电容反馈振荡器设计.docx

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电容反馈振荡器设计

辽宁工业大学

高频电子线路课程设计（论文）

题目：

电容反馈振荡器电路设计

学院：

电子与信息工程学院

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

起止时间：

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

电子与信息工程学院教研室：

通信教研室

学号

学生姓名

专业班级

课程设计（论文）题目

电容反馈振荡器电路设计

课程设计（论文）任务

设计内容：

1．用EWB仿真，设计一个电容反馈振荡器

2．能够观察输出的振荡波形。

3．测量其振荡频率。

4．分析电路并计算其频率是否与所测的频率相同。

设计参数：

振荡频率5MHZ左右

设计要求：

1.分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2.确定合理的总体方案。

以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3.设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

指导教师评语及成绩

平时成绩（20%）：

答辩成绩（30%）：

论文成绩（50%）：

总成绩：

指导教师签字：

年月日

目录

第1章电容反馈式振荡器的设计方案论证1

1.1电容反馈式振荡器的应用意义1

1.2电容反馈式振荡器的设计要求及技术指标1

1.3电容反馈式振荡器的的电路原理2

1.4电容反馈式振荡器的方案框图及分析4

第2章电容反馈式振荡器的电路设计及仿真5

2.1电路的设计依据5

2.2原理图EWB软件仿真6

2.3仿真结果6

第3章设计总结7

参考文献7

第1章电容反馈式振荡器的设计方案论证

1.1电容反馈式振荡器的应用意义

随着社会的发展，通讯工具在我们的生活中的作用越来越重要。

通信工程专业的发展势头也一定会更好，为了自己将来更好的适应社会的发展，增强自己对知识的理解和对理论知识的把握，本次课程设计我准备制作具有实用价值的电容反馈式振荡器。

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f

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。

1.2电容反馈式振荡器的设计要求及技术指标

设计内容：

1．用EWB仿真，设计一个电容反馈振荡器

2．能够观察输出的振荡波形。

3．测量其振荡频率。

4．分析电路并计算其频率是否与所测的频率相同。

设计参数：

振荡频率5MHZ左右

设计要求：

1.分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2.确定合理的总体方案。

以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。

3.设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

4.组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

本次课程设计我设计的是电容反馈式振荡器。

振荡器是不需要外加信号激励，自身将直流电能转换为交流电的装置。

凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。

1.3电容反馈式振荡器的的电路原理

构成一个振荡器必须具备下列一些最基本的条件：

（1）任何一个振荡回路，包含两个或两个以上储能元件。

在这两个储能元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。

接收和释放能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。

（2）电路中必须要有一个能量来源，可以补充由振荡回路电阻所产生的损耗。

在电容三点式振荡器中，这些能量来源就是直流电源。

（3）必须要有一个控制设备，可以使电源在对应时刻补充电路的能量损失，以维持等幅震荡。

这是由有源器件（电子管，晶体管或集成管）和正反馈电路完成的。

电容三端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

，而电容对晶体管非线性特性产生的高次谐波呈现低阻抗，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。

电容三端振荡器电路原理图如图a所示。

图a电容三端振荡器电路

由振荡器谐振频率计算公式：

根据设计指标，取f=6MHz来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，放大器的增益应该等于1，即

，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

在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率，即

放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压

和输入电压

来确定，即

所以，可以得出

当知道输入

等于多少的时候，由公式可以求出

（4）2N2222A三极管的工作原理

2N2221A三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。

但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。

IC的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB,Δ表示变化量。

），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。

三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。

1.4电容反馈式振荡器的方案框图及分析

图b电容反馈式振荡器的方案框图

滤波网络:

滤除电源中的交流成分是外加电源中只含有直流成分，因为振荡器所要求的加在电路上的电能是直流电能，而实际电源很难达到纯粹的直流，所以需要加这样一个电路将其中可能的交流成分滤除。

放大网络：

放大网络就是通过加在基极的直流电压来控制集电极的电压输出。

放大网络对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益，对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。

选频网络：

由电感及电容组成的选频网络分为两类，一类是串联谐振回路，另一类是并联谐振回路，回路谐振时，电感线圈中的磁能与电能中的磁能周期性的转换着。

电抗元件不消耗外交电动势能量。

外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路中的等幅振荡。

所以在串联谐振时，回路中电流达到最大值，并联谐振中，负载电压达到最大值。

正反馈网络：

反馈，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。

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。

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。

第2章电容反馈式振荡器的电路设计及仿真

2.1电路的设计依据

三点式LC振荡器，特别是电容反馈式三点振荡器，由于反馈主要是通过电容，所以可以削弱高次谐波的反馈，是振荡产生的波形得到改善，且频率稳定度高，又适于较高波段工作。

引起振荡频率不稳定的原因有很多，包括晶体管间存在的电容，谐振回路参数随时间、电源电压、温度的变化而变化，晶体管参数不稳定等，为得到稳定的振荡频率，因此我们在选元器件时，除选用高质量电路元件，采用直流稳压电源及恒温措施外，还应提高振荡回路品质因数Q，因为Q越大，相频特性曲线在f0附近的斜率也大，选频特性也越好。

构成电容反馈三点式振荡器的最基本电路应该是一个交流电路。

因此在设计总电路图之前，我先设计了一个交流电路，随后将各个电路元件包括三极管连接起来才能得到最终的总电路图

2.2原理图EWB软件仿真

图c电容反馈式振荡器的总电路图

2.3仿真结果

图d电容反馈式振荡器的仿真波形

第3章设计总结

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。

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。

我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于通信工程的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会通信专业里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。

参考文献

【1】于洪珍，《通信电子电路》，清华大学出版社，2005年6月

【2】沈伟慈，《高频电路》，西安电子科技大学出版社，2000年

【3】张肃文，《高频电子线路》，高等教育出版社，1993年

【4】高吉祥，《高频电子线路》，电子工业出版社，2003.年

【5】清华大学通信教研组，《高频电路》，人民邮电出版社，1980年

【6】姚福安，《电子电路设计与实践》，山东科学技术出版社，2003年

【7】姜威，《实用电子系统设计基础》，北京理工大学出版社，2008年1月

【8】王松武，《电子创新与实践》，国防工业出版社，2005年