《高频电子线路课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电子线路课程设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 毕业论文设计题目： 改进型电容三点式振荡器 院 别： 电气与信息技术学院 专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 班 级： 电子信息 起讫时间 指导教师： 黑龙江职业学院黑龙江工商职业技术学院毕业论文1摘要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
2、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 Uf发 和输入电压 U i要相等，这是振幅平衡条件。二是 Uf 和U i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
3、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。关键词:振荡器 正反馈 平衡条件黑龙江工商职业技术学院毕业论文2目 录1 设计任务与要求 .32 实验原理 .42.1 电路框图.42.2 振荡的原理.42.3 电容三点式振荡器.63 改进型电容三点式振荡电路设计 .73.1 考毕兹振荡器.73.2 串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路). 83.3 西勒振荡器.104 改进型电容三点式电路设计 .134.1 电路选择.134
4、.2 原理图设计.134.2.1 电路结构.134.2.2 静态工作点的设置.144.2.3 选管.144.2.4 振荡回路元件的确定.155 结论 .166 心得体会 .17黑龙江工商职业技术学院毕业论文31 设计任务与要求1.1 设计一个电容三点式振荡器 其输出振荡频率为 4MHZ；1.2 利用仿真软件 绘制电路输出波形；1.3 分析有关元件参数对电路的影响；2 实验原理2.1 电路框图滤波网络: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
5、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，有较大增益，对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。 黑龙江工商职业技术学院毕业论文4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。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
6、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。2.2 振荡的原理三点式 LC 正弦波振荡器的组成法则（相位条件）是：与晶体管发射极相连的两个电抗元件应为同性质的电抗，而与晶体管集电极基极相连的电抗元件应与前者性质相反。图 1-1 所示为满足组成法则的基本电容反馈 LC 振荡器共基极接法的典型电路。当电路参数选取合适，满足振幅起振条件时，电路起振。当忽略负载电阻、晶体管参数及分布电容等因素影响时，振荡频率 可近似认为等于谐振回路的固有振荡频率 ，oscf of即（1）12oscfLC式中 近似等于 与 的串联值C1（2）12图 1-1 电容反馈 LC
7、 振荡器由图 1-1 所画出的分析起振条件的小信号等效电路如图 1-2 所示。黑龙江工商职业技术学院毕业论文5图 1-2 分析起振条件的小信号等效电路由图 1-2 分析可知，振荡器的起振条件为：（3）eLeLmnggng 1)(1式中 0,/LeRr为 LC 振荡回路的等效谐振电阻； 0e电路的反馈系数 （4）12fCkn由式（3）看出，由于晶体管输入电阻 对回路的负载作用，反馈系数 并不是越er fk大越容易起振，反馈系数太大会使增益 A 降低，且会降低回路的有载 值，使回路的Q选择性变差，振荡波形产生失真，频率稳定性降低；所以，在晶体管参数一定的情况下，可以调节负载和反馈系数，保证电路起振
8、。 的取值一般在 0.10.5 之间。fk图 1 所示的振荡器，由于晶体管各电极直接和振荡回路元件 L、 、 并联，而1C2晶体管的极间电容（主要是结电容）又随外界因素（如温度、电压、电流等）的变化而变化，因此振荡器的频率稳定性不够高。为了提高振荡器的频率稳定性，实际中更多的采用能够减小晶体管与回路之间耦合的改进型电容反馈振荡器。2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器的基本电路如图 1-3 所示图 2-1 电容三点式振荡器黑龙江工商职业技术学院毕业论文6由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件 C1 和 C2；与基极和集电极连接的为异性质的电抗元件 L，根据前面所述的判别准则，
9、该电路满足相位条件。 其工作过程是：振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个 LC 谐振回路，具有选频作用，当 LC 谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即 AF=1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出。该振荡器的振荡频率 of为：12oCfL反馈系数 F 为 ： 12F若
10、要它产生正弦波，必须满足 F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一个实际的振荡电路，在 F 确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如静态电流取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真，严重时，甚至使振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般ICO=0.5mA-4mA。电容三点式振荡器的优点是：1）振荡波形好。2）电路的频率稳定度较高。工作频率可以做得较高，可达到几十 MHz 到几百 MHz 的甚高频波段范围。 电路的缺点：振荡回路工作频率的改变，若用调 C1或 C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。3 改进型电容三点
11、式振荡电路设计电容三点式课分为三种：考毕兹振荡器、克拉泼振荡器、西勒振荡器。黑龙江工商职业技术学院毕业论文73.1 考毕兹振荡器电容三点式振荡器（又称考毕兹振荡器）如图 2-1 所示。图2-1 考毕兹振荡器理论计算振荡器的频率为：观察到的振荡波形如图 2-2 所示从波形看出其震荡极不稳定，测试其波形频率为 f6.5MHz调解 C1C2 改变频率时，反馈系数也改变。由于极间电容对反馈振荡器的回路电抗均有影响，所以对振荡器频率也会有影响。而极间电容受环境温度、电源电压等因素的影响较大，所以电容三点式振荡器的频率稳定度不高。为克服共基电容三点式振荡器的缺点，可对其进行改进，即克拉泼电路和西勒电路。M
12、HZLCf7210黑龙江工商职业技术学院毕业论文8图 2-2 考毕兹振荡器输出信号波形3.2 串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路)电容三点式改进型“克拉泼振荡器”如图 2-3 所示。图 2-3 克拉泼振荡电路电路特点是在共基电容三点式振荡器的基础上，用一电容 C3，串联于电感 L 支路。功用主要是以增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性。使振荡频率的稳定度得以提高。 黑龙江工商职业技术学院毕业论文9因为 C3 为可调电容远小于 C1 或 C2，所以电容串联后的等效电容约为 C3。电路的振荡频率为： 31/2ofLC与共基电容三点式振荡器电路相比，在电感 L 支路上串联一个电容。但它有以下特点：1、振荡频率改变可不影响反馈系数；2、振荡幅度比较稳定。3、电路中 C3为可变电容，调整它即可在一定范围内调整期振荡频率。但 C3 不能太小，否则导致停振，所以克拉泼振荡器频率覆盖率较小，仅达 1.2-1.4； 为此，克拉泼振荡器适合与作固定频率的振荡器 。观察到的振荡波形如图 2-4所示图 2-4 克拉波振荡器输出信号波形改进后的电路波形比原电容三点式振荡器稳定度高了很多，这是因为晶体管一部分接入的形式与回路连接，接入系数 p 越小，耦合越弱。减弱了晶体管对回路的影响。黑龙江工商职业技术学院毕业论文103.3 西勒振荡器电容三点式的改进型“西勒振荡器”如图
