正弦波振荡器总结分析

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1、正弦波振荡器总结模块参数要求：设计制作20MHZ石英晶体振荡器、30MHZ克拉泼（串联改进型电 容三点式振荡器）震荡器，40MHZ西勒（并联改进型电容三点式振荡器）震荡器 频率，工作电压+5V。模块完成情况：设计制作了 20MHZ 石英晶体振荡器、 24.1MHZ-38.7MHZ 克拉泼 震荡器、 38.9MHZ-40.5MHZ 西勒震荡器。模块涉及的理论知识： 振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能 量的转换电路，它无需外加激励信号。为了使振荡器在接通直流电源后能够自动起振，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UUi,即fp +P 二 2n兀AF

2、n=0， 1， 2，A F 10式中， A0 为振荡器起振时放大器工作于甲类状态时的电压放大倍数。振荡建立起来之后，振荡幅度会无限制地增长下去吗？不会的，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。AF = 1综上所述，为了确保振荡器能够起振，设计的电路参数必须满足AF1的条0件。而后，随着振荡幅度的不断增大，A就向A过渡，直到AF=1时，振荡达到0平衡状态。显然， AF 越大于 1，振荡器越容易起振，并且振荡幅度也较大。但0AF过大，放大管进入非线性区

3、的程度就会加深，那么也就会引起放大管输出电0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AF的值稍大 0于1。当振荡器受到外部因素的扰动（如电源电压波动、 温度变化、噪声干扰等）， 将引起放大器和回路的参数发生变化破坏原来的平衡状态。如果通过放大和反馈 的不断循环，振荡器越来越偏离原来的平衡状态，从而导致振荡器停振或突变到 新的平衡状态，则表明原来的平衡状态是不稳定的。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。一个振荡器除了它的输出信号要满足一定的幅度和频率外，还必须保证输出 信号的幅

4、度和频率的稳定，而频率稳定度更为重要。评价振荡器频率的主要指标有两个，即准确度和稳定度。LC 振荡器振荡频率主要取决于谐振回路的参数，也与其它电路元器件参数有 关。因此，任何能够引起这些参数变化的因素，都将导致振荡频率的不稳定。这 些因素有外界的和电路本身的两个方面。其中，外界因素包括：温度变化、电源 电压变化、负载阻抗变化、机械振动、湿度和气压的变化、外界磁场感应等。这 些外界因素的影响，一是改变振荡回路元件参数和品质因数；二是改变晶体管及 其它电路元件参数，而使振荡频率发生变化的。因此要提高振荡频率的稳外界因 素定度可以从两方面入手：一是尽可能减小外界因素的变化；二是尽可能提高振 荡电路本

5、身抵御外界因素变化影响的能力。设计考虑：1振荡器电路选择LC 振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。振荡器线路主要根 据工作的频率范围及波段宽度来选择。在短波范围，电感反馈振荡器、电容反馈 振荡器都可以采用。在中、短波收音机中，为简化电路常用变压器反馈振荡器做 本地振荡器。2晶体管选择从稳频的角度出发，应选择f较高的晶体管，这样晶体管内部相移较小。T通常选择f （310） f。同时希望电流放大系数0大些，这既容易振荡，也便T max于减小晶体管和回路之间的耦合。3直流馈电线路的选择为保证振荡器起振的振幅条件，起始工作点应设置在线性放大区；从稳频 出发，稳定状态应在截止区，而不应在饱和区，

6、否则回路的有载品质因数 Q 将L 降低。所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区，电路应采用自偏压。4振荡回路元件选择从稳频出发，振荡回路中电容C应尽可能大，但C过大，不利于波段工作；电感L也应尽可能大，但L大后，体积大，分布电容大，L过小，回路的品质因 数过小，因此应合理地选择回路的L、C。在短波范围，C 一般取几十至几百pF,L 一般取0.1至几十卩H。5反馈回路元件选择由前述可知,为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振，在静态工作 点通常应按下式选择当静态工作点确定后， yf 的值就一定，对于小功率晶体管可以近似为y = g = CQf m 26 m V反馈系数的大小应在下列范

7、围选择F=0.01-0.5 克拉泼振荡器：图2.4.1 (a)为克拉泼振荡器原理电路，(b)为其交流等效电路。它的特点是在前述的电容三点式振荡谐振回路电感支路中增加了一个电容C3，其取值比较小，要求 C3 C1， C3 C2。L(a) 原理电路4-1TR -(b) 交流 等 效电图 2.4.1克拉泼振荡器先不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量CZ为C1、C2和C3的串联，即C 二一1r Cs1114 + +CCC123(2-9)于是，振荡频率为f 1 102兀 JLC2兀 JLC、4(2-10)使式(2-10)成立的条件是C1和C2都要选得比较大，由此可见，Cl、C2对 振荡频率的影

8、响显著减小，那么与Cl、C2并接的晶体管极间电容的影响也就很 小了，提高了振荡频率的稳定度。西勒振荡器：(a) 原理电路I Cbe_（卜二二 C3L(b) 交流等效电路图 2.4.2 西勒振荡器1111+ + - CCC123Q C + C34所以振荡频率1L为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；C为谐路的总电容。在LC谐振回 路中，电感L (H) /电容C (F) =105106，可达到较好的效果。并联晶体振荡：52 nJ模拟电子技术基础(第三版)书中P408页上有振荡电路图8.1.29如图2所示, 是并联型石英晶体振荡电路,该并联型石英晶体振荡电路中 ,石英晶体必须等效 为电感, 否则振荡电

9、路就无意义了, 图 2 的等效电路如图 3 所示. 则振荡电路的振 荡频率为所以,并联型石英晶体振荡电路的振荡频率为设计制作过程：克拉泼振荡器：+5VAQ29018严Sl_LC350k104Q19018R4C2_L?C750 lnF/20pFC4104R633kJKGND寛拉泼振荡盎一C5104GND.|克拉泼振荡器由上理论知识可知：当要求输出波形非线性失真很小时，应使AF的值稍大0于1。因此使用50K的可调电阻RES1，调节RES1，致使三极管静态工作点发生 变化，影响三极管的放大倍数 A 。0C1、C2 的选择较为重要，并非是比例合适就可以。经试验： C1、C2 过大、 过小时，放大器的电

10、压增益都会降低，振幅下降，甚至会停振。最终选择 C1=110pF，C2=1000pF，反馈系数F=110/1000 （未考虑三极管节电容）。由于设定振荡频率为30MHZ左右，因此电感L=1uH（可调），电容C=20pF （可 调）。振荡器输出波形有些失真，这是因为其含有多次谐波，为使输出波形较理想 输出我使用谐振放大器。振荡器输出加了谐振放大器，跟随器或者谐振放大器的输入阻抗不可过小， 应尽量大一些，否则会影响振荡器的工作。调板过程总，我修改谐振放大器发射 极电阻R7，不接谐振放大器发射极电阻放大倍数最大。西勒振荡器：西勒振荡器设计思路与方法与克拉泼振荡器一样，在此不重复。并联晶体振荡：RC：

11、520K*RC6 30KJS/Q6GNDC LO亠11 JKJ并联型振荡器|GND同理，可以使用50K的可调电阻RES1，调节RES1，致使三极管静态工作点 发生变化，影响三极管的放大倍数 A0。使用20MHZ无源晶振，调节CL6,可以微调振荡电路的振荡频率，使振荡频 率刚好达到 20MHZ。频率稳定，但可能由于电路参数设计问题，波形不理想，输出失真比较大。 克拉泼振荡器：参数测量：振荡频率一级输出幅度Vp-p （未接二 级）一级输出幅度 Vp-p （以接二 级）二级输出幅度Vp-p放大倍数24.1MHZ0.304Vp-p0.192Vp-p3.18Vp-p16.830MHZ0.224Vp-p0

12、.128Vp-p2.008Vp-p15.638.7MHZ0.200Vp-p0.120Vp-p2.420Vp-p20.2由表可知，频率可调范围为34.1MHZ-38.7MHZ,不同频率，其最佳工作点电 压不一样。所以在调节频率过程中，要调节电阻RES1，使放大器工作在最佳的 状态，达到最好的效果。如若不调节电阻RP1，达到一定频率时，有可能使振荡 器停振。测试图：克拉泼24.1MHZ时输出克拉泼30MHZ时输出克拉泼 38.7MHZ 时输出西勒振荡器参数测量：振荡频率一级输出幅度 mVp-p （未接二 级）一级输出幅度 Vpp （以接二 级）二级输出幅度Vpp放大倍数38.9MHZ56mVpp示

13、波器无法检测（太杂）0.532Vp-p无法求40MHZ56mVpp示波器无法检测（太杂）0.408Vpp无法求40.5MHZ48mVp-p示波器无法检测（太杂）0.104Vp-p无法求从表格可以看出，振荡频率范围21.5MHZ-32.2MHZ，各静态工作点电压基本 一样。由此可知，西勒振荡器效果比克拉泼差了许多。在调节频率过程中，仍需 调节电阻RES2，使放大器工作在最佳的状态，达到最好的效果。可能参数设计 有问题修改L、C的参数，对调节提高振荡器的频率效果不大。测试图：西勒39.0MHZ时输出西勒 40.0MHZ 时输出西勒 40.6MHZ 时输出并联晶体振荡振荡频率一级输出幅度 Vp-p

14、（未接二 级）一级输出幅度 Vp-p （以接二 级）二级输出幅度Vp-p放大倍数20.0MHZ0.320Vp-p0.248Vp-p2.720Vp-p10.97（严重失 真）20.0MHZ未测到0.168Vp-p2.520Vp-p15从表格可以看出，并联晶体振荡并不是频率一样放大倍数就一样大，输出越 大的，并不一定是你想要的。需调节电阻RES1，使放大器工作在最佳的状态， 达到最好的效果。测试图：并联晶体振荡 20.0MHZ 输出总结以及心得体会：本次设计花费一周多，快两周的时间，虽然波形已经出来了，但是还有许多地方还需要改进，但是时间已经不应许了。如一级幅度并不是很大，加了二级之 后一级的振荡幅值也下降了许多，这是因为二级输入电阻变成了一级的输出电 阻，与一级输出电阻相连分压。尤其是西勒加了二级之后看到的就是十几毫伏的 杂波了，只有放大输出才能看到好的波形。带负载能力差，加上负载，波形就会 变得很小很乱，需要在以后的实