压控LC电容三点式振荡器设计及仿真

实验名称：压控LC电容三点式振荡器设计及仿真

一、实验目的

1、了解和掌握LC电容三点式振荡器电路组成和工作原理。

2、了解和掌握压控振荡器电路原理。

3、理解电路元件参数对性能指标的影响。

4、熟悉电路分析软件的使用。

二、实验原理

压控振荡器是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路, 其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。图1中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。

三、设计要求及主要指标

1、采用电容三点式西勒振荡回路，实现振荡器正常起振，平稳震荡。

2、实现电压控制振荡器频率变化。

3、分析静态工作点，振荡回路各参数影响，变容二极管参数。

4、震荡频率范围：50MHz到70MHz,控制电压范围3到10V。

5、三极管选用MPSH10（特征频率最小为650MH在，最大IC电流50mA，可满足频率范围要求），直流电压源12V，变容二极管选用MV209。

四、设计过程

整个设计分三个部分，主体为LC 振荡电路，在此电路基础上添加压控部分，设计中采用变容二极管MV209来控制振荡器频率，由于负载会对振荡电路的频率产生影响，所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响。 1、LC 振荡器设计

采用MPSH10 三极管，其特征频率T f =1000MHz 。LC 振荡器的连接方式有很多，但其原理基本一致，本实验中采用电容三点式西勒振荡电路的连接方式，该振荡电路在克拉泼振荡电路的基础上进行了细微的改良，增加了一个与电感L 并联的电容，主要利用其改变频率而不对振荡回路的分压比产生影响的特点。电路图如下所示：

根据振幅起振条件可知，振荡器开环增益1)(>osc T ω，而开环增益与电容

21/C C 组成的反馈网路的反馈系数fv k 、负载大小以及放大管静态工作点有关。其中2

11C C C k fv +=，反馈系数太小会使)(osc T ω变小，影响起振；反馈系数太

大则会影响回路Q 值，而且取值过大也同样会降低)(osc T ω，也会停振，所以应选择比较合理的反馈系数fv k ，一般取值范围为1/10到4/10，在振荡电路能正常起振的情况下，反馈系数较大，起振时间较短。而静态工作点较高，可提高

)(osc T ω，容易起振，但不宜过大，否则造成回路有载品质因数过低，影响振荡

频率稳定度，一般CQ I 取值1到5mA 。负载阻值不能过小，否则同样造成

)(osc T ω过低不能起振。

根据工程估算法则，振荡器的振荡频率是由谐振回路频率所决定的谐振回路中心

频率：)

(21

21'11C C L C L f j osc +==∑ππ

其中，Cj 是变容二极管的等效电容值，

3

21'

1111C C C C ++= 根据设计要求MHz C L f osc 7521

max 1min

==∑π

M Hz C L f osc 11021

min

1max ==

∑π

通过计算，假定nH L 1201=，则pF C 38m ax ≈∑ ，pF C 18m in ≈∑

j C 的取值应在10pF 到30pF 之间，因此，'C 取8pF ，由321//C C C 串联而得，

考虑到克拉泼电路中要求3C 取值不能过小，否则会降低)(osc T ω，无法起振，并考虑放大管结电容的影响，最后确定各个电容值，如下图所示：

2、缓冲器设计

在电容三点式振荡电路分析中有'2

1'1C C g g LC L i osc

+=

ω，可以看到负载对振荡器的稳定度会造成影响，甚至影响电路能否正常起振。尽管采用改进后的西勒电路能减少这种影响，但为了进一步提高振荡器的振荡稳定性，以及驱动负载能力，需要设计缓冲器来实现与低阻抗的负载相连。 如图：

3、则整体电路图为：

经过适当的调整，使nH L 2801

=，即可达到振荡频率范围在50MHz 到70MHz

之间，然后进行仿真，所得结果为：

此时的振荡频率大概是69MHz 左右。

4、压控电压与频率的关系

调整4V 的值，使其从3V 依次增加到10V ，记录所对应的频率，则可画出相应的电压-频率图。

压控电压与频率关系 控制电 3

4

5

6

7

8

9

10

压（V

） 振荡频率（MH z ） 50

55

59

62

65

67

68

69

画出折线图为

五、实验总结

通过这次实验，更好的掌握了orcad 这个软件，同时也巩固了理论课的知识，对理论课上不懂的问题也有了更好的理解，但是预习方面还有待加强。