改进LC三点电容振荡器讲解

1、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 ： 2011 0602050108指 导 教 师 ： 赵 宇 杰 报告成绩：2013 年 1 2 月 2 0 日高频电子线路课程设计目录一、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

2、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高频电子线路课程设计摘要: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 10M

3、hz ， 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 ，Pr ot el 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 ； Pr ot el 仿 真高频电子线路课程设计二 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

4、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 则点式振荡器。设 ： Zbe、 Z ce、 Zbc

5、 为 纯 电 抗 元 件高频电子线路课程设计V f =Vbe=- VebV be V eb X ebF v = V ce = - V ce = - X ce负 号 表 示 产 生 180o 相 移 ， 与 Vbe 和 Vce 间 的 180o 相 移 合 成 为 3 6 0 o 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 路图 2 - 2 克 拉 泼 振 荡 器 原 理 图（ b ） 交 流 通 路图 1 （

6、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 C1 、C3相 串 联 的 电 容 C3。 通 常 C3取 值 较 小 ， 满 足 C3 C1， C3 C2， 回 路 总 电 容 主 要 取 决 于 C3 。 而 回 路 中 的 不 稳 定 电 容 主 要 是 三 极 管 的 极 间 电 容 Cce 、 Cbe、 Ccb， 它 们 又 都 直 接 并 接 在 C1、 C2上 ， 不 影

7、 响 C3值 ， 结 果 是 减 小 了 这 些 不 稳 定 电 容 对 振 荡 频 率 的 影 响 ， 而 且 C3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高频电子线路课程设计个 量 级 ， 达 10 4 10 5三 设 计 过 程3. 1 克 拉 泼 振 荡 器 的 起 振 条 件图 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 ， L、 C3 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

8、接 的 为 C1 和C2 ， 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 n C1 /(C1 C2) ，C2 C2 Cbe，不 同 的 仅 是 RL( RL / Re0 )需 要 通 过 C3和 C1,2( C1C2 /(C1 C2)的 电 容 分 压 网 路 折 算 到 集 电 极 上 ， 折 算 后 的 数 值 为 n2RL( 或 gL/n2gL)， 其 中 n2 C3 /(C3

9、C1,2) 。 因 此 ， 该 电 路 的 振 幅 起 振 条 件 为gmgL /n2 n2 gin1高频电子线路课程设计其 中 ， gi 1 re3. 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 L和 C3的 串 联 电 路 代 替 原 来 的 L而 构 成 的 。 由 图 2- 2（ b） 可 知 ， 在 工 作 频 率 上 ， L与 C3串 联 支 路 应 等 效 为 一 个 电 感 ， C1和C2以 及 并 接 在 C1 ， C2 上 的 Cce ， Cbe只 是 整 个 回 路 电 容 的 一 部 分 ， 晶体管以部分接入的方式

10、与回路联接，这样就减弱了晶体管 与 回 路 的 耦 合 。 由 于 C3 C1， C3 C2， 因 而 回 路 总 电 容 近 似 等 于 C3 ， 振 荡 器 的 振 荡 频 率 osc 为1OSCLC L C 3C 1C31 1 1 C3 C1 C ce C2 Cbe C3显 然 ，管 子 的 结 电 容 对 osc的 影 响 是 很 小 的 ，而 且 C3 越 小 ，结 电 容 对 振 荡 频 率 的 影 响 就 越 小 。 但 是 ， 由 于 C1， C2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U beC2系

11、数为：U ce如 果 设 回 路 L 两 端 的 等 效 负 载 为 RL，则折合到集电极回路 作 为 集 电 极 负 载 电 阻 RL:2C3C1RLp2RL高频电子线路课程设计p为 回 路 总 阻 抗 反 映 到 管 子 ce 端 的 接 入 系 数 ， 其 值 为C 2 C 3C 2 C 3C 3pC 2C 3C 1C1C 2 C3可 见 C3减 小 RL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 C3来 改 变 振 荡 频 率 的 同 时 会 影 响 负 载 电 阻 RL 变 化 ， 进 而 影 响 振 荡 器 的 性 能

12、， 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 C3 后 ， 虽 然 振 荡 器 的 反 馈 系 数 不 变 ， 但 是 接 在 AB 两 端 的 电 阻 RL( RL / Re0)折 算 到 振 荡 管 集 基 极 间 的 数 值 ( 设 为 RL) 减 小 ， 其 值为2 2 C 3R L n 2 R L () R LC3 C 1,2式 中 ， C1,2是 C1、 C2和 包 括 各 极 间 电 容 在 内 的 总 电 容 。

13、因 而 ，放 大 器 的 增 益 亦 即 环 路 增 益 将 相 应 减 小 。显 然 ， C3越 小 ， 环 路 增 益 就 越 小 。 可 知 ， 在 这 种 振 荡 电 路 中 ， 减 小 C3 来 可 提 高 回 路 标 准 性 。 但 C3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 路高频电子线路课程设计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

14、：2 、 震 荡 幅 度 比 较 稳 定 ：3 、电 路 中 C3为 变 电 容 ，调 整 它 可 一 定 范 围 内 调 整 震 荡 频 率但 C3 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 波高频电子线路课程设计克拉泼仿真电路改 变 C5后 ， 震 荡 波 输 出 如 下 所 示 ：10高频电子线路课程设计图a图b11高频电子线路课程设计图c12高频电子线路课程设计图d图e图 a： C5

15、为 0%， 即 C5=0pF；图 b: C5 为 25%, 即 C5=7. 5pF；图 c : C5 为 50%, 即 C5=15pF；图 d: C5 为 75%, 即 C5=22. 5pF；图 e: C5为 100 %, 即 C5=30pF；从 以 上 震 荡 波 形 可 知 ， 随 着 C5的 逐 渐 增 大 ， 震 荡 波 逐 渐稳 定 。 当 C5较 小 时 ， 如 图 a、 图 b, 震 荡 波 不 太 稳 定 ； 当 C5较13高频电子线路课程设计大 时 ，如 图 d 、图 e，震 荡 波 比 较 稳 定 。因 此 ， C5不 能 太 小 ， 一般应较大些。从这些输出的震荡波可知：

16、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14高频电子线路课程设计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

17、原理以及优缺点，熟悉了Pr o t e l 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

18、 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15高频电子线路课程设计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。16高频电子线路课程设计七 参 考 文 献1、 于 洪 珍 ， 通 信 电 子 线 路 ， 清 华 大 学 出