平衡条件所包含的各种因素中找原因。1、静态工作点选的太小。2、电源电压过低，使振荡管放大倍数太小。3、负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。4、回路特性阻抗或介入系数pce太小，使回路谐振阻抗RO太低。5、反馈系数kf太小，不易满足振幅平衡条件。但kf并非越大越好，应适当选取。有时在某一频段内高频端起振，而低频端不起振，这多半是在用调整回路电容来改变振荡频率

17、的电路中，低端由于C增大而L/C下降，致使写真阻抗降低所起。反之，有时低端振高端不振，原因可能有：1、选用晶体管fT不够高。2、管的电流放大倍数太小。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。参考文献1电子线路设计实验测试 第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社2高频电子线路实验与课程设计，杨翠娥主编，哈尔滨工程大

18、学出版社3高频电路设计与制作，何中庸译，科学出版社4模拟电子线路 主编：谢沅清 出版社：成都电子科大5Radio Frequency Circuit Desigh Theory and Aplication，主编：Reinhold Ladwig，出版社：Prentice Hall Inc，出版或修订时间：2001年致谢电子线路的课程设计比较难，所花的时间和精力较多，而且对于电子线路电路来说，经验起很大的帮助作用，因此设计制作的过程中，多问老师是大有裨益的，尤其是问经验丰富的实验老师，一般我们碰到的问题都能解决。另外，应该多花一些时间，这样才能保证质量的前提下很好完成任务。通过这次设计让我更好的掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理