LC调频振荡器说明书要点Word文档格式.docx

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1.2LC调频振荡器的设计方法

LC调频振荡器的设计，是根据LC调频振荡器的中心频率

、频率稳定度

/

、输出电压Uo、最大频偏

、调制灵敏度

等性能指标要求，正确地确定出LC正弦波振荡器、变容二极管调频电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。

LC调频振荡器的设计可以分两个方向进行：

1）LC正弦波振荡器的确定

根据给定的技术指标：

中心频率

，频率稳定度

确定LC振荡电路的形式为电容三点式的克拉泼电路。

2）变容二极管调频电路的确定

根据频率稳定度

、最大频偏

选择线路，确定变容二极管的接入系数，确定调制信号电压。

1.2.1LC振荡器电路的实现方法

1）平衡条件

振荡建立起来之后，振荡幅度不会无限制地增长下去，因为随着振荡幅度的增长，放大器的动态范围就会延伸到非线性区，放大器的增益将随之下降，振荡幅度越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大而进入平衡状态。

平衡条件是研究振荡器的理论基础，利用振幅平衡条件可以确定振荡幅度，利用相位平衡条件可以确定振荡频率。

2）起振条件

式（1-1）和（1-2）分别称为振荡器起振的相位条件和振幅条件。

为了确保振荡器能够起振，设计的电路参数必须满足AoF>

1的条件。

而后，随着振荡幅度的不断增大，Ao就向A过渡，直到AF=1时，振荡达到平衡状态。

显然，AoF越大于1，振荡器越容易起振，并且振荡幅度也较大。

但AoF过大，放大管进入非线性区的程度就会加深，那么也就会引起放大管输出电流波形的严重失真。

所以当要求输出波形非线性失真很小时，应使AoF的值稍大于1。

n=0，1，2，...（1-1）

（1-2）

1.2.2调频电路的实现方法

实现调频的方法有两大类，即直接调频与间接调频。

1）直接调频法

直接调频的基本原理是利用调制信号直接线性地改变载波振荡的瞬时频率。

如果受控振荡器是产生正弦波的LC振荡器，则振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。

将受到调制信号控制的可变电抗和谐振回路连接，就可以使振荡频率按调制信号的规律变化，实现直接调频。

它的主要缺点是会导致FM波的中心频率偏移，频率稳定度差，在许多场合对载频采取自动频率微调电路（AFC）来克服载频的偏移或者对晶体振荡器进行直接调频。

2）间接调频法

先将调制信号进行积分处理，然后用它控制载波的瞬时相位变化，从而实现间接控制载波的瞬时频率变化的方法，称为间接调频法。

间接调频实现的原理框图如图1-1所示。

图1-1借助于调相器得到调频波

无论是直接调频还是间接调频，其主要技术要求是：

频偏尽量大，并且与调制信号保持良好的线性关系；

中心频率的稳定性尽量高；

寄生调幅尽量小；

调制灵敏度尽量高。

根据题目要求，其频率稳定度

≤

，最大频偏

，由上面分析知：

直接调频可获得较大线性频偏，但载频稳定度较差；

间接调频方式载频稳定度较高，但获得的线性频偏较小。

经过讨论，我们决定采用直接调频法来设计电路。

第2章各部分设计及原理分析

2.1LC振荡器电路的设计

2.1.1LC振荡器的基本工作原理

振荡器根据自身输出的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，正弦波振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用；

而非正弦振荡器能产生出矩形波（方波）、三角波、锯齿波等信号，这些信号可以用于测量设备、数字系统、自动控制及计算机设备中。

此次设计讨论的就是LC正弦波振荡器。

设计其电路原理图如图1-2所示:

图1-2LC正弦波振荡原理图

2.1.2LC正弦波振荡电路的设计

LC正弦波振荡器的作用是产生高频正弦波。

如图1-3所示，在图中晶体管T组成电容三点式振荡器的改进型电路即克拉泼电路，它被结为共基组态，

为基极耦合电容，其静态工作点又RB1,RB2,RE及Rc决定，即：

（1-3）

（1-4）

（1-5）

（1-6）

小功率振荡器的静态工作电流

一般为1到4毫安，

偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重,频率稳定性变差。

L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路，其中C3两端的电压构成振荡器的反馈电压

以满足相位平衡条件。

由C2/C3=F决定反馈电压的大小，当

F=1时，振荡器满足相位平衡条件，电路起振条件为

F>

1。

为减少晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，C2、C3的取值要大。

若选C1《C2，C1《C3,则回路振荡频率

主要由C1决定,即：

（1-7）

若取C1为几十皮法，则C2、C3可取几百到几千皮法。

反馈系数F一般取1/8到1/2。

2.2调频电路的设计

调频电路由变容二极管和它的偏置电路组成。

其中R2与R3为变容管提供静态时的反向直流偏置电压VQ。

即VQ=[R3/（R2+R3）]Vcc。

电阻R1为隔离电阻，常取R1>

>

R3，R1>

R2,以减小加入变容管的偏置电路后对振荡回路Q值的影响。

高频扼流圈ZL2与C6给u（t）提供通路，C5起高频滤波作用。

变容二极管通过C4部分接入振荡回路，有利于提高中心频率fo的稳定度，减小调制失真。

图1-3为变容管部分接人振荡回路的等效电路。

变容管和C4串联，再和C3并联构成振荡回路总电容C：

（1-8）

式中Cj为变容二极管的结电容。

它与外加电压的关系为

（1-9）

图1-3变容二极管部分接入的等效电路

2.3LC调频振荡器电路的确定

LC调频振荡器的工作流程如下：

LC调频振荡器一般由LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路两大部分组成。

其中，LC正弦波振荡器用于产生一定频率的幅度和信号，无须外加输入信号的控制，就能自动将电能转换为所需要的交流能量输出，即自激振荡；

而变容二极管电容的改变是由调制信号决定的，再将变容二极管通过电容Cc耦合接入LC振荡回路中，用于实现对LC正弦波振荡器频率的调制，即调频。

LC调频振荡器是由LC正弦波振荡器和变容二极管调频电路两个部分组成，如图1-4所示。

图1-4LC调频振荡器的组成框图

综合以上分析确定电路原理图如图1-5所示。

图1-5电路原理图

第3章元件参数的确定

3.1LC振荡器电路模块参数的确定

3.1.1设置静态工作点

振荡器的静态工作点取ICQ=2mA，VCEQ=6V，测得晶体管

=60。

因RE+RC=（Vcc-VCEQ）/ICQ，为提高电路的稳定性，RE的值可适当增大，取RE=1kΩ，则RC=2kΩ。

因 

VEQ=ICQ 

RE=2V

若取流过RB2的电流IB2=10IBQ=10ICQ/

=0.33mA

则 

RB2=VBQ/IB2≈8.2kΩ

因

即 

=28.2kΩ

RB1用24kΩ电阻与22kΩ电位器串联，以便调整静态工作点。

3.1.2计算主振回路元器件值

若取C1=50pF，且fo=10MHz，由公式

得 

L1=5μH 

（实验中可适当调整

的圈数或

的值）。

电容C2、C3由反馈系数F及电路条件C1<

<

C2，C1<

C3决定，若取C2=510pF，由F=C2/C3=1/8～1/2，则取C3=3600pF，取耦合电容CB=0.01uF。

3.2调频电路模块参数的确定

变容管的静态反偏压U由电阻R1与R2分压决定，

即VQ={R2/（R1+R2）}Vcc

已知VQ=4V，若取R2=10K，则R1=（Vcc/VQ-1）R2=20K

实验时R1用24kΩ电阻与22kΩ电位器串联，以便调整静态偏压U。

隔离电阻R3应远大于R1、R2，取R3=150kΩ。

低频调制信号U的耦合支路电容C5及电感L2应对U提供通路，一般的频率为几十赫至几十千赫兹，故取C5=4.7uF，L2=47uH（固定电感）。

高频旁路电容C6应对调制信号U呈现高阻，取C6=5100pF。

第4章电路的调试与检测

4.1主振频率的测试

4.1.1LC仿真测试

LC振荡器的输出频率fo称为主振频率或载波频率。

用数字频率计测量回路的谐振频率fo，高频电压表测量谐振电压Uo，示波器检测振荡波形。

起振波形如图1-6所示。

LC仿真测试电路如图1-7所示，测得频率为10MHZ，电压为693mV,对比技术指标中心频率fo=10MHZ知符合技术要求指标，所得波形为高频正弦波，符合LC正弦波振荡器所得波形。

所测结果分别如图1-8、1-9所示.

图1-6起振波形

图1-7仿真电路图

图1-8LC振荡器波形

图1-9频率fo与输出电压Uo

4.2频率稳定度的测试

主振频率fo的相对稳定性用频率稳定度

表示。

对于调频电路不仅要满足频偏要求，而且振荡频率

必须保持足够的频率稳定度。

测量频率稳定度的方法是，在一定的时间范围（如1小时）内或温度范围内每隔几分钟读一个频率值，然后取其范围内的最大值max与最小值min，则频率稳定度

设计中采用仿真电路测试如图1-7所示，其频率稳定度大约为（

～

）/小时，对比课题中给出的频率稳定度为

知此电路符合要求。

4.3设计电路的性能评测

由于调频振荡器的工作频率较高，三极管的结点电容、电感、电容的分布及测量仪器对实验结果会有一定的影响。

因此，在电路装调及测试时应尽量减小这些分布参数的影响，安装时应合理布局。

4.3.1测试点的确定

选择正确的测试点，减小仪器对被测电路参数的影响。

在高频情况下，测量仪器的输入阻抗及连接线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1-7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、扫频仪、数字频率计等的地线都要与被测电路的地线连接好，接线应尽量短，保证测量结果的准确性。

4.3.2调试方法

为了保证元器件可靠焊接及连接导线固定，使电路的分布参数固定，我们决定采用印刷电路板为高频电路的实验板，其调试方法与低频电路的调试基本相同，即先调整静态工作点，再观测动态波形并测量电路的性能参数。

4.3.3误差分析

1）误差计算

fo%=（10.001-10.000）

100%/10.000=0.0001%

2）误差原因

由于电路中测量仪器的影响，电路参数的可调性大。

LC振荡器频率主要取决于谐振回路的参数，也与其他电路元器件参数有关，由于振荡器使用中不可避免地会受到各种外界因数的影响，使得这些参数发生变化导致振荡频率不稳定。

4.4调试中的问题

实验中振荡电路接通电源后，有时不起振，但有时在外界信号强烈触发下会起振，或者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。

经过讨论分析，知道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。

此外，还要在振幅平衡条件所包含的各种因素中找原因，例如：

1、静态工作点选的太小。

2、电源电压过底，使振荡管放大倍数太小。

3、负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。

5、反馈系数太小，不易满足振幅平衡条件。

但反馈系数并非越大越好，应适当选取。

结束语

经过两个星期左右的课程设计，我深深的体会到将平时所学的理论知识，应用到实际中是一件十分困难的事情。

然而经过努力和思考后，最终还是完成了设计任务，成功的喜悦是无法言喻的。

在以往的学习和实验、实践中，大部分电路都是已给定的，而本次课题是通过自己所学，自行设计一个电路，给我的感触颇深。

在课程设计之前，我们通过各个渠道查找资料后分析验证，经过多次的修改和整理，作了如上的设计思路。

虽然这次设计一开始是按照设计要求去完成的，但由于在实际操作中，出现了比较大的问题，导致以上的准备资料，在实际操作中都未能派上用场。

在这次的课程设计过程中，我懂得了很多，课程设计不光是让我们去“设计”，更重要的是培养我们的能力！

通过本次课程设计使我对通信电子线路又有了进一步的了解，增加了对所学知识的应用。

此外，在买元器件的过程中，懂得了各种元器件的型号命名方法及型号组成部分的符号及其意义、判断各种元器件质量判别方法、各种元器件的分类及一些应用，例如：

利用色标法辨认电阻、电容的大小，用万用表测试二极管的好坏等。

总之，这次实验，使我受益匪浅，我从中吸取了很多经验教训，同时也学到了很多专业知识。

感谢学校、老师给我这样的机会，我希望这样的设计以后还会有。

致谢

在此次课程设计中，我要向帮助我们的人们表达最诚挚的谢意。

首先，我要感谢我们的指导老师，在此次设计时我们遇到了不少的困难和问题，但在老师的帮助指点下，我们最终克服了这些困难。

其次，我还要感谢我们组的其他成员，如果没有她们，我是无法独立完成这次课程设计的，她们的工作做得很到位，经过我们共同的努力，最终才能完成任务。

成功的喜悦需要与同伴一起分享。

这是一个快乐的过程，这也是做课程设计的一个好处。

感谢这次设计，我学会了很多。

参考文献

[1]胡宴如.高频电子线路【M】.北京：

高等教育出版社，1993

[2]谢自美.电子线路设计·

实验·

测试【M】.武汉：

华中科技大学出版社，2003

[3]康华光.电子技术基础【M】.高等教育出版社，1979

附录一PCB图

附录二元件清单

三极管

2N2222

变容二极管

BB910

电容

极性电容：

C5=4.7μF

非极性电容：

C1=50pF，C2=510pF，C3=3600pF，C4=50pF，C6=5100Pf，

=10nF，Cc=51pF

电阻

滑动变阻器：

R=22KΩ

电阻：

RB1=24KΩ,

=10KΩ,

=2KΩ,

=1KΩ,

=20KΩ

=10KΩ,

=150KΩ

电感

L1=5μHL2=47μH

附录三实物电路板以及输出波形