正弦波振荡电路的设计

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1、摘要：对于正弦波振荡电路的设计，基本确定了电路可由正弦波振荡电路和丙类高频谐振 放大器等基本电路组成。振荡器部分电路产生一个一定频率的正弦波形，然后经过丙类功 率放大器进行放大后输出。该设计电路可分为正弦波振荡电路，丙类高频谐振放大器等几 部分，然后对这几部分一一进行设计，通过运用Multisim软件仿真基本上完成了设计的 任务。此正弦波振荡器包括电容三点式振荡电路和丙类功率放大器两部分。正弦波振荡器 是一种不需外加信号，能自动将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交 流信号的自激振荡电路。功率放大器是依靠激励信号放大管电流的控制，起到把集电极电 源的直接功率变换成负载回路的交流功

2、率的作用，其负载是两个以互感方式耦合的耦合谐 振回路，用以提高对谐波的抑制能力，改善输出波形。关键字：正弦波振荡器；电容三点式；丙类功率放大器一、概述1课题研究：在电子技术领域，广泛使用各种各样的振荡器。在广播，电视，通信 设备，测控仪器，各种信号源中，都是它们的必不可少的核心组件。在测量、遥控、通信、自动控制、热处理和超声波电焊等加工设备之中，都有正弦波 振荡器的应用，也作为模拟电子电路的测试信号。在工程应用中，例如在实验用的低频及 高频信号产生电路中，往往要求正弦波振荡电路的振荡频率有一定的稳定度，有时要求振 荡频率十分稳定，如通讯系统中的射频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。振荡器在

3、无线电广播、卫星通信、电视机、开关电源、收音机等电子设备中都要用到。2课题分析：LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频网络由电感 和电容组成。它们是储能元件，当能量充到一个饱和值得时候它又会慢慢放出来，电容电 感的储能和放能正好相反，所以在它们两个之间就产生能量的交互，形成交变电流。振荡 器的基本原理是反馈原理，正反馈使得电路产生振荡。3设计任务：设计一个振荡器，产生高频正弦波，并且输出信号必须经高频功率放 大器放大。已知用于放大器的晶体管参数：Vcc=+12V，B =60，Cbc=5pF，Cbe=205pF， Uces=1.5V，三极管的损耗功率Pcm=1W；用于振荡器电路的三

4、极管，根据设计的实际电 路情况自行选择；高频功率放大器的输出采用互感变压器耦合方式，负载电阻为75Q。4技术指标：振荡器振荡频率变化范围f0=6.58.5MHz可调；高频功率放大器输出 功率P 500mW，效率门z 70%；掌握三点式振荡电路的基本原理、起振条件、振荡电路设计及电路参数计算；通过实 验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响；根据电感 三点式和电容三点式的稳定度及频率范围，有选择的应用到电路中。二、工作原理说明运用电感三点式振荡电路与丙类功率放大器相结合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

5、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。选择电容反 馈三点式振荡器，而电容反馈三点式振荡器又分为考电容三点式振荡器，克拉泼振荡器， 西勒振荡器。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，其框图如图1所示。输出图1振荡器框图三、电路设计1、总体设计电路原理图设计如图2所示，该电路是由第一级放大器构成的电容三点式振荡电路与第二级放大 器构成的丙类谐振电路组成。VC12VC2 iOnF33QuH44,IS.MISC.ViRTIJAI.C9辛1膈T 1C11HF-图2正弦波振

6、荡器设计原理总电路图2、电容三点式振荡电路的设计：电容三点式改进型振荡电路，也叫克拉泼振荡器，不需要外来激励信号，自身将直 流电能转换为交流电能的电路。由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成，振荡频率主 要取决于谐振回路的电感和电容。其电路图的连接如图3所示：电路中，直流电源向放大 器提供直流电能，在放大器的输出与输入端接有正反馈网络（由C3构成），其中，Q1为高频放大器；R1、R2、R3、R4为放大器提供静态工作点；与可变电容、 L2构成选频网络；当反馈量足够大时，放大器便会产生自激振荡。同时，依靠选频网络的选频特性， 使得电路只在我们需要的频率上产生自激振荡，而且，选频网络还可以滤除由于器

7、件工作 进入非线性区所产生的谐波，使得振荡电路的输出波形更接近于正弦形。这样，此反馈型 振荡电路就可以产生我们需要的正弦信号。输出信号的频率主要有选频网络来确定。这样， 此电路就符合了题目正弦波振荡器的要求。参数设计电源供电为12V，要求振荡器振荡频率变化范围f0=6.58.5MHz可调图为电容三点式改进型电路即克拉泼电路，它被接成共基组态，C1为基极耦合电容，放大器的静态工作点由R , R , R , R , R决定。振荡器的静态工作电流I 一般为 12345CQ1-4mA，Iq偏大则振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。C5，C6，C7，L2 组成并联谐振回路，其中C6两端的电压构

8、成振荡器的反馈电压vbe。（1）静态工作电流的确定选 VC广12V , IcQ=1mA，Vceq=6V ，3=60则用 R + R =-ceq = 6 = 6 K。25 I1为提高电路的稳定性Re值适当增大，取R5 =2kQ，则R2=4KQ而V q = Iq R = 1x 2 = 2VIcq = IqJ P = 1/30 mA 取流过R4的电流为10ibq=0.17mA，则R4 = 5.1 K。 R + R = 54.6K。取 R =25 K。，R = 29.6 K。1313计算主振回路元件值： 谐振频率的计算公式为：f = 0 2k：,LC当 f0=7.2MHz 时，设 L2 = 10uH，

9、电容C5 C6由反馈系数及电路条件所确定， 若取C5 =100PF，则C6 =200PF，C4 =10nFIOL1Cl1uFVC c12VF：45_1 k：LlF：210n F5kR2IOTJL：2 10nFC310n FC=5 lOOpFL：G 200pFL2 1OuHS C7inupF一 NKojl.R图3正弦波振荡器电路2、丙类功率放大器的设计：丙类功率放大器的基极偏置电压是利用发射极电流的直流分量在射极电阻上产生压 降来提供的，故称为自给偏压电路。当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流 为余弦脉冲波，利用谐振回路的选频作用可输出基波谐振电压、电流。参数计算：课设题目所给要求：V

10、cc=+12V,晶体管的主要参数为：B=60, Cb=5pF, Cb、205pF, Ucs=1.5V,三极管的损耗功率Pcm=1W；主要技术指标：输出功率P 500mW，效率门z 70%, 负载R广51Q。确定放大器的工作状态：为了能获得较高的效率门和最大的输出功率P,选丙类放大器的工作状态为临界状态， 导通角0c=70。其电路连接如图4所示，其中振荡器产生的正弦波信号有放大器Q2进行 放大，再由变压器T2耦合到负载电阻RL, RL=51 Q。电源VCC=12V, R7, R8为三极管提供静态工作点，C11为旁路电容。已知集电极损耗Pc=1W,门=70%由于Pc=5Po。n代入数据，Po=2.

11、33W。VC I：L：H：33OuHC9L： 1 U1 On F-1 匚 n F图4丙类功率放大器电路四、性能的测试1振荡器电路的性能测试：将图3所设计的电路在仿真软件multisim当中进行仿真，仿真结果如图5所示： 由仿真结果知道，振荡器所产生的正弦波信号幅度为120mV，频率为6.4MHz，符合本次课 设的设计要求，并且可以通过对图3中可变电容的调节改变振荡频率。图5振荡器部分的仿真结果2丙类功率放大器电路的性能测试：将图4所设计的电路在仿真软件multisim当中进行仿真，仿真结果如图6所示：由仿真结果知道，信号经过放大器之后幅度为9.5V，频率同样为 6.4MHz。电路中负载电阻为5

12、1 q，经计算得输出功率Po=2.4W，符合设计要 求。又因为Pc二上1 Po，已知Pc=800mW，带入数据，门二75%，亦符合设计要求。n图6功率放大电路仿真结果五、结论、性价比该电路容易起振，振荡频率高，可达100MHz以上。对于一定的失真，原因可能是选 择的元器件参数：选择的元器件参数不十分准确；电路调试中未能调制准确；计算的时候 因为有的估算致使参数不准确。由于C2对高次谐波阻抗小，使反馈电压中的高次谐波成分较小，因而振荡波形较好。 该设计中用到的三极管、电阻、电容等都是通信电子线路设计中常用的器件，电路简单易 懂，可读性强，制作简单，经济实用。从器件选择到设计整体都考虑了器件的常见

13、度与成 本，所以从总体看遵循了性价比较高的原则。六、课设体会及合理化建议为期一周的课程设计结束了，通过这次设计让我更好的掌握了常用元件的识别和测 试；熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。更加深刻地理解 课本知识。在此次做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限和自 身的不足，并且学会了对所找内容的取舍及分析。总之，从中我们学习到了如何解决遇到 的困难，更进一步地熟悉了晶体管的应用和芯片的结构及掌握了其工作原理和具体的使用 方法，增强了对实验的思考能力.培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。设 计是创造性的，所以方法不是唯一的，用各种方法只要能能达到

14、最优才是要完成的。参考文献1. 邬国扬.高频电路原理M.浙江大学出版社，2005年6月2. 谢沅清.通信电子线路M.北京：电子工业出版社，2005年10月3. 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计M.哈尔滨工程大学出版社，2005年1月4. 谢自美.电子线路设计、实验、测试M.华中理工大学出版社，2004年5. 于洪珍.通信电子线路M.北京：清华大学出版社，2006年附录I :总电路图VCxcc12VC3IQnFR5 2kQIF1QEF口_卫 33CUH cs iDnFE flCd,R&J100pF2N6677C1113_MI5C_1R1KIAH.W.附录II元器件清单序号编号名称型号数量1R1电阻25 KQ1个2R2电阻4 K Q1个3R电阻29.6 KQ1个4R4电阻5.1 KQ1个5R5电阻2 K Q1个6R6电阻200Q1个7R7电阻700Q1个8R8电阻11K Q1个9Rl电阻51Q1个10q电容1uF1个11C2,C3,C9,C1O，C11，C12电容10nF6个12C4电容100nF1个13C 5电容400 pF1个14C 5电容50 pF1个15C6电容1.6nF1个16C7电容100pF滑动变容器1个17C8电容100nF