LC正弦波振荡器设计

1、通信基本电路课程设计报告设计题目： LC正弦波振荡器设计 专业班级 电信10-03 学 号 311008001022 学生姓名 王勇 指导教师 高娜 教师评分 2012年12月4日目 录第一章 设计任务与要求. 31.1. 设计任务. 31.2. 设计要求. 3第二章 总体方案. 32.1振荡器的选择. 32.2信号输出波形的仿真选择. 4第三章 电路工作原理. 43.1 LC三点式振荡组成原理图. 43.2 起振条件. 53.3 频率稳定度.53.4 总原理图. 63.5 LC振荡模块设计. 7第四章 电路制作和调试. 124.1元器清单. 124.2 按设计电路安装元器件. 144.3 测

2、试点选择. 144.4调试.144.5 实验结果与分析. 154.6频率稳定度. 16第五章 总结. 16第六章 参考文献. 17第一章 设计任务与要求1.1 设计任务(1).熟悉LC正弦波振荡器的工作原理，以及示波器的原理及用法。(2).掌握LC正弦波振荡器的基本设计方法。(3).理解LC正弦波振荡回路并掌握LC振荡器的设计，装载，调试，及其主要性能参数的测试方法和如何选择电路的测试点。(4).了解外界因素、元件参数对振荡器工作稳定性及频率稳定度的影响情，以便提高振荡器的性能。1.2 设计要求(1).设计一个LC正弦波频振荡器。(2).利用三端式振荡器原理产生正弦波信号，采用的具体电路不限。

3、要求给出所选电路的优点和缺点并通过测量值进行证明。也可以进行不同三端式振荡器的性能比较。 (3).了解电路分布参数的影响及如何正确选择电路的静态工作点。(4).电路的基本原理，LC正弦波振荡器是各种接收机和发射机中一种常见的电路，常用作载波振荡、本振混频振荡等。其典型形式为“三点式”振荡电路，其电路简单、频率稳定度高，它的工作原理是在正反馈的基础上，将直流电源提供的能量变成正弦交流输出。(5).选择所需的方案，画出有关的电路原理图。第二章 总体方案2.1振荡器的选择LC振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易

4、于起振，但稳定性差，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，振荡频率可以做得较高。所以选择电容反馈三点式振荡器是不容置疑的，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。LC振荡器是一种能量转换器，由晶体管等有源器件和具有选频作用的无源网络及反馈网络组成，其框图如图1所示。输出 放大电路 选频网络 正反馈网络 图1 振荡器框图2.2信号输出波形的仿真选择方案一：三种振荡器输出信号波形全部用Multisim仿真软件得出。方案二：考毕兹振荡器的输出波形由仿真软件得出，其余两种振荡器由计算得出频率，画出相应的波形。经比较用仿真软件得出的波形比较直观简单而且准确

5、，即选择方案一。 第三章 电路工作原理3.1 LC三点式振荡组成原理图其振荡频率f=。当 和为容性，为感性时称为电容反馈振荡器，其中C=；当 和为感性，为容性时称为电容反馈振荡器，其中 L=+ . 3.2 起振条件X1，X2必须是同性质的电抗，X3必须是异性质电抗，并且必须满足下面的关系：X3= （X1+X2）根据起振条件，可以推导出三极管的跨导gm应满足下面的不等式： 上式中： = X2/ X1 反馈系数g1 为三极管be间的输入电导g0 为三极管ce间的输出电导为三极管ce间的负载电导和回路损耗电导之和。上式表明，起振时gm与、 g0、g1、等有关。若管子参数和负载确定后，大小应合适，否则

6、不易满足起振条件。另外，还必须考虑到频率稳定度和振荡幅度等要求。3.3 频率稳定度频率稳定度是表示在一定时间范围内或一定的温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度。若频率相对变化越小，就表明振荡频率稳定度越高，否则稳定度就差。由上述讨论知道，因为振荡回路元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就是要设法提高振荡回路的标准性。因此除了采用高稳定和高(因为值越大相频特性曲线在附近的斜率越大，选频特性就越好)的回路电容及电感外，还可以采用负温度系数元件实现温度补偿，或采用部分接入，以减小管子极间电容和分布电容对振荡回路频率的影响。由分析和实验知道，谐振回路的标准性和值都不高，频率稳定度不

7、高于数量级，而石英晶体标准性值都很高，接入系数也很小。频率稳定度可达数量级。3.4 总原理图 图2 考毕兹振荡器 图3 克拉泼振荡器 图4 西勒振荡器13.5 LC振荡模块设计LC振荡电路采用三点式振荡，电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。 方案一：考毕兹振荡器图4 考毕兹振荡器 图3 考毕兹振荡器输出信号波形理论计算振荡器的频率为f7MHz观察到的振荡波形如图3所示，从波形看出其震荡极不稳定，测试其波形频率为f=6.5MHz调解C1C2改变频率时，反馈系数也改变。方案二：克拉泼振荡器克拉泼振荡器其振荡频率为f=，式中C=，此电路的频率稳定度较好，但在振荡范围较宽

8、时，输出幅度不均匀，且频率升高后不易起振，其主要用于固定频率或波段范围较窄的场合。电容三点式改进型“克拉泼振荡器”如图4所示。 图4 克拉泼振荡器克拉泼振荡器的频率为 f= （CC,CC）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。输出信号的幅值、频率等用时时监测法测试，调整C3观测震荡信号的波形和频率变化。观察到的振荡波形如图5所示： 图5 克拉泼振荡器输出信号波形 方案三：西勒振荡器西勒振荡器其振荡频率为f=，式中C=+，这种振荡器较易起振，振荡频率也较为稳定，波形失真较小，当参数设置得当时，其频率覆盖系数较大。电容三点式的改进型“西勒振荡器”如图6所示。 图6 西勒振荡器

9、其振荡器的频率为 f= (CC,CC)输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试，调整C6、C3观测震荡信号的波形和频率变化。 图7西勒振荡器输出波形基于以上分析，西勒振荡器输出波形较好故选用方案三。第四章 电路制作和调试 4.1元件清单元件序号型号主要参数数量备注R1 (图2)5.1K1R2（图2）27 K1R3（图2）3.0 K1R4（图2）1.0 K1R5（图2）5.1 K1C1（图2）100pF1C2（图2）100 pF1C3（图2）1.0nF1C4（图2）1.0nF1C5（图2）1.0nF1C6（图2）10nF1C7（图2）10nF1L1（图2）10uH1L2（图2）300 uH1Q1（

10、图2）2N2222A1V1（图2）12V1R1 (图3)24 K1R2（图3）56 K1R3（图3）3.0 K1R4（图3）1.0 K1R5（图3）5.1 K1C1（图3）100pF1C2（图3）100pF1C3（图3）30 pF1可变C4（图3）1.0nF1C5（图3）1.0nF1C6（图3）10 nF1C7（图3）10 nF1L1（图3）10H1L2（图3）300H1Q1（图3）2N2222A1V1（图3）12V1R1(图4)24 K1R2（图4）56 K1R3（图4）3.0 K1R4（图4）1.0 K1R5（图4）5.1 K1C1（图4）100pF1C2（图4）100pF1C3（图4）3

11、0 pF1C4（图4）1.0nF1C5（图4）1.0nF1C6（图4）30pF1可变C7（图4）10 nF1C8（图4）10 nF1L1（图4）10H1L2（图4）300H1Q1（图4）2N2222A1V1（图4）12V1高频信号发生器 QF1055A 1台数字示波器 TDS210 1台频率特性测试仪 BT-3C 1台数字万用表 M300817 1台直流稳压电源 HY1711-2 1台超高频毫伏表 DA22A 4.2 按设计电路安装元器件由于调频振荡器的工作频率较高，晶体管的结电容、引线电感、分布电容及测量仪器对电路的性能影响均不能忽略。因此，在电路装调及测试时应尽量减小这分布参数的影响。安装

12、时应合理布局，减小分布参数的影响。电路元件不要排得太松，引线尽量不要平行，否则会在元件或引线之间产生一点的分布参数，引起寄生反馈。多级放大器应排成一条直线，尽量减小未级和前级之间的耦合。地线应尽可能粗，以减小分布电感引起的高频损耗，制印刷电路板时，地线的面积应尽量大。为减小电源内阻形成的寄生反馈，应采用滤波电容(C)及滤波电感（L）组成的（）型或（T）型滤波电路，一般（L）为几十微亨至几百微亨，（C）为几百皮法至几十千皮法。4.3 测试点选择正确选择测试点，减小仪器对被测电路的影响。在高频情况下，测量仪器的输入阻抗（包含电阻和电容）及连接电缆的分布参数都有可能影响被测电路的谐振频率及谐振回路的

13、Q值，为尽量减小这种影响，应正确选择测试点，使仪器的输入阻抗远大于电路测试点的输出阻抗。对于图2所示电路，高频电压表接于C点，示波器接于E点，数字频率计接于A点，（C4）的值要小，以减小数字频率计的输入阻抗对谐振回路的影响。所有测量仪器如高频电压表，示波器，扫描仪，数字频率计等的地线及输入电缆的地线都要与被测电路的地线连接好，接线尽量短。4.4 调试一般高频电路的实验板应为印刷电路板，以保证元器件可靠焊接及连接导线固定，使电路的分布参数基本固定。高频电路的调试方法与低频电路的调试方法基本相同，也是先调整静态工作点，然后观测动态波形并测量电路的性能参数。所不同的是按照理论公式计算的电路参数与实际

14、参数可能相差较大，电路的调试要复杂一些。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），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。4.5 实验结果与分析1.静态工作点选的太小，电源电压过底，使振荡管放大倍数太小。2.负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。3.回路特性阻抗或介入系数pce太小，使回路谐振阻抗RO太低。4.反馈系数kf太小，不易

15、满足振幅平衡条件。但kf并非越大越好，应适当选取。5.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。（3）低端已处于起振的临界边缘状态，在高频工作时晶体管输入电容CBE的作用使反馈减弱，或者是由于CBE的反馈作用显著等。4.6频率稳定度 LC谐振回路的标准性和Q值都不高，频率稳定度不高于数量级，而石英晶体标准性Q值都很高，接入系数也很小。频率稳定度可达。第五章 总结此次课程设计主要针对各种电容反馈三点式电路提出自己的设计方案，并利用仿真软件Multisim来实现自己的设