电子线路课程设计高频LC振荡器.docx

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电子线路课程设计高频LC振荡器

《高频LC振荡器》

专业班级：

12级电信三班

姓名：

彭祝凡赵骞秦海华

学号：

**************************

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设计时间:

2014年12月11日

物理与电气工程学院

2014年12月11日

摘要

在信息飞速发展的时代，对信息的获取,传输与处理的方法越来越受到人们的重视。

如何高速快捷且没有失真的传递信息成为关注的热点。

通过对高频电子线路的学习，了解到高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频信号或高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电器特性.一般采用LC谐式振荡器，频率可由调谐电容器的刻度读出。

高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波，故电路主要是高频振荡电路构成。

振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。

为此，振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路。

振荡器主要分为晶体振荡器和LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。

其中三点式又分为两种基本电路。

根据反馈网络由电容还是电感完成的分为电容反馈振荡器和电感反馈振荡器。

同时为了提高振荡器的稳定度，通过电容三点式振荡器的改进可以得到克拉泼振荡器和西勒振荡器两种改进的电容反馈振荡器。

其中互感反馈易于起振，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，震荡频率可以做得很高。

通过对各电路的比较，以及根据课设要求频率稳定度等综合考虑，最终选择西勒振荡器，继而通过multisim设计电路和仿真，并完成相关技术指标。

关键字：

三点式，振荡器，西勒电路，multisim

摘要……………………………………...……………………….................………2

1.概述………………………………………………………......….............………4

2.课程设计任务及要求……………………………………...................…………4

2.1设计任务………………………………………….............…….....………4

2.2设计要求………………………………………..............……….....………4

3.理论设计…………………………………………..............…..………....………4

3.1方案论证…………………………………………....................……………4

3.2系统设计………………………………..............……………....….……….5

3.2.1结构框图及说明…………………..............……….…....…………5

3.2.2系统原理图及工作原理……………...............………....…………5

3.3单元电路设计………………………………..............…......…….………6

3.3.1单元电路工作原理………………………..............……….………...6

3.3.2元件参数选择………………………..............………………………8

4.安装调试……………………………………………..............……......…………9

4.1安装调试过程………………………………......................……………….9

4.2故障分析……………………………………...................…….…………...10

5.结论………………………………………………..............…....….…………….10

6.使用仪器设备清单………………………………..............…….....…….………10

7.收获、体会和建议………………………………..............……..........…………11

8.参考文献…………………………………………..............…………......………11

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1概述

在本次课程设计中，为了熟悉《高频电子线路》课程，着眼于LC正弦波振荡器的分析和研究。

振荡器主要分为晶体振荡器和LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。

其中三点式又分为两种基本电路。

根据反馈网络由电容还是电感完成的分为电容反馈振荡器和电感反馈振荡器。

同时为了提高振荡器的稳定度，通过电容三点式振荡器的改进可以得到克拉泼振荡器和西勒振荡器两种改进的电容反馈振荡器。

其中互感反馈易于起振，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，震荡频率可以做得很高。

2.课程设计任务及要求

2.1设计任务

设计一个高频LC振荡器，纯硬件。

2.2设计要求

要求中心频率为10.7MHz小信号谐振放大器，峰峰值大约为2V，可调电容改变振荡频率，滑动变阻器改变静态工作点。

3理论设计

3.1方案论证

振荡器主要分为晶体振荡器和LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。

其中三点式又分为两种基本电路。

根据反馈网络由电容还是电感完成的分为电容反馈振荡器和电感反馈振荡器。

同时为了提高振荡器的稳定度，通过电容三点式振荡器的改进可以得到克拉泼振荡器和西勒振荡器两种改进的电容反馈振荡器。

其中互感反馈易于起振，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，震荡频率可以做得很高。

通过对各电路的比较，以及根据课设要求频率稳定度等综合考虑，最终选择西勒振荡器，继而通过multisim设计电路和仿真，并完成相关技术指标。

3.2系统设计

3.2.1结构框图及说明

图1

构成一个LC振荡器必须具备以下三个条件：

1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。

在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就能接收能量。

释放和接收能量可以往返进行，其频率决定元件数值。

2）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。

在晶体管振荡器中，这个能量就是直流电源。

3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡，这是由有源器件和正反馈电路完成的。

3.2.2系统原理图及工作原理

图2

振荡器是不需要外激励信号，自身将直流电能转换为交流电能的装置。

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。

振荡器根据自身输出的波形可分为正弦和非正弦振荡器，这个是正弦振荡器。

3.3单元电路设计

3.3.1单元电路工作原理

直流电源补充振荡电路电阻所引起的能量损失，C1和C2两个电容一个接受能量时另一个就释放能量，释放和接收可以往返进行，有源器件和正反馈电路使电源正确时刻补充能量。

反馈式正弦波振荡器的基本工作原理

振荡器是不需要外信号激励，自身将直流电能转化为交流的装置。

反馈式振荡器有两部分组成：

放大器和反馈网络。

框图如下所示。

放大器的增益：

A=V0/V1

反馈系数：

F=Vf/V0

图3

振荡器必须满足的条件

（1）起振条件

振荡电路在刚接通电源的时候，晶体管的电流从零越变到某一数值，同时电路中还有噪声，它们具有很宽的频谱。

由于放大器负载回路的选频作用，其中只有某个频率分量才能通过反馈网络加到放大器的输入端，这就是振荡器最初激励信号。

为了使振荡器在接通直流电源后能够自动起振，则要求反馈电压在相位上与放大器输入电压同相，在幅度上则要求Vf>Vi，起振的充分必要条件。

可以写成：

FA>1（振幅起振条件）

ΦA+ΦF=2nπn=0,1，2，3……（相位起振条件）

（2）平衡条件

振荡器幅度不能无限增长下去，当达到某数字时候，振荡器将保持幅度不变，这时候有Vf=Vi，所以平衡条件为AF=1，或者可以写成：

AF=1（振幅平衡条件）

ΦA+ΦF=2nπn=0,1，2，3……（相位平衡条件）

（3）稳定条件

当振荡器受到外部因数的扰动（如电源电压波动，温度变化，噪声干扰等会），将引起放大器和回路的参数发生变坏破坏原来的平衡状态。

如果通过放大器和反馈的不断循环，振荡器越来越偏离原来的平衡状态，从而导致振荡器或突变到新的平衡状态，则表明原来的平衡条件是不稳定的，反之，如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器能够产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态，则表明原平衡状态是稳定的。

1）振幅稳定条件

要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。

具体来说，就是在平衡点附件，当不稳定因素使振幅增大，环路增益将减小，从而振幅减小。

2）相位平衡条件

同理，要使相位稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止相位变化的能力，既有振荡器的相位稳定条件。

3.3.2元件参数选择

合理的地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。

一般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区靠近截止区的地方。

根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流Icq大约在0.4到4mA之间。

故本次设计中：

选Icq=1.5mA，Vceq=6V,β=100

则有Re+Rc=（Ucc-Uceq）/Icq=（12-6）/1.4=4KΩ

为提高电路稳定性Rc的值适当增大，取Re=1KΩ,Rc=4KΩ

因：

Ieq=Icq/β则：

Ieq=0.015mA

一般流过Rb2的电流为5~10Ibq，若取7Ibq

因：

Rb2=Vbq/IbqVbq=Veq+0.7Rb2=2.2/（0.015*7）=21KΩ

所以取标称电阻20KΩ

因：

Rb1=Rb2*[（Vcc-Vbq）/Vbq]=90KΩ

根据本文对该LC振荡器提出的指标要求，选取的电感、电容参数要满足以下关系表达式

（1）

所以可调电容选20PF与电感选10uH并联，再与10PF电容串联。

（2）

（3）

其中

为中心频率，

为品质因数，

为等效谐振电阻

故选C1=C2=220PF

4.安装调试

4.1安装调试过程

图4中心频率

图5震荡波形

频率范围可由15~~8.6MHz变化，由可调电容改变。

4.2故障分析

仿真出来的波形有略微失真，不是很稳定。

通过查找资料知道需要从以下方面下手：

首先要看相位平衡条件是否满足。

对振荡电路要看是否满足对应的相位平衡判断标准。

此外，还要看振福平衡条件所包含的各种因素中找原因。

除此以外：

1）静态工作点选的太小2）电源电压过低，使震荡管放大倍数太小3）负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低4）回路特性阻抗ρ或介入系数pce太小，使回路谐振阻抗RO太低5）反馈系数Kf太小，不易满足振幅条件。

当Kf并非越大越好，应适当选取，所以仍然需要寻找适当方法进而完善电路。

5.结论

在这个设计当中，我学会了振荡电路的一些基础理论知识，在设计电路元件参数时首先要考虑电路起振条件和平衡条件，这分别包含振幅条件和相位条件。

正反馈网络是西勒振荡器设计的一个重要环节，正反馈使输出起到与输入相似的作用是系统偏差不断增大，是系统震荡。

我还明白普通电容三点式电路与克拉泼振荡器以及西勒振荡器之间的不同优势。

6.使用仪器设备清单

精密可调电位器100kΩ一个，直流12V1A开关电源适配器一个，电阻1kΩ，20kΩ，3kΩ各一个，10uH电感一个，221pF两个，20pF直插可调电容一个，0.1uF电容两个个，10pF一个个，三极管S9018一个，7cm*9cm万能电路板一个。

7.收获、体会和建议

虽然电子线路课程设计只有短短四周时间，但是我收获颇深。

在本次课程设计中，我选择的题目是LC振荡器的设计，结合自己所学的高频电路知识，了解到，电感三点式震荡器调频方便，容易起振且输出波形不理想。

电容式点式振荡器震荡波形好但频率稳定度低。

克拉泼振荡器振荡频率改变可不影响反馈系数，震荡幅度比较稳定但可调范围小。

西勒振荡器震荡幅度比较稳定，振荡频率可以较高，波形覆盖系数较大，波形范围内输出电压幅度比较稳定。

综上考虑，我选择了西勒电路振荡器，并且结合课程设计题目要求。

在运用仿真软件进行仿真的时候，学会了绘制电路图，以及如何调节示波器，使看到的波形更加的清晰。

通过这次课程设计，让我更加了解西勒电路，掌握计算过程，增强了自己动手能力。

8.参考文献

【1】余孟尝《数字电子技术基础简明教程》（第三版）高等教育出版社

【2】李建兵，周长林《EDA技术基础教程》

【3】杨素行《模拟电子技术基础简明教程》

【4】胡宴如耿苏艳《高频电子线路》