高频课程设计-LC振荡器设计

目录

目录 (1)

摘要 (2)

关键词 (2)

1 引言 (2)

1.1 课程设计背景 (2)

1.2 课程设计目的 (2)

1.3 课程设计内容 (2)

2 正弦波振荡电路 (3)

2.1 LC振荡器基本工作原理 (3)

2.2 各振荡电路的方案比较与分析 (3)

2.3 振荡器的稳频措施 (4)

2.4 改进型电容反馈电路 (4)

3 电路设计及仿真结果 (6)

3.1 参数计算 (6)

3.2进行仿真 (6)

3.3 仿真结果分析 (7)

4 课程设计心得体会 (7)

5 参考文献 (8)

LC 振荡器设计

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。

本课程设计中，为了熟悉《高频电子线路》课程，着眼于LC 振荡器的分析研究与设计。在课程设计中，为了学习Multisim 软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim11.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。

关键词：LC 正弦波振荡器；西勒电路；Multisim 仿真

1 引言

1.1 课程设计背景

在电子线路中，由于LC 原件的标准型较差，谐振回路的Q 值较低，空载Q 值一般不超过300，有载QL 值更低。所以LC 振荡器的频率稳定度一般为3

10-量级，即使是克拉泼电路和西勒电路，也只能达到310-~ 410-量级。因为本次设计主要指标要求频率稳定度410-，所以选用西勒电路。 1.2 课程设计目的

(1)

掌握LC 振荡器的基本工作原理和主要技术指标还有西勒电路的电路图。 (2)

学习Multisim 仿真软件的使用方法。 (3) 学会设计电路图，理论联系实际，加深对理论知识的理解，提高分析和解决问题的能力。

1.3 课程设计内容

通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC 正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等。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，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。由所学知识可知，西勒电路具有该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，频率调节方便，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用并联改进型的西勒电路振荡器。

2 正弦波振荡电路

2.1 LC 振荡器的基本工作原理

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。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。振荡器根据自身输出的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器

正弦波振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用。本课程设计讨论的就是正弦波振荡器。其框图如图2-1所示

图2-1 振荡器原理框图

2.2各振荡电路的方案比较与分析

2.2.1 电容三点式振荡的特点

(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C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。

2.2.2电感三点式振荡特点

(1)工作频率范围为几百kHz~几MHz ；

(2)反馈信号取自于L2， 其对f0的高次谐波的阻抗较大，因而引起振荡回路的谐波分量增大，使输出波形不理想。

放大电路 选频网络 正反馈网络

输出

2.2.3克拉泼振荡特点

(1)振荡频率改变可不影响反馈系数；

(2)振荡幅度比较稳定。

(3)电路中C3为可变电容，调整它即可在一定范围内调整期振荡频率。

2.2.4西勒振荡器特点

(1)振荡幅度比较稳定；

(2)振荡频率可以较高，做可变频率振荡器时其波段覆盖系数较大，波段范围内输

出电压幅度比较平稳。

2.3 振荡器的稳频措施

2.3.1减小外界因素的变化

减小外界因素变化的措施很多，例如为了减小温度变化对振荡频率的影响，可将整个振荡器或谐振回路置于恒温槽内，以保持温度的恒定；采用高稳定度直流稳压源来减小电源电压的波动而带来晶体管工作点电压、电流发生的变化；采用金属屏蔽罩减小外界磁场的变化而引起电感量的变化；采用减震器可减小由于机械振动而引起电感、电容值的变化；采用密封工艺来减小大气压力和湿度变化而带来电容器介电系数的变化；在负载和振荡器之间加一级射极跟随器作为缓冲可减小负载的变化等。

2.3.2 提高谐振回路的标准性

所谓谐振回路的标准性是指谐振回路在外界因素变化时，保持其谐振频率不变的能力。回路标准性越高，频率稳定度就越好。实质上，提高谐振回路的标准性就是从振荡电路本身入手来提高频率的稳定度。

2.4 改进型电容反馈电路

2.4.1克拉泼（Clapp）电路

图2-1 为克拉泼振荡器原理电路，(b)为其交流等效电路。它的特点是在前述

的电容三点式振荡谐振回路电感支路中增加了一个电容C3，其取值比较小，要求C3<< C1，C3<< C2。

图2-1 克拉泼振荡器

先不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量CΣ为C1、C2 和C3的串联，即

4

3

2

1

1

1

1

1

C

C

C

C

C≈

+

+

=

∑

(2-9) 于是，振荡频率为

4

02

1

2

1

LC

LC

f

π

π

≈

≈

∑ (2-10) 使式(2-10)成立的条件是C1和C2都要选得比较大，由此可见，C1、C2对振荡频率的影响显著减小，那么与C1、C2并接的晶体管极间电容的影响也就很小了，提高了振荡频率的稳定度。

2.4.2西勒（Seiler）电路

西勒电路是一种改进型的电容反馈振荡器，是在克拉泼电路上改进的来的，电路原理图如图2-2

所示：

图2-2 西勒振荡器

(a) 原理电路(b) 交流等效电

VT

C

1

C

2

L

3

R

e

R

b2

C

b

R

b1

R

c

V

CC

C

3

C

1

C

2

C

ie

C

oe

VT

C

cb