高频——课程设计资料报告材料书

工学院

《高频电子线路》课程设计说明书

课题名称LC正弦波振荡器

专业名称电子信息工程

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课程设计（论文）课题任务书

系：电气与信息工程系专业：电子信息工程

摘要

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。它与放大器的区别在于，无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。

正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、f T测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开正弦波振荡器。

根据所产生的波形不同，可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波，后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。本设计仅介绍LC正弦波振荡器。

常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。正反馈放大器既可以由晶体管、场效应管等分立器件组成，也可以由集成电路组成，但前者的性能可以比后者做得好些，且工作频率也可以做得更高。

其中LC振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波。本设计主要介绍LC正弦波振荡器的工作原理，电容三点式正弦波振荡器、电感三点式正弦波振荡器和席勒正弦波振荡器的设计与主要性能参数测试方法。本次设计所要完成的就是LC正弦波振荡器的设计。以下就正弦波振荡器的电路原理、参数计算和软件仿真等问题来进行具体分析讨论。

目录

第一章方案设计与论证 (5)

1.1 方案设计与论证 (5)

1.2 方案选择 (5)

第二章LC正弦波振荡器工作原理 (6)

2.1 振荡产生原理 (6)

2.2 振荡产生条件 (7)

2.3 电容三点式工作原理 (8)

2.4 振荡器工作状态对振荡器性能的影响 (10)

第三章电容三点式振荡器的Multisim设计 (14)

3.1 电容三点式振荡电路 (14)

3.2 元器件及参数的确定 (15)

3.3 电容三点式振荡器的Multisim设计 (15)

第四章电容三点式振荡器的Protel图 (18)

4.1 Protel电容三点式振荡器原理图 (18)

4.2 Protel电容三点式振荡器PCB图 (18)

第五章设计总结 (19)

5.1三点式振荡器总结 (19)

5.2心得体会 (19)

附录

1、参考文献 (20)

2、电容三点式正弦波振荡器电路图 (20)

3、电容三点式振荡器PCB图 (21)

4、元器件清单 (21)

第一章方案设计与论证

1.1 方案设计与论证

LC正弦波振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而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。选择电容反馈三点式振荡器，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。而本次课程设计要求设计：

电容三点式振荡器。

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，其框图如图2-1所示.。

1.2

经比较用考毕兹电路可以做到波形比较稳定，并且频率可以做到很高，即选择方案二。

第二章LC正弦波振荡器工作原理

2.1振荡产生原理

反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正弦振荡的电路。这种电路由两部分组成，一是放大电路，二是反馈网络，图2-1所示为反馈振荡器构成方框图及相应电路。由

图可知，当开关S 在1的位置，放大器的输入端外加一定频率和幅度的正弦波信号i U ，这一信号经放大器放大后，在输出端产生输出信号o U ，若o

U 经反馈网络并在反馈网络输出端得到的反馈信号f

U 与i U 不仅大小相等，而且相位也相同，即实现了正反馈。若此时除去外加信号，将开关由1端转接到2端，使放大器和反馈网络构成一个闭环系统，那么，在没有外加信号的情况下，输出端仍可维持一定幅度的电压o

U 输出，从而实现了自激振荡的目的。

为了使振荡器的输出o

U 为一个固定频率的正弦波，图1-2所示的闭合环路必须含有选频网络，使得只有选频网络中心频率的信号满足f U 与 i U 相同的条件而产生自激振荡，对其它频率的信号不满足f

U 与i U 相同的条件而不产生振荡。选频网络可与放大器相结合构成选频放大器，也可与选频网络相结合构成选频反馈网络。

如上所述，反馈振荡器是把反馈电压作为输入电压，以维持一定的输出电压的。那么，

振荡的产生是否就需要在开始的一瞬间外加一个输入信号i U ，等到产生了输出信号o

U ，又反馈一部分回来，再把输入信号拿走呢？实际上，在电源接通振荡器时，电路必然会存在微弱的电扰动，如晶体管电流的突增、电路中的热噪声等等，这些电扰就构成原始的输入信号。又由于这些电扰动信号频率围很宽，经过振荡电路中的选频网络，只将其中某一频率的信号反馈到放大器的输入端，而其它频率的信号将抑制掉。被放大后的某一频率分量经反馈加到输入端，幅度得到增大。这一“反馈——放大”的过程是一个循环的过程某一频率分量的

图2-1反馈振荡器的组成方框图

R L

信号将不断增长，振荡由小到大而建立起来。

2.2振荡产生条件

振荡器是一种在没有外来信号的作用下，能自动地将直流电源的能量转换为一定波形的交变振荡能量的装置。根据振荡器的特性，可将振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类，LC 振荡器属于反馈式振荡器。工作时它应满足两个条件：

i.

相位条件：反馈信号必须与输入信号同相，以保证电路是正反馈电路，即电路的总相移Σφ=φk +φF =n ×3600。

ii.

振幅条件：反馈信号的振幅应大于或等于输入信号的振幅，即│ẢF │≥1，

式中Ả为放大倍数，F

为反馈系数。

当振荡器接通电源后，电路中存在着各种电的扰动（如热噪声、晶体管电流的突变等），它们就是振荡器起振的初始激励。经过电路放大和正反馈的作用，它们的幅度会得到不断的加强。同时，由于电路中LC 谐振回路的选频作用，只有等于其谐振频率的电压分量满足振荡条件，最终形成了单一频率的振荡信号。

正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器，这是应用非常广泛的一类电路，产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，不外是RC 、LC 和晶体振荡器三种形式。在本实验中，我们研究的主要是LC 三点式振荡器振荡器。LC 三点式振荡器的基本电路如图（2-2）所示：

根据相位平衡条件，图中构成振荡电路的三个电抗中间，X 1、X 2必须为同性质的电抗，X 3必须为异性质的电抗，且它们之间应满足下列关系式：

()213X X X +-= （2-1）

这就是LC 三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。

若X 1和X 2均为容抗，X 3为感抗，则为电容三点式振荡电路；若X 1和X 2均为感抗，X 3为容抗，则为电感三点式振荡器。