压控LC电容三点式振荡器设计及仿真

1、实验二压控LC电容三点式振荡器设计及仿真一、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。二、实验准备1、学习LC电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理。2、学习压控振荡器的工作原理。3、认真学习附录相关内容，熟悉电路分析软件的基本使用方法。三、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，平稳振荡。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、振荡频率范围：50MHz70MHz,控制电压范围310V。5、三极

2、管选用MPSH10 （特征频率最小为650MHz,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MV209o四、设计步骤1、整体电路的设计框图电压控制LC振荡电路缓冲器图2-1压控LC振荡器柜图整个设计分三个部分，主体为LC振荡电路，在此电路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。2、LC振荡器设计首先应选取满足设计要求的放大管，本设计中采用MPSH10三极管，其特征 频率r =1000MHzo LC振荡器的连接方式有很多，但其原理基本一致，本实验

3、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：V1图2-2 LC电容三点式西勒振荡器图中变容二极管MV209与电感Li并联，构成了西勒振荡电路形式。RAR2 为靜态偏置电阻，C1C2为反馈分压电容，C3即为克拉泼振荡电路中与C1C2串 联的小电容，L1C1C2C3共同构成谐振回路o ClC5为隔直电容，其中放大管基 极通过G交流接地，同时保证其基极的偏置电压；而C5主要防止加载于变容二 极管的直流电压影响前级电路。电感L2为扼流圈，用来防止振

4、荡回路的振荡电压会对变容二极管所加的反向偏压产生影响，采取上面这类隔离措施使得反向偏 置电压与振荡回路分离。接下来应该确定电路中振荡元器件的取值。根据振幅起振条件可知，振荡黠 开环增益7'(.)>1,而开环增益与电容C1/C2组成的反馈网路的反馈系数心、负载大小以及放大管静态工作点有关。其中心反馈系数太小会使力 G + c?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W 也会停振，所以应选择比较合理的反馈系数你，一般取值范 围为1/101/4,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。而靜态工作点较髙，可提髙丁( 容易起振，但不宜过大，否

5、则造成回路有 载品质因数过低，影响振荡频率稳定度。一般Icq取值广5mA。负载阻值不能过 小，否则同样造成丁叽)过低不能起振，图2-2中振荡电路未接负载，可视为 无穷大。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：f( -l I、“ 2兀少互2心(Cj+C )其中，Cj是变容二极管的等效电容值，£ = H+右根据设计要求:fon=-= 50MHZ.27ryLlCZmaxfosc nrn.1=芯MH乙2kJ厶(7工価通过计算，取厶=260H,则(7工叶严33" Cm3pF .由于电压控制部分 主要元件是选用MV209变容二极管，其反向电压与电

6、容C和如下图所示：Qd)山 ONVJLo<d<o 匚0V R, REVERSE VOLTAGE (VOLTS)图2-3 MV209特性图可以看岀电容与电压变化不是呈线性变化，而是非线性变化的，只有在取值 3到10V之间其电容值与电压值最近似线性，即Cj的取值为1030pF。因此，C'的 取值约为9pF,由CiC2C3串联而得。考虑到克拉泼电路中要求C3取值不能 过小，否则会降低TgJ ,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（此处需要反复调整以取得较佳取值）,C1 = 25pF , C2 = 220pF , C3 = 11/?F如下图所示：V5"

7、l2VdcC34-up宁040.01pR31kMPSH10C222 Op2L1260n1当03、缓冲器设计在电容三点式振荡电路分析中有=莅+諾，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，但为了进一步提髙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。缓冲器采用共集电极电路，也即高 输入阻抗低输出阻抗的射随器来实现。4、整体电路图图中C6, R5是为了防止射随器对谐振回路产生影响而串接在两级之间，但会造成射随器输入电压的衰减；为了使电路容易起振，一般在电路中增加一个起始 激励脉冲V：。图2-5整体电路图5、仿真分析图2-6/图2-7分别表示控制电压为10V和3V时的仿真波形图2-6(a)控制电压为10V时候负载上的振荡波形图2-6(b)控制电压为10V时候负载上的振荡波形频谱图2-7(a)控制电压为3V时候负载上的振荡波形图2-7(b)控制电压为3V时候负载上的振荡波形频谱表2-1压控电压与频率关系