通信电子电路课程设计资料

通信电子电路课程设计

—LC三点式反馈振荡器

学院：计算机科学与技术学院

专业班级：通信1107班

学号： 311109020728

姓名：张建川

指导老师：李亚

目录

一.选题思路 (3)

二.工作原理 (4)

三.元件参数的选择 (5)

四.电路设计 (8)

五.设计小结 (10)

六.参考文献 (10)

一.选题思路

随着社会的发展，通讯工具在我们的生活中的作用越来越重要。通信工程专业的发展势头也一定会更好，为了自己将来更好的适应社会的发展，增强自己对知识的理解和对理论知识的把握，本次课程设计我准备制作具有实用价值的电容反馈式振荡器。

在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种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。

振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式接收机的主要部分各种电子测试仪器如信号发生器、数字式频率计等，其核心部分都离不开正弦波振荡器。功率振荡器在工业方面(例如感应加热、介质加热等)的用途也日益广阔。

正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为正弦波振荡器。通常，按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负载型两种，前者应用更为广泛。在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。

二.工作原理 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 0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。

反馈振荡器原理方框图如图2.1所示。反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）作负载，是一个调谐放大器。

图2.1 反馈振荡器方框图 为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的自你好与放大器输入端的信号相位相同。定义A （S ）为开环放大器的电压放大倍数：

)()

()(S U S U S A i o =

F(S)为反馈网络的电压反馈系数：

)()()('S U S U S F o i =

)(S A f 为闭环电压放大倍数：

)()(1)()()()(S F S A S A s U s U S A i o f ?-==

在振荡开始时，由于激励信号较弱，输出电压的振幅o U 则比较小，此后经过不断放大与反馈循环，输出幅度o U 开始逐渐增大，为了维持这一过程使输出振幅不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即：

1)( jw T

因此起振的振幅条件是：

1.

. F A ?

起振的相位条件是：

π??n F A 2=+

要使振荡器起振必须同时满足起振的振幅条件和相位条件。其中起振的相位条件即为正反馈条件。

三.元件参数的选择 电路由三部分组成：三极管放大器、正反馈网络、选频网络。 滤波网络:滤除电源中的交流成分是外加电源中只含有直流成分，因为振荡器所要求的加在电路上的电能是直流电能，而实际电源很难达到纯粹的直流，所以需要加这样一个电路将其中可能的交流成分滤除。

放大网络：放大网络就是通过加在基极的直流电压来控制集电极的电压输出。放大网络对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益，对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。

选频网络：由电感及电容组成的选频网络分为两类，一类是串联谐振回路，另一类是并联谐振回路，回路谐振时，电感线圈中的磁能

与电能中的磁能周期性的转换着。电抗元件不消耗外交电动势能量。外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路中的等幅振荡。所以在串联谐振时，回路中电流达到最大值，并联谐振中，负载电压达到最大值。

正反馈网络：反馈，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。正反馈使输出起到与输入相似的作用，使统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。正反馈网络是电感反馈三点式振荡网络中比较重要的一个环节。

图a 电容三端振荡器电路

由振荡器谐振频率计算公式：

LC W 1

=

根据设计指标，f=6MHz 分配合适的电容和电感。

LC 振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1，即1=AF ，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为

21C C F =

所以维持振荡所需的电压增益应该是：

12C C A =

电容三点式振荡器的谐振频率为

2

12121C C C C L f o +?=π 在实验中可通过测量周期T 来测定谐振频率，即

T

f o 1=

放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压op V 和输入电压ip V 来确定，即

ip op V V A = 所以，可以得出

A V ip ?=op V

当知道输入A V ip ,等于多少的时候，由公式可以求出

的具体参数值。

op V

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Ω=-=-=+K I U U R R CQ CEQ

CC c e 32612 为提高电路的稳定性R e 值适当增大，取Re=1K Ω则Rc ＝2K Ω

因：U EQ =I CQ ·R E 则： U EQ =2mA ×1K=2V

因： I BQ =I CQ /β 则： I BQ =2mA/100=0.02mA

一般取流过Rb2的电流为5-10IBQ , 若取10IBQ 因：BQ BQ

b I V R =2 7.0+=EQ BQ V V 则：Ω==K V R b 5.132.07.22 取标称电

阻12K ?。 因：

21b BQ BQ CC b R V V V R -= ：Ω=Ω-=K K V V V R b 3.41127.27.2121

为调整振荡管静态集电极电流的方便，Rb1由27K ?电阻与27K 电位器串联构成。

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=C1/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 π21

0=

当LC 振荡时，f 0=6MHz L ＝12μH

本电路中，则回路的谐振频率fo 主要由C 3、C4决定，即

)(21

21

43C C L LC f +==ππ

有 pf L f C C 176412243≈=+π。取C3 =120pf ，C4=51pf （用33Pf 与

5-20Pf 的可调电容并联），因要遵循C 1，C 2>>C3,C4，C 1/C 2=1/8—1/2

的条件，故取C 1=200pf ，则C 2=510pf 。

对于晶体振荡，只需和晶体并联一可调电容进行微调即可。为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，振荡信号应尽可能从电路的低阻抗端输出。例如发射极接地的振荡电路，输出宜取自基极；如为基级接地，则应从发射极输出。

四.电路设计

振荡器在接通电源的一瞬间，晶体管会产生一个从零到某一数值的电流阶跃，该电流阶跃的成分十分丰富，选频网络会选出满足正反馈的频率在经过正反馈建立信号。