正弦波振荡器设计通信电子线路课程作业

摘要对于正弦波振荡电路的设计，基本确定了电路可由正弦波振荡电路和丙类高频谐振放大器等基本电路组成。

振荡器部分电路产生一个一定频率的正弦波形，然后经过丙类功率放大器进行放大后输出。

该设计电路可分为正弦波振荡电路，丙类高频谐振放大器等几部分，然后对这几部分一一进行设计，通过运用Multisim 软件仿真基本上完成了设计的任务。

此正弦波振荡器包括电容三点式振荡电路和丙类功率放大器两部分。

正弦波振荡器是一种不需外加信号，能自动将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号的自激振荡电路。

功率放大器是依靠激励信号放大管电流的控制，起到把集电极电源的直接功率变换成负载回路的交流功率的作用，其负载是两个以互感方式耦合的耦合谐振回路，用以提高对谐波的抑制能力，改善输出波形。

关键字：正弦波振荡器；电容三点式；丙类功率放大器1.概述(1) 课题研究：在电子技术领域，广泛使用各种各样的振荡器。

在广播，电视，通信设备，测控仪器，各种信号源中，都是它们的必不可少的核心组件。

在测量、遥控、通信、自动控制、热处理和超声波电焊等加工设备之中，都有正弦波振荡器的应用，也作为模拟电子电路的测试信号。

在工程应用中，例如在实验用的低频及高频信号产生电路中，往往要求正弦波振荡电路的振荡频率有一定的稳定度，有时要求振荡频率十分稳定，如通讯系统中的射频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。

振荡器在无线电广播、卫星通信、电视机、开关电源、收音机等电子设备中都要用到。

(2) 课题分析：LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频网络由电感和电容组成。

它们是储能元件，当能量充到一个饱和值得时候它又会慢慢放出来，电容电感的储能和放能正好相反，所以在它们两个之间就产生能量的交互，形成交变电流。

振荡器的基本原理是反馈原理，正反馈使得电路产生振荡。

(3) 设计任务：设计一个振荡器，产生高频正弦波，并且输出信号必须经高频功率放大器放大。

已知用于放大器的晶体管参数：Vcc=+12V，β=60，Cb`c=5pF，Cb`e=205pF，Uces=1.5V，三极管的损耗功率Pcm=1W；用于振荡器电路的三极管，根据设计的实际电路情况自行选择；高频功率放大器的输出采用互感变压器耦合方式，负载电阻为75Ω。

(4) 技术指标：振荡器振荡频率变化范围f0=6.5~8.5MHz可调；高频功率放η70%；大器输出功率P≥500mW，效率≥掌握三点式振荡电路的基本原理、起振条件、振荡电路设计及电路参数计算；通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响；根据电感三点式和电容三点式的稳定度及频率范围，有选择的应用到电路中。

2.工作原理说明运用电感三点式振荡电路与丙类功率放大器相结合。

LC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电容三点式振荡器，克拉泼振荡器，西勒振荡器。

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。

图2-1 振荡器框图3. 电路设计3.1 总体设计电路原理图设计如图3—1所示，该电路是由第一级放大器构成的电容三点式振荡电路与第二级放大器构成的丙类谐振电路组成。

图3-1正弦波振荡器设计原理总电路图3.2 电容三点式振荡电路的设计电容三点式改进型振荡电路，也叫克拉泼振荡器，不需要外来激励信号，自身将直流电能转换为交流电能的电路。

由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成，振荡频率主要取决于谐振回路的电感和电容。

其电路图的连接如图3-1所示：电路中，直流电源向放大器提供直流电能，在放大器的输出与输入端接有正反馈网络（由C3构成）。

其中，Q1为高频放大器；R1、R2、R3、R4为放大器提供静态工作点；与可变电容、L2构成选频网络；当反馈量足够大时，放大器便会产生自激振荡。

同时，依靠选频网络的选频特性，使得电路只在我们需要的频率上产生自激振荡，而且，选频网络还可以滤除由于器件工作进入非线性区所产生的谐波，使得振荡电路的输出波形更接近于正弦形。

这样，此反馈型振荡电路就可以产生我们需要的正弦信号。

输出信号的频率主要有选频网络来确定。

这样，此电路就符合了题目正弦波振荡器的要求。

参数设计：电源供电为12V ，要求振荡器振荡频率变化范围f0=6.5~8.5MHz 可调.图为电容三点式改进型电路即克拉泼电路，它被接成共基组态，1C 为基极耦合电容，放大器的静态工作点由1R ,2R , 3R , 4R , 5R 决定。

振荡器的静态工作电流C Q I 一般为1-4mA ，C Q I 偏大则振荡幅度增加，但波形失真加重，频率稳定性变差。

5C ，6C ，7C ，2L 组成并联谐振回路，其中6C 两端的电压构成振荡器的反馈电压B E V 。

（1）静态工作电流的确定选C C V =12V ，ICQ=1mA ， VCEQ=6V ， β=60 则有25661C C C EQC Q V U R R K I -+===Ω为提高电路的稳定性RE 值适当增大，取5R =2k Ω，则2R =4K Ω 而122EQ C Q E V I R V =⋅=⨯=mA I I CQ CQ 301==β 取流过4R 的电流为10BQ I =0.17mA ，则4R = 5.1ΩK 13R R += 54.6K Ω 取1R =25ΩK ，3R = 29.6ΩK计算主振回路元件值：谐振频率的计算公式为：LC f π210=当f0=7.2MHz 时，设210L uH =，电容5C 6C 由反馈系数及电路条件所确定，若取5C =100PF ，则6C =200PF ，4C =10nF图3-2正弦波振荡器电路3.3 丙类功率放大器的设计丙类功率放大器的基极偏置电压是利用发射极电流的直流分量在射极电阻上产生压降来提供的，故称为自给偏压电路。

当放大器的输入信号为正弦波时，集电极的输出电流为余弦脉冲波，利用谐振回路的选频作用可输出基波谐振电压、电流。

参数计算：课设题目所给要求：Vcc=+12V ，晶体管的主要参数为：β=60，Cb`c=5pF ，Cb`e=205pF ，Ucs=1.5V ，三极管的损耗功率Pcm=1W ；主要技术指标：输出功率P ≥500mW ，效率≥η70%，负载L R =51Ω。

确定放大器的工作状态：为了能获得较高的效率η和最大的输出功率P ，选丙类放大器的工作状态为临界状态，导通角c θ=︒70 。

其电路连接如图3-3所示，其中振荡器产生的正弦波信号有放大器Q2进行放大，再由变压器T2耦合到负载电阻RL ，RL=51Ω。

电源VCC=12V ，R7，R8为三极管提供静态工作点，C11为旁路电容。

已知集电极损耗Pc=1W ，η=70%由于Pc=Poηη-1。

代入数据，Po=2.33W 。

图3-3丙类功率放大器电路4.性能的测试4.1振荡器电路的性能测试将图3-2所设计的电路在仿真软件multisim当中进行仿真，仿真结果如图4-1所示：由仿真结果知道，振荡器所产生的正弦波信号幅度为120mV，频率为6.4MHz，符合本次课设的设计要求，并且可以通过对图3-2中可变电容的调节改变振荡频率。

图4-1振荡器部分的仿真结果4.2丙类功率放大器电路的性能测试：将图3-3所设计的电路在仿真软件multisim当中进行仿真，仿真结果如图4-2所示：由仿真结果知道，信号经过放大器之后幅度为9.5V，频率同样为6.4MHz。

电路中负载电阻为51 ，经计算得输出功率Po=2.4W，符合设计要求。

又因为Pc=Poηη-1，已知Pc=800mW，带入数据，η=75%，亦符合设计要求。

图4-2 功率放大电路仿真结果5. 结论该电路容易起振，振荡频率高，可达100MHz以上。

对于一定的失真，原因可能是选择的元器件参数：选择的元器件参数不十分准确；电路调试中未能调制准确；计算的时候因为有的估算致使参数不准确。

由于C2对高次谐波阻抗小,使反馈电压中的高次谐波成分较小,因而振荡波形较好。

该设计中用到的三极管、电阻、电容等都是通信电子线路设计中常用的器件，电路简单易懂，可读性强，制作简单，经济实用。

从器件选择到设计整体都考虑了器件的常见度与成本，所以从总体看遵循了性价比较高的原则。

6.课设体会及合理化建议为期一周的课程设计结束了，通过这次设计让我更好的掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

更加深刻地理解课本知识。

在此次做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限和自身的不足，并且学会了对所找内容的取舍及分析。

总之，从中我们学习到了如何解决遇到的困难，更进一步地熟悉了晶体管的应用和芯片的结构及掌握了其工作原理和具体的使用方法，增强了对实验的思考能力.培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。

设计是创造性的，所以方法不是唯一的，用各种方法只要能能达到最优才是要完成的。

参考文献[1]．邬国扬. 高频电路原理[M] . 浙江大学出版社，2005年6月[2]．谢沅清. 通信电子线路[M] . 北京：电子工业出版社，2005年10月[3]．谢自美.电子线路设计、实验、测试[M] .华中理工大学出版社，2004年[4]．于洪珍.通信电子线路[M] .北京：清华大学出版社，2006年[5]．杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M]. 哈尔滨工程大学出版社，2005年1月致谢本本课程设计是在齐老师的悉心指导下完成的。

老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

不仅是我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与人处事的道路。

本设计从选题到完成，每一步都是在齐老师的指导下完成了，倾注了老师大量的心血。

在此，谨向齐老师表示崇高的敬意和衷心的感谢!附录I：总电路图附录II：元器件清单*可能会有一些排版问题，需要亲自再改改，还有就是需要加一个封皮和目录，他们的存在会让你的报告在上升一个等级！。