LC正弦波振荡器课程设计

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摘要

电子线路中，在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为高频信号发生器。

高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波，电路主要由高频振荡电路构成。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。

关键词：高频； LC正弦波振荡器；西勒电路；multisim

目录

摘要 (1)

第1章绪论 (1)

1.1 概述 (1)

1.2 平衡条件 (1)

1.3 起振条件 (1)

1.4 稳定条件 (2)

1.4.1．振幅稳定条件 (2)

1.4.2 相位平衡的稳定条件 (3)

1.5 振荡器的频率稳定度 (4)

1.5.1 频率准确度和频率稳定度 (4)

1.5.2 提高频率稳定度的措施 (4)

1.5.3 LC振荡器的设计考虑 (4)

第2章 LC正弦波振荡器 (5)

2.1 LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则 (5)

2.2 电感三点式振荡器 (5)

2.3 电容三点式振荡器 (6)

2.4 克拉泼和西勒振荡器 (7)

2.4.1克拉泼振荡器 (8)

2.4.2．西勒振荡器 (9)

第3章调试与分析 (10)

3.1 调试中的问题 (10)

3.2 各振荡电路的方案比较与分 (11)

3.2.1 电容三点式振荡的特点： (11)

3.2.2 电感三点式振荡特点： (11)

3.2.3 克拉泼振荡特点： (12)

3.2.4 西勒振荡器特点： (13)

结论 (18)

参考文献 (19)

附录 (20)

致谢 (21)

第1章 绪论

1．1 概述

电子线路中，在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为高频信号发生器

1.2平衡条件

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。

由于放大器开环电压增益A

和反馈系数F 的表示式分别为 i

o U U A =，o f U U F = （1-1） 且振荡器进入平衡状态后

i f U U =，此时根据式（1-1）可得反馈振荡器的平

衡条件为 1)(==+F A j AFe

F A ϕϕ （1-2）

式中，A 、A ϕ分别为电压增益的模和相角；F 、F ϕ分别为反馈系数的模和相角。

式（1-2）又可分别写为

1=AF （1-3）

πϕϕn F A 2=+ n=0，1，2，… （1-4）

式（1-3）和（1-4）分别称为反馈振荡器的振幅平衡条件和相位平衡条件。 作为一个稳态振荡，式（1-3）和（1-4）必须同时得到满足，它们对任何类型反馈振荡器都是适用的。平衡条件是研究振荡器的理论基础，利用振幅平衡条件可以确定振荡幅度，利用相位平衡条件可以确定振荡频率。

必须指出，这里的A

是指放大器的平均增益。因为振荡器处于平衡状态

放大器乙不工作在甲类状态，而工作在非线性的甲乙类、乙类或丙类状态，所以这时放大器乙不能用小信号甲类状态的增益来表示了。

下面以图1.2所示变压器反馈LC 振荡电路为例确定一下平衡条件与放大器、反馈网络参数间的关系。

振荡器处于平衡状态时，放大器进入了非线性区。根据折线分析法可知，集电极电流将变成脉冲状。由图1.2可得放大器开环电压平均增益表示式为

im p cm i U R I U U A o 1== （1-5）

式中，

o U 为负载谐振回路上的基波电压，p R 为谐振回路谐振电阻。

由

1max 11()()(1cos )cm C c im I i g U αθαθθ==- （1-6）

将式（1-6）代入式（1-5），得

101()(1cos )()c p A g R A αθθγθ=-= （1-7）

式中，11()()(1cos )γθαθθ=-；p c R g A =0为起振时（180o θ=）小信号线性放大倍数。

由式（1-7）可知，当振幅增大进入非线性工作状态后，通角0180<θ，故A

下降，直到1=F A

达到平衡状态。此时，振荡器的振幅平衡条件又可表示为 01()1AF A F γθ== 图1.2 变压器反馈LC 振荡电路 ∙C L 谐振放大器 反馈网络 +_o +_i f +_ f +_

1c I ⊕-⊕∙U U U U

（1-8）

同时，又由图（1-2）可知，振荡器处于平衡状态时，输出电压

11p c c Z I U =，即111p fe i p c Z Y U Z I A == ，可得平衡条件的另一表达形式

11=F Z Y p fe

（1-9）

或者写成如下形式

11=F Z Y p fe

（1-10） πϕϕϕn F Z Y 2=++ n=0，1，2，… （1-11） 式中，Y

j fe fe e Y Y ϕ=称为晶体管的平均正向传输导纳，Y ϕ为集电极电流基波分量1c I 与基波输入电压i U 的相位差；Z

j p p e Z Z ϕ11=称为谐振回路的基波阻抗，Z ϕ为c U 与1c I 之间的相位差；F j Fe F ϕ= 称为反馈系数，F ϕ为f U 与c U 之间的相

位差。

式（1-10）和（1-11）就是用电路参数表示的振幅平衡条件和相位平衡条件。

当振荡器的频率较低时，1c I 与i U 、c U 与1c I 、f U 与c U 都可认为是同相的，

也就是说满足0=++F Z Y ϕϕϕ的相位条件。

当振荡器的频率较高时，1c I 总是滞后i U ，即0

0f ，1p Z 也不呈现为纯电

阻。 1.3起振条件

式（1-2）是维持振荡的平衡条件，是针对振荡器进入稳态而言的。为了使振荡器在接通直流电源后能够自动起振，则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f U >Ui ，即

π

ϕϕn F A 2=+ n=0，1，2，…

（1-12）