改进型电容三点式振荡器要点

课程设计报告

题目：改进型电容三点式振荡器

学生姓名：***

学生学号：********

系别：电气信息工程学院

专业：通信工程

届别：2014届

指导教师：***

电气信息工程学院制

2013年3月

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改进型电容三点式振荡器

学生：**

指导教师：***

电气信息工程学院通信工程专业

前言

高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或者高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电气特性。高频信号发生器主要是产生高频正弦振荡波，振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。为此，振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路，也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。振荡器主要分为晶体振荡器和LC振荡器，LC振荡器中的基本电路就是通常所说的三端式振荡器，根据反馈网络由电容还是电感完成的分为电容反馈振荡器和电感反馈振荡器。同时为了提高振荡器的稳定度，通过对电容三端式振荡器的改进可以得到克拉泼振荡器和西勒振荡器两种改进型的电容反馈振荡器。

高频电子元器件，高频集成电路的工艺技术指标有长足进步，并正在迅速的向多功能,高功率，模块化，可集成和可编程的方向发展，且计算机辅助设计技术，信号处理技术也广泛引入通信电路的设计中。集成电路具有体积小、功耗低、可靠性高、性能好以及易于使系统整机实现少调整和不调整等优点，通信电路正迅速向急方向发展。系统集成它改变了用通用元、器件组装电子系统的传统方法，而直接将系统制作在芯片上，从而大大促进了系统、电路与工艺的结合。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定度、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，此次采用的是电容三点式振荡器的两种改进型振荡器之一的西勒振荡器，其具有输出波形好、工作频率高、改变电容调节频率时不影响反馈系数等优点，适用于宽波段、频率可调的场合。西勒振荡器由起能量控制作用的放大器、将输出信号送回到输入端的正反馈网络以及决定振荡频率的选频网络组成。但没有输入激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替。当振荡器接通电源后，即开始有瞬变电流产生，经不断地对它进行放大、选频、反馈、再放大等多次循环，最终形成自激振荡，把输出信号的一部分再回送到输入端做输入信号，从而就会产生一定频率的正弦波信号输出。

1振荡器的基本原理及其电路

1.1振荡器的介绍

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，还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路，这种电子线路就是振荡器。 振荡器是一种能量转换器，它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。 振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC 振荡器﹑晶体振荡器﹑RC 振荡器等。

1.2振荡器的基本原理 振荡器LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接构成的电路即为三端式振荡器，其示意图如下图所示

图1一般的三点式振荡器

三点式LC 正弦波振荡器的组成法则是：与晶体管发射极相连的两个电抗元件应为同性质的电抗，而与晶体管集电极—基极相连的电抗元件应与前者性质相反。也就是说上图中be Z •、ce Z •与bc Z •的性质必须相反振荡器才能起振。

设：be Z •、ce Z •、bc

Z •为纯电抗元件 eb

be f -V V V == ce eb ce be v X X V V F ==

负号表示产生180o 相移与Vbe 和E 间的180o 相移合成.为360o 相移，满足正

反馈条件。 为此，X ce 、X eb 必为同名电抗，而X cb 须是X ce 与X eb 的异名电抗。

1.3电容三点式振荡器

电容三点式的原理示意图如下图所示

图2电容三点式振荡器

由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极和集电极连接的为异性质的电抗元件L ，根据前面所述的班别准则为，该电路满足相位条件。 其工作过程是：振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化 ，将产生脉动信号。振荡器电路中有一个LC 谐振回路，具有选频作用，当LC 谐振回路的固有频率与某一谐振频率相等是，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器倍数减小，最后达到平衡，此时振荡幅度不再增大。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出。

该振荡器的振荡频率为：12012

12C C f LC C π+=， 反馈系数F 为：12/F C C ≈， 若要它产生正弦波，满足F=1/2~1/8,太小或者太大均不容易起振。一个实际的振荡电路，在F 确定后，其振幅增加的主要是靠提高振荡管的静态电流值。但是如果静态电流值取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低使振荡波形失真。严重时，甚至使振荡器停振。所以在实用中，静态电流值一般取Ico=0.5mA~4mA 。 电容三点式的优点是振荡波形好；电路的频率稳定度高，工作频率可以做得较高，达到几十赫兹到几百赫兹的甚高波段范围。 电路缺点是若调用C1或C2改变振荡回路的工作频率，反馈系数也将改变使振荡器的频率稳定度不高。

2改进型电容三点式振荡电路设计

改进型的电容三点式分为两种：克拉泼振荡器、西勒振荡器。

2.1克拉泼振荡器

电容三点式改进型克拉泼振荡器如下图所示

图3克拉泼振荡器电路图

电路的特点是在共基电容三点式振荡器的基础上，用一电容C5，串联于电感L 的支路上。其作用是增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性。使振荡频率的稳定度得到提高。 因为C5为可调电容远小于C1或C2，所以电容串联后的等效电容约为C3。电路的振荡频率为：051/2f LC =与基本电容三点式振荡电路相比，在电感L 支路上串联一个电容后有以下特点：

1.振荡频率可改变不会影响反馈系数；

2.振荡幅度比较稳定；

3.电路中的C5为可变电容，调整它即可以在一定范围内调整振荡频率。

但是C5不能太小否则会导致停振，所以克拉破振荡器频率覆盖率较小，仅达

1.2~1.4；为此，克拉泼振荡器适合与做固定频率振荡器。