高频课程设计 本地振荡器

高频电子电路课程设计——本地振荡器

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一、概述

本地振荡器，又称“本机振荡器”。一般应用于混频器中。

在混频器中，为了与接收信号在混频元件中产生差拍输出信号，需要混频器内部产生一个等幅振荡信号，产生该信号的振荡器就称为本地振荡器。对本地振荡器的要求是：振荡频率稳定且可进行电调、噪声小。

它产生的高频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频,这个差频就是中频.如要接收的信号是900KHZ.本振频率是1365KHZ.两频率混合后就可以产生一个465KHZ或者2200KHZ的差频.接收机中用LC电路选择465KHZ作为中频信号.因为本振频率比外来信号高465KHZ所以叫超外差接收机，主要有以下特点：①对振荡频率的选取有要求：要求振荡器的振荡频率和幅度精度高,稳定性好;②本振频率中有锁相环,数字分频、数字鉴相器等电路，保证极高的稳定度,否则会产生本振频率漂移;③都有锁相环电路来保证本振频率的稳定度;④一般采用稳定性好的晶体振荡器;⑤振荡频率高,易起振,振频稳,振幅高,振荡特性好;⑥本振电路多采用体积小、可靠性高的单片大规模集成数字频率合成器;⑦每一级电源都应有0.1 μF或0.01 μF的旁路电容接地。

本次课程设计，我们采用Multisim软件进行仿真

系统总体框图：

二、主要部分电路图及原理分析

1.本地振荡电路

图1 系统总体框图

提出设计指标

小组讨论

拟定电路方案

电路连接

程序编写 运行正确

仿真调试

结果测量

指标满足？

设计结束

程序编译连接

重编程序

修改电路方案

本地振荡器是本设计电路的重要部分，同时也是超外差式接收机的主要部分。其主要作用是将直流信号变为高频正弦信号，将产生的

正弦高频信号与输入的高频调幅信号相乘得到

f+1f、0f-1f的信号，

其中

f为正弦信号频率，1f为调幅信号频率，通过中频滤波器得到

中频信号

f-1f。即本地振荡器主要是产生一个和调幅信号相乘的高

频信号，通过信号相乘以得到新的频率，若振荡器不能够稳定工作，就会使产生的中频信号不稳，为此我们必须保证振荡器的稳定性，故这里采用高稳定度的石英晶体振荡器。

1.1振荡器起振条件

正弦波振荡器按工作原理可分为反馈式振荡器与负阻式振荡器两大类。反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡，变成振荡器。所谓振荡器是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻性的有源器件直接与谐振电路相接，产生振荡。本设计中用的是反馈式振荡器，图1.1所示即为LC三点式反馈式振荡器的原理图。通过我们对高频电路的学习知道，三点式振荡器的构成法则是：

X与2X的符号相同，与3X的符号则相

1

反。凡是违反这一准则的电路不能产生振荡。

图1 本振电路原理图

1.2石英晶振工作原理

我们知道由LC 构成的振荡器，它们的日频率稳定度大约为

2

10

-～310-的数量级。即使采用了一系列稳频措施，一般也难以获得

比410-更高的频率稳定度。但是，实际情况往往需要更高的频率稳定度。例如本文的本振电路由于它的稳定性直接决定了输出中频信号的稳定度，因此其频率稳定度就要求810-～910-。显然，普通的LC 振荡器是不可能满足上述要求的。为此本设计电路采用了石英晶体振荡器。石英晶体的物理化学性能都十分稳定，因此它的等效谐振回路有很高的标准性。其等效电路如图1.2所示，晶体的参数q L 很大、q

C 很

小、q r 也不大。因此，晶体的Q 値可高达数百万数量级。又由于o C ﹥﹥q

C 所以石英晶体工作时，在串并联谐振频率之间很狭窄的工作频带

内，具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。

C 0

C q

L q

a

图2 石英晶体等效电路1.3 本地振荡器

图3 本地振荡器

产生的波形如下：

图4 本地振荡器产生的波形频率为14.726MHz，如下所示：

图5 振荡器的频率

1.4晶体振荡器振荡电路

图6是本次课设所使用的石英晶体振荡电路，由图中可以看出是石英晶体串联型振荡电路，在电路中石英晶振显感性，其交流等效电路如图1.5所示，由图可知，晶体管发射极和电容C3、C4相连其阻抗性质相同，同为容性；集电极和C3、晶振相连，而晶振又显感性所以阻抗性质相反；基极和C4、晶振相连同理其阻抗性质也是相反的，故此振荡器满足振荡条件，其类似于考毕兹振荡电路。

图6 晶体振荡器振荡电路图

振荡频率公式为：

3434

t

C C C C C ⋅=

+ L

C f

t π

21

=

查阅石英晶体资料得11MHZ 振荡时其等效电感uH

L 4.8≈，当电容选取

为50pF 时其振荡频率为：

110.982t f M H Z C L

π

=

=

电路中其它主要器件的参数如下1

215, 1.8R K R K =Ω=Ω

为基极偏置

电阻，用来给给三极管确定一个合适的静态工作点，C 1=1uF 为基极耦合电容，L1=10mH 为扼流圈，防止突变对三极管造成损害，3100R =Ω

用来限制射极电流，C 2=1uF 为旁路电容C 5=1uF 为电源和地的去耦电

容。

由于石英晶体是本电路的核心部件，因此在选用晶振时要注意以下几点：

① 石英晶体的激励电平应在规定范围内。过高的激励功率会使石英晶体内部温度升高，损坏石英。

②

在并联晶体振荡器中，石英晶体起等效电感作用，若作为容抗，则在石英晶片失效时，石英振荡器的支架电容还存在，线路仍有可能满足振荡条件而振荡，石英晶体振荡器就失了作用。

2、调频电路

2.1混频原理

us

ul

Eb

fo