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1、河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计1课程题目： LC 正弦波振荡器设计学 院：万方科技学院系 别：电气与自动化工程系专业班级：07 电信二班姓 名： 学 号：指导老师：刘小磊2010 年 06 月 20 日河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计2前言“高频电子线路”是电子、信息、通信类等专业的一门专业基础课，主要研究通信系统中发送设备和接收设备的各种高频单元电路的基本组成、功能和原理。该课程是一门工程性和实践性很强的课程，除掌握教材所提供的必要基础知识外，还必须通过实践环节提高应用能力（如 LC 正弦波振荡器的设计与调试和仪器使用等） 。对于本课程，学生应注重基本概念、基本
2、原理、基本分析方法和应用，要求达到：（1）明确高频电子线路的研究对象和典型应用；（2）理解与熟悉高频电路中各单元电路的组成、工作原理及分析方法；（3）能正确使用仪器对单元电路或组合电路进行调试、测试和检修；（4）掌握小型高频整机电路的一般设计方法。LC 正弦波振荡器的设计与调试方法是每个学生都应该掌握的，因为科学技术的发展，振荡器已经与人们的生活息息相关。振荡器的出现给人类带来了远程通讯。石英振荡器的出现带来了数字电信号的实现，电子技术和人类的生活息息相关。一个性能更加优良的振荡器的问世，那么，他的发展前景是解决无线通信的通信质量、计算机速度、网络速度等现实问题以外，还要向噪声低，频率高，不受
3、外界环境变化的影响提高性价比来为人类服务。河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计3目 录 绪论课程设计的意义.4第一章 设计任务书.4一. 设计目的.4二. 设计要求和步骤.4三.方案设计及选择.41.振荡器的选择.42.信号输出波形的仿真选择.4第二章 单元电路设计与参数计算.5一. LC 三点式振荡组成原理图.5二起振条件.5三频率稳定度.5四. LC 振荡模块设计.7第三章 总原理图及元器件清单.12一 总原理图.12二. 元件清单.14第四章 调试步骤.16一. 按设计电路安装元器件.16 二. 测试点选择.16三. 调试.17 四. 实验结果与分析 .17五. 频率稳定度.1
4、8第五章 供参考选择的元器件.18第六章 设计心得和体会.18第七章 参考文献 .19河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计4绪论课程设计的意义联系课堂所学知识，增强查阅、收集、整理、 吸收消化资料的能力，为毕业设计做准备。培养一定的独立分析问题、解决问题的能力。 对设计中遇到的问题能通过独立思考、查阅有关资料，寻找解决问题的途径。培养学生综合运用所学理论知识能力，提高学生综合能力。 第一章 设计任务书一 设计目的(1). 熟悉 LC 正弦波振荡器的工作原理，以及示波器的原理及用法。（2）.掌握 LC 正弦波振荡器的基本设计方法。(3). 理解 LC 正弦波振荡回路并掌握 LC 振荡器
5、的设计，装载，调试，及其主要性能参数的测试方法和如何选择电路的测试点。(4). 了解外界因素、元件参数对振荡器工作稳定性及频率稳定度的影响情，以便提高振荡器的性能。二 设计要求和步骤(1). 设计一个 LC 正弦波频振荡器，输出频率 7KHz。(2). 利用三端式振荡器原理产生正弦波信号，采用的具体电路不限。要求给出所选电路的优点和缺点并通过测量值进行证明。也可以进行不同三端式振荡器的性能比较。 (3).了解电路分布参数的影响及如何正确选择电路的静态工作点。（4）.电路的基本原理，LC 正弦波振荡器是各种接收机和发射机中一种常见的电路，常用作载波振荡、本振混频振荡等。其典型形式为“三点式”振荡
6、电路，其电路简单、频率稳定度高，它的工作原理是在正反馈的基础上，将直流电源提供的能量变成正弦交流输出。（5）选择所需的方案，画出有关的电路原理图。三 方案设计与选择河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计51.振荡器的选择LC 振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，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，振荡频率可以做得较高。所以选择电容反馈三点式振荡器是不容置疑的，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。LC 振荡器是一种能量转换器，
7、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，其框图如图 1 所示.。放大电路 选频网络正反馈网络图 1 振荡器框图2.信号输出波形的仿真选择方案一：三种振荡器输出信号波形全部用 Multisim 仿真软件得出；方案二：考毕兹振荡器的输出波形由仿真软件得出，其余两种振荡器由计算得出频率，画出相应的波形。经比较用仿真软件得出的波形比较直观简单而且准确，即选择方案一。第二章 单元电路设计与参数计算一 LC 三点式振荡组成原理图输出河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计6其振荡频率 f= 。当 和 为容性， 为感性时称为电容反馈振荡器，LC211X23X其中 C= ；当 和 为感
8、性， 为容性时称为电容反馈振荡器，其中 21123L= + . L二起振条件X1，X 2必须是同性质的电抗，X 3必须是异性质电抗，并且必须满足下面的关系：X3= （X 1+X2）根据起振条件，可以推导出三极管的跨导 gm应满足下面的不等式： fu10uif k/k上式中： fu= X2/ X1 反馈系数g1 为三极管 be 间的输入电导g0 为三极管 ce 间的输出电导1为三极管 ce 间的负载电导和回路损耗电导之和。上式表明，起振时 gm与 fuk、 g 0、g 1、 等有关。若管子参数和负载确定后，fuk大小应合适，否则不易满足起振条件。另外，还必须考虑到频率稳定度和振荡幅度等要求。三频
9、率稳定度频率稳定度是表示在一定时间范围内或一定的温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度。若频率相对变化越小，就表明振荡频率稳定度越高，否则稳定度就差。由上述讨论知道，因为振荡回路元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就是要设法提高振荡回路的标准性。因此除了采用高稳定和高 Q(因为河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计7Q值越大相频特性曲线在 0f附近的斜率越大，选频特性就越好)的回路电容及电感外，还可以采用负温度系数元件实现温度补偿，或采用部分接入，以减小管子极间电容和分布电容对振荡回路频率的影响。由分析和实验知道， LC谐振回路的标准性和 Q值都不高，频率稳定度不高于
10、410数量级，而石英晶体标准性 Q值都很高，接入系数也很小。频率稳定度可达6数量级。四.LC 振荡模块设计LC 振荡电路采用三点式振荡，电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。方案一：考毕兹振荡器R15.1k R227k R33k R41k R55.1k L110uH C1100pF C2100pF C31nF C40.1uF C51nF C610nF C710nF L2300mH V112 V 703068Q22N2222A214图 2 考毕兹振荡器河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计8图 3 考毕兹振荡器输出信号波形理论计算振荡器的频率为f 7MHz21
11、)(CL观察到的振荡波形如图 3 所示，从波形看出其震荡极不稳定，测试其波形频率为f =6.5MHz905调解 C1C2改变频率时，反馈系数也改变。方案二：克拉泼振荡器克拉泼振荡器其振荡频率为 f= ，式中 C= ，此电路的频率稳LC21321C定度较好，但在振荡范围较宽时，输出幅度不均匀，且频率升高后不易起振，其主要用于固定频率或波段范围较窄的场合。电容三点式改进型“克拉泼振荡器”如图 4河南理工大学万方科技学院 高频电子线路课程设计9所示。R124k R256k R33k R41k R55.1k C1100pF L110uH L2300uH C41nF C51nF C610nF C710nF C2100pF 40C330pF-VARKey = C 50%6Q12N2222A132V212 V 507图 4 克拉泼振荡器克拉泼振荡器的频率为f= （C C ,C C ）321L1323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。输出信号的幅值、频率等用时时监测法测试，调整 C3 观测震荡信号的波形和频率变化。观察到的振荡波形如图 5 所示：河南理工大学万方科技学院
