电容三点式振荡器

1概述振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率f0能通过，使振荡器产生单一频率的输出。振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压U和输入电压U要相等，这是振幅平衡条件。二是U和U必须相位相同，这是fifi相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。振荡器的用途十分广泛，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。功率振荡器在工业方面（例如感应加热、介质加热等）的用途也日益广阔。正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为正弦波振荡器。通常，按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负载型两种，前者应用更为广泛。在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。三点式电容振荡器反馈振荡器的原理和分析反馈振荡器原理方框图如图2.1所示。反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载，是一个调谐放大器。图2.1图2.1反馈振荡器方框图为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的自你好与放大器输入端的信号相位相同。定义A(S)为开环放大器的电压放大倍数：A(S)U(S)A(S)F(S)为反馈网络的电压反馈系数：F(S)U(s)U'(S)F(S)U(s) i U(S)AfAf(S)为闭环电压放大倍数：A(S)二o二fU(s) 1-A(S)-F(S)i在振荡开始时，由于激励信号较弱，输出电压的振幅U则比较小，此后经过不断放大o与反馈循环，输出幅度U开始逐渐增大，为了维持这一过程使输出振幅不断增加，应使反o馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即：T(jw)1因此起振的振幅条件是：起振的相位条件是：p+p二2n兀AF要使振荡器起振必须同时满足起振的振幅条件和相位条件。其中起振的相位条件即为正反馈条件。2.2电容三点式参数三点式电容振荡器是自激振荡器的一种。由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。它的优点是：反馈电压取自电容C，而电容对晶体管非线性特性产生的高次谐波呈现低阻2抗，所有反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形很好；其缺点是：反馈系数因与回路电容有关，如果用改变电容的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响起振。三点式电容振荡器的电路原理图如图2.2所示。图2.2电容三点式振荡电路由振荡器谐振频率计算公式：14lc根据设计指标，f=6MHz分配合适的电容和电感。LC振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1,即AF=1，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为所以维持振荡所需的电压增益应该是：电容三点式振荡器的谐振频率为f1Lccf=—兀、L-—1―2—

o2C+C12在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率，即f=-oT放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压V和输入电压V来确定，即op ip所以，可以得出V=V-Aopip当知道输入V,A等于多少的时候，由公式可以求出V的具体参数值。ip op电路设计西勒振荡器为了提高稳定度，需要对电路作改进，以减少晶体管极间电容的影响，可以通过采用减弱晶体管与回路之间耦合的方法，可以运用西勒振荡器。图3.1是西勒振荡器实际电路和图3.2是交流电路。它是用电感L与C并联并且和电图3.1西勒振荡器电路图图3.1西勒振荡器电路图容C串联代替原电容反馈振荡器中的电感构成的。图中C C,C，因此晶体管与回路3312之间耦合较弱，频率稳定度较高。与电感L并联的可变电容C是用来改变振荡器的工作波4段，其中C，C，L支路在振荡器的震荡点上呈感性，故满足电感三端式的组成原则。34由图3.2可知，回路的总电容为：+C〜C441+C〜C44TOC\o"1-5"\h\z1 1 1++-\o"CurrentDocument"C C C123故得振荡器的振荡频率为：\o"CurrentDocument"丁

wUw= «1oLCLC4在电路中，知道其中两个参数就可以求出另一个参数。3.2总电路设计振荡器在接通电源的一瞬间，晶体管会产生一个从零到某一数值的电流阶跃，该电流阶跃的成分十分丰富，选频网络会选出满足正反馈的频率在经过正反馈建立信号。设计总电路图如图3.3所示.图3.3总电路图偏置电阻参数如图所示，其中R2起到扼流圈的作用，基极偏置电压可调节R5得到。在电路中，加入一个射极跟随器，使电压增益几乎为1；输入阻抗高；输出阻抗低；失真系数低。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大，使输出信号保持一定的数值。其中，R10的电阻改变三极管偏置电压，用于调整波形，R9的电阻用于调整放大倍数。在连接电路时，直流电源旁边需加上去耦电容C6；级间耦合电容均为100pF；通过C5连接正反馈电路。

调试与总结仿真在设计完成电路后，运用mutisium软件对振荡电路进行仿真，对其产生的波形进行分析。振荡器波形图如图4.1所示。T1>行分析。振荡器波形图如图4.1所示。T1>72±2.222ms通•世A1.340V通.道_日T2-T1□.通沽A出*1色\x7Div.通道B比何|5匚H七|巧B附叭丫垃：E0电平0 1弋财°塑1H~1r定临埒痕1g级无图4.1振荡电路波形图在仿真的过程中，经常遇到不能产生波形，或者波形出现失真，说明电路不起振。这需要我们去分析，对电路元件参数进行调整，并最终得到结果。在波形出现失真饱和失真，要减小R的值，消除饱和失真。c设计总结在这个设计当中，我们学会振荡电路的一些基本内容和基本理论知识。在设计电路元件参数的时候，首先要计算是否符合振荡电路的起振条件和平衡条件。这分别包含振幅条件和相位条件。正反馈网络是电感反馈三点式振荡网络中比较重要的一个环节。正反馈使输出起到与输入相似的作用，使统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用，维持振荡电路所消耗的能量。5心得体会在本次课程设计中，我从各方面的设计和构思中学到了许多知识，了解到理论和实践结合的难度。在本学期学习高频这门课程时，芯片的使用只是很局限的运用。在课程设计中我发现很多芯片，元器件，电路都有很奇妙的作用。它们以前的作用只是一个最基本的运用，更多的运用会出现在各个实际电路中。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，集中体现在word运用极不熟练，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。经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西，对于高频电子电路有了更深层次的掌握，并且提高了独立解决问题的能力。虽然这次课程设计中我对电路进行了仿真，并且认真的对电路的每一部分进行了修正，但最后出来的波形还是不很稳定。本次课程设计没有要求制作电路板并且对其进行调试，但我相信要是调试的话也一定回去的满意的效果。课程设计不仅仅是一项任务，而且是一项使命，我们必须靠自己的能力拿出解决问题的方法。只有认真，灵活，严谨才能较好的完成整个设计，整个电路。这次课程设计使我得到了多方面的锻炼，无论从毅力，能力，还是定力都得到了大大的提高。参考文献谢自美•电子线路设计•实验•测试（第三版）•武汉：华中科技大学出版社，2006张宪、何宇斌.电子线路制作指导.北京：化学工业出版社，2006付家才•电子工程实验技术•北京：化学工业出版社，2003贾更薪•电子技术基础实验、设计与仿真•郑州：郑州大学出版社，2006吕思忠、施齐云•数字电路实验与课程设计•哈尔滨：哈尔滨工程