LC电容三点式震荡电路

高频电子线路课程设计报告
设计课题：LC电容三点式振荡电路的设计
专业班级：电子信息工程1002班
学生姓名：XXX
指导教师：XXX
设计时间：2012/12/10 —2012/12/15
LC电容三点式振荡电路的设计
设计者：XXX
指导教师：XXX
摘要：本次电子线路设计LC振荡器的设计原理作了简要分析，研究了各个电路的参数设置方法。

并利用其他相关电路为辅助工具来调试放大电路，解决了放大电路中经常出现的自激振荡问题和难以准确的调谐问题。

同时也给出了具体的理论依据和调试方案，从而实现了快速、有效的分析和制作，振荡器电路。

LC 振荡器的作用是产生标准的信号源。

关键词：LC振荡器，功率放大，三点式
引言：课程设计是电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习电子技术的综合性训练，训练通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成。

学生通过动脑、动手解决若干个实际问题，巩固和运用在高频电子线路课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能为以后从事电子电路设计研制电子产品打下基础。

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U
f 和输入电压U
i
要相等，这是振幅平衡条件。

二是U
f
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。

1．设计任务与要求
设计一个LC电容三点式震荡器电路。

1.1技术要求：根据每个电路给定的技术指标和条件，分别给出设计原理、设计过程、电路原理图、各元件件型号或参数、实际测试结果。

1.2设计技术指标
振荡频率 10.7o f M H z = 频率稳定度4/110o f f -∆≤⨯ 输出幅度 0.3o p p U V -≥
2.方案设计与论证
2.1 电容反馈式振荡器的的电路原理 构成一个振荡器必须具备下列一些最基本的条件：
（1）任何一个振荡回路，包含两个或两个以上储能元件。

在这两个储能元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。

接收和释放能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。

（2）电路中必须要有一个能量来源，可以补充由振荡回路电阻所产生的损耗。

在电容三点式振荡器中，这些能量来源就是直流电源。

（3）必须要有一个控制设备，可以使电源在对应时刻补充电路的能量损失，以维持等幅震荡。

这是由有源器件（电子管，晶体管或集成管）和正反馈电路完成的。

电容三端振荡器是自激振荡器的一种。

由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。

因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。

它的优点是：反馈电压取自电容3C ，而电容对晶体管非线性特性产生的高次谐波呈现低阻抗，所有反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形很好；其缺点是：反馈系数因与回路电容有关，如果用改变电容的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响起振。

2.2 电容三点式振荡器原理工作原理分析
（a） (b) (c)
图2.1 三点式振荡器的基本电路
反馈式正弦波振荡器有RC、LC和晶体振荡器三种形式，电路主要由放大网络、选频回路和反馈网络三个部分构成。

本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器。

所谓三点式振荡器，是晶体管的三个电极（B、E、C），分别与三个电抗性元件相连接，形成三个接点，故称为三点式振荡器，其基本电路如图根据相位平衡条件，图2.1 (a)中构成振荡电路的三个电抗元件，X1、X2必须为同性质的电抗，X3必须为异性质的电抗，若X1和X2均为容抗，X3为感抗，则为电容三点式振荡电路（如图b）；若X2和X1均为感抗，X3为容抗，则为电感三点式振荡器（如图c）。

图2.2 共基电容三点式震荡电路
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，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o f 为：
o f =
（2-1）
反馈系数F 为： 1
2
C F C
≈
（2-2）
若要它产生正弦波，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 。

共基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1C 或2C 实现时，反馈系数也将改变。

使振荡器的频率稳定度不高。

3． LC 振荡器参数设置 3.1）静态工作电流的确定
合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。

－般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。

根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流I CQ 大约在0.8-4mA 之间选取，故本实验电路中：
选I CQ =2mA ，V CEQ =6V ，β=100 则有1412632
C C C EQ
C Q
U U R R K I --+=
=
=Ω （3-1）
为提高电路的稳定性4R 值适当增大，取1R =1K Ω则4R ＝2K Ω 因：U EQ =I CQ ·4R （3-2） 则：U EQ =2mA ×2K=4V （3-3） 因：I BQ =I CQ /β （3-4） 则：I BQ =2mA/100=0.02mA （3-5） 一般取流过Rb2的电流为5-10B Q I , 若取10B Q I
因：BQ
BQ b I V R =
2 ，
7
.0+=EQ BQ V V （3-6）
则：2
4.723.50.2
b V R
K ==Ω
（3-7）
所以由以上电阻2b R 取23.5K Ώ。

因：2
1b BQ
BQ
CC b R V V V R -= （3-8）
则 ：112 4.723.536.54.7b V V
R K K V
-=
Ω=Ω
（3-9）
3.2）确定主振回路元器件
回路中的各种电抗元件都可归结为总电容C 和总电感L 两部分。

确定这些元
件参量的方法，是根据经验先选定一种，而后按振荡器工作频率再计算出另一种电抗元件量。

从原理来讲，先选定哪种元件都一样，但从提高回路标准性的观点出发，以保证回路电容Cp 远大于总的不稳定电容Cd 原则，先选定Cp 为宜。

若从频率稳定性角度出发，回路电容应取大一些，这有利于减小并联在回路上的晶体管的极间电容等变化的影响。

但C 不能过大，C 过大，L 就小，Q 值就会降低，使振荡幅度减小，为了解决频稳与幅度的矛盾，通常采用部分接入。

反馈系数F=C3/C2，不能过大或过小，适宜1/8—1/2。

因振荡器的工作频率为： LC
f π
210=
（3-10）
当LC 振荡时，f 0=10.7MHz ，L ＝52.3mH
本电路中，则回路的谐振频率fo 主要由C2、C3决定， 即
f =
（3-11） 有 2
2
12344C C nf
f L
π+=
≈。

（3-12）
所以取C2 =15nf ，C3=5nf 。

4．总电路及仿真结果如图所示：
J1
图4.1 总电路图
图4.2 震荡未达到稳定状态
图4.3 震荡达到稳定状态
5原理图材料清单
元件清单表表5-1
6心得体会
为期一周的高频课程设计已经结束了，虽然设计过程很辛苦也有曲折，我们获得了很大的收获。

课程设计是培养学生对所学知识的综合考察。

学会发现问题，提出问题，分析问题和解决实际问题,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

通过这次的高频课设，加深了对电子电路理论知识的理解，并锻炼了自己实践动手能力，具备了高频电子电路的基本设计能力和基本调试能力，能够正确的使用实验仪器。

但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次实验也锻炼了我独立思考的能力，由于参数的计算有点复杂，需要自己独立思考各个参数的意义和各个参
数之间的联系，这就要我在设计过程中必须认真思考，还不能马虎，否则，算出来的可能就是错误答案。

而参数不对，也将会直接影响到实验的结果。

7 参考文献
[1]张肃文.高频电子线路.第五版.北京：高等教育出版社，2009.5
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[6]蒋黎红.模电数电基础实验及Multisim7仿真.浙江：浙江大学出版社，2007.73-75。