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1、中北大学课程设计说明书学生姓名：宋可为学号：15信息商务学院学院：专业：电子信息工程题目:电子综合应用实践：LC正弦波振荡器的设计指导教师：韩建宁 职称:讲师2011年1月7日#中北大学课程设计任务书10/11 学年第一学期学院：信息商务学院专业：电子信息工程学生姓名：宋可为学号：15课程设计题目：电子综合应用实践：LC正弦波振荡器的设计起迄日期：2010年12月27日2011年1月7日课程设计地点：201, 503, 1号楼教室扌旨导教师：韩建宁系 主 任：王浩全下达任务书日期：2010 年12月27日课程设计任务书1. 设计目的：掌握LC正弦波振荡器的基本设计方法。通过该设计，可以巩固所学
2、的LC振荡器工作原理等电子技术知识，促进学生所掌握的理论知识向实践应用的转变，从而达到培养学生电子综合应用实践能力的目的。2. 设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等)使用电感、电容等器件设计一个 LC正弦波振荡器，包括方案设计、电路设计和 仿真验证。同组成员合作完成。具体设计要求：(1) 振荡频率 f。=10MH 10KHz(2) 频率稳定度 f/f o0.3V(峰-峰值)。3. 设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：#(1) 查阅相关文献资料，了解LC正弦波振荡器的相关知识;(2) 确定设计方案、绘制电路原理图；(3) 仿真验证；(4
3、) 撰写课程设计说明书。课程设计任务书4. 主要参考文献：1 电子线路设计实验测试，第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社2 高频电子线路实验与课程设计，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社3 高频电路设计与制作，何中庸译，科学出版社4 通信电子线路，第三版，高如云主编，西安电子科技大学出版社模拟电子技术。胡宴如主编，高等教育出版社6电子技术基础实验与课程设计指导，第二版，高吉祥，主编，电子工业出版社5. 设计成果形式及要求：提供课程设计说明书一份;设计原理图。6. 工作计划及进度：2010年12月27日 2010年12月29日：查阅资料；2010年12月30日 2011年1月4日：设计方案；2
4、011年1月5日 2011年1月6日：完成实验；撰写课程设计说明书;2011年1月7日：答辩系主任审查意见:签字：年 月 日第一章设计任务8一. 设计目的8二. 设计要求和步骤8三方案设计及选择81. 振荡器的选择 82. 信号输出波形的仿真选择 8第二章单元电路设计与参数计算9一. LC三点式振荡组成原理图 10二. 起振条件12三. 频率稳定度 13四. LC振荡模块设计 14第三章总原理图及元器件清单15一. 总原理图15二. 元件清单17第四章调试步骤18一. 按设计电路安装元器件 19二. 测试点选择20三. 调试20四实验结果与分析 20五. 频率稳定度20第五章供参考选择的元器件
5、21第六章设计心得和体会22第七章参考文献23第一章 设计任务一设计目的(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。(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
6、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1.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，
7、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，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， 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,其余两种振荡器由计算得即选择方案一。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X3其振荡频率f=12
8、二、LC当Xi和X2为容性,X3为感性时称为电容反馈振荡器,；当 X1 和 X2为感性，X3为容性时称为电容反馈振荡器，其中 L= L1 + L2 .二.起振条件X1,X2必须是同性质的电抗，X3必须是异性质电抗，并且必须满足下面的关系:x 3= （ x+xo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:三点式振荡辭原理图gmkfugi + go + gi /k上式中：kfu = X 2/ X i反馈系数gi 为三极管b e间的输入电导go为三极管c e间的输出电导Fgi 为三极管ce间的负载电导和回路损耗电导之和。T上式表明，起振时gm与kfu、go、gi、gi等有关。若管子
9、参数和负载确定后，kfu 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Q值 越大相频特性曲线在fo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
10、分析和实验知道，LC谐振回路的标准性和Q值都不咼，频率稳定度不咼于 io,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io 数量级。四丄C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：考毕兹振荡器图2考毕兹振荡器图3考毕兹振荡器输出信号波形#理论计算振荡器的频率为1f v v 7 MHz2二丄2皿） Cl +C2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1f9 =6.5MHz155X0调解GC2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=2
11、_LC 式中，此电路的频率稳定G C2 C3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 所示。L2FVVVK.300uHC5*1nFR33kiC6 10nFC7 10nFV212 VR6kC4卄1nFQ1C32N2222AC1 100pF严響50%Key = CR124kliR55.1kIR41kC2土100pFS L110uH图4克拉泼振荡器克拉泼振荡器的频率为f=2二:L2C3电路中Q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
12、信号的波形和频率变化。观察到的振荡波形如图5所示:图5克拉泼振荡器输出信号波形方案三：西勒振荡器西勒振荡器其振荡频率为f=+ C4，这种振荡器C1C2C3较易起振，振荡频率也较为稳定，波形失真较小，当参数设置得当时，其频率覆盖 系数较大。电容三点式的改进型“西勒振荡器”如图 6所示。C5 1nF旅33k|V4C6 丄 10 nF300uH二 10nF厂0片R2L263V212 VQ12N2222AR124kiR4ikiC1100pF-p 斗C2:二100pFI0C3Li 10uH1nF30PF-VAR 50%Key = AC8R55.1kikot=var 50%图6西勒振荡器其振荡器的频率为1f= (C1 C6 ,C2 C6)2 二、L2G C3)输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试，调整C6、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7所示：图7西勒振荡器输出波形基于以上分析，西勒振荡器输出波形较好故选用方案三第二章总原理图及兀器件清单一总原理图7R55.1kI图9克拉泼振荡器C5 1nFL26R55.1kI元件清单元件序号型号主要参数数量备注R1（图 8）5.1K Q1R2 （图 8）27 K Q1R3 （图 8）3.0 K Q1R4 （图 8）
