改进LC三点电容振荡器.doc

高频电子线路课程设计 高频电子线路课程设计报告题 目： 改进型电容三点式震荡电路 院 系：培黎工程技术学院电子工程系专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 电信111本 姓 名： 李玺 学 号： 20110602050108 指导教师： 赵宇杰 报告成绩： 2013年12月20日目 录一、摘要-3二、LC震荡电路基本原理-42.1 振荡器的概述-42.2 振荡器组成原则-42.3改进式电容三点式震荡电路则-5三、设计过程-63.1克拉泼振荡器的起振条件-63.2克拉泼振荡器的振荡频率-73.3克拉泼振荡器的电容参数影响-8四、系统调试与结果-94.1 克拉泼仿真电路-94.2 仿真电路输出振荡波-9五、所用仪器-14六、课程设计心得体会-15七、参考文献-17摘要:振荡器的种类很多，适用的范围也不相同，但它们的基本原理都是相同的，都由放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。本次课程设计要求振荡器的输出频率为10Mhz，属于高频范围。所以选择LC振荡器作为参考对象，再考虑输出频率和振幅的稳定性，最终选择了克拉泼振荡器。通过ORCAD的设计与仿真，Protel绘制PCB版图，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 关键词：平衡条件；克拉泼振荡器；Protel仿真二 基本原理电路2.1 振荡器的概述在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路，这种电子线路就是振荡器。振荡器是一种能量转换器，它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC振荡器晶体振荡器RC振荡器等2.2 振荡器组成原则 三点震荡器一般形式振荡器的三极分别与回路的三点相连接，故称三点式振荡器。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改进式电容三点式震荡电路 (a) 实际电路 (b)交流通路图2-2 克拉泼振荡器原理图图1（a）和（b）分别是克拉泼振荡器的实际电路和相应的交流通路。由图3-2（a）可知，克拉泼电路与电容三点式电路的差别，仅在回路中多加一个与、相串联的电容。通常取值较小，满足，回路总电容主要取决于。而回路中的不稳定电容主要是三极管的极间电容、，它们又都直接并接在、上，不影响值，结果是减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响，而且越小，这种影响就越小，环路增益就越小，回路标准性就越高。实际情况下，克拉泼电路的频稳度大体上比电容三点式电路高一个量级，达。三 设计过程3.1克拉泼振荡器的起振条件 （a）克拉泼电路 （b）开环电路图3-3克拉泼电路及其开环电路在如图（a）所示的克拉泼电路中，、的串联支路呈感性，符合三点式电路的组成法则，即与发射极连接的为和，而不与发射极连接的为感性电抗。该电路满足相位平衡条件。在处断开，可以得到如图（b）所示的开环电路。它的反馈网络的反馈系数保持不变，仍为，不同的仅是需要通过和的电容分压网路折算到集电极上，折算后的数值为（或），其中。因此，该电路的振幅起振条件为其中，。3.2克拉泼振荡器的振荡频率克拉泼振荡电路是在电容三点式振荡电路的基础上，采用和的串联电路代替原来的而构成的。由图2-2（b）可知，在工作频率上，与串联支路应等效为一个电感，和以及并接在，上的，只是整个回路电容的一部分，晶体管以部分接入的方式与回路联接，这样就减弱了晶体管与回路的耦合。由于，因而回路总电容近似等于，振荡器的振荡频率为 显然，管子的结电容对的影响是很小的，而且越小，结电容对振荡频率的影响就越小。但是，由于，只是整个振荡回路的一部分，晶体管是以部分接入的方式与回路连接，减弱了晶体管与回路之间的耦合。而晶体管的电压反馈系数为：。如果设回路L两端的等效负载为，则折合到集电极回路作为集电极负载电阻: 为回路总阻抗反映到管子ce端的接入系数，其值为 可见减小也减小，从而导致放大倍数下降，会影响起振条件。由于通过改变来改变振荡频率的同时会影响负载电阻变化，进而影响振荡器的性能，故克拉泼振荡器不适合用作频率可变振荡器。3.3克拉泼振荡器的电容参数影响如图2-2（a）所示，在电容三点式振荡电路中接入后，虽然振荡器的反馈系数不变，但是接在两端的电阻折算到振荡管集基极间的数值（设为）减小，其值为 式中，是、和包括各极间电容在内的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小。显然，越小，环路增益就越小。可知，在这种振荡电路中，减小来可提高回路标准性。但取值过小，振荡器就不会满足振幅起振条件而停振。四 系统调试与波形4.1 克拉泼仿真电路如图所示电路图与共基电容三点式振荡器电路相比，在电感支路上串连一个电容。但它有以下特点：1、振荡频率改变不影响反馈系数：2、震荡幅度比较稳定：3、电路中为变电容，调整它可一定范围内调整震荡频率。但不能太小，否则导致停振，所以克拉泼振荡器频率覆盖率较小，仅达1.2-1.4。为此，克拉泼振荡器适合作固定频率振荡器。4.2 仿真电路输出振荡波克拉泼仿真电路改变后，震荡波输出如下所示：图a图b 图c图d图e图a：为0%，即=0pF；图b: 为25%,即=7.5pF；图c: 为50%,即=15pF；图d: 为75%,即=22.5pF；图e: 为100%,即=30pF；从以上震荡波形可知，随着的逐渐增大，震荡波逐渐稳定。当较小时，如图a、图b,震荡波不太稳定；当较大时，如图d 、图e，震荡波比较稳定。因此，不能太小，一般应较大些。从这些输出的震荡波可知：改进后的电路波形比原本电容三点式振荡器稳定度高了很多，晶体管一部分接入形式与回路连接，接入系数p越小，耦合月弱，减弱了晶体管对回路的影响。五 所用仪器稳压电源数字式万用表示波器高频信号发生器六心得体会过一周的时间，终于顺利的完成了此次课程设计，回顾这次课程设计的过程，感觉自己收获了很多，同时也发现了自身存在一些问题，我发现了自己对书本上的知识掌握的不好，理解的程度也不够。这次课程设计，通过查阅相关资料和对课本知识的仔细研究，使我对抽象的理论有了具体的认识，我掌握了电容三点式、改进型电容三点式电路的原理以及优缺点，熟悉了Protel软件的使用和电路图的仿真，以及改变参数时对仿真图形进行比较和分析。对于电路的设计过程我以为电容三点式振荡器的设计很难，设计比较烦琐，有静态工作点的要求，各电阻、电容值的设计，还有好多要求，看起来十分复杂。后来通过查资料，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电容的值，画出电路图，一切都会变得简单。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，尤其是编辑公式时，操作不灵便，编辑好的文档没有及时保存，以至于从头再来，浪费了很多时间。但吃一堑长一智，现在遇到这些问题，及时解决，以后再做这类事情就会多一点经验，就会少出一些类似问题。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 七 参考文献1、