LC正弦波振荡器设计

中北大学

课程设计说明书

学生姓名：学号：

学院：信息商务学院

专业：电子信息工程

题目：电子综合应用实践：

LC正弦波振荡器的设计

职称: 讲师

2013年 1 月 18 日

中北大学

课程设计任务书

12/13 学年第一学期

学院：信息商务学院

专业：电子信息工程

学生姓名：学号：

课程设计题目：电子综合应用实践：

LC正弦波振荡器的设计

起迄日期：2013年1 月7 日～2013年1月18 日课程设计地点：201，503，1号楼教室

指导教师：

系主任：

下达任务书日期: 2013 年1月7 日

课程设计任务书

课程设计任务书

目录

第一章设计任务 (6)

一. 设计目的 (6)

二. 设计要求和步骤 (6)

三.方案设计及选择 (6)

1.振荡器的选择 (6)

2.信号输出波形的仿真选择 (7)

第二章单元电路设计与参数计算 (7)

一. LC三点式振荡组成原理图 (7)

二．起振条件 (7)

三．频率稳定度 (8)

四. LC振荡模块设计 (8)

第三章总原理图 (13)

一．总原理图 (13)

第四章调试步骤 (14)

一. 按设计电路安装元器件 (14)

二. 测试点选择 (14)

三. 调试 (15)

四. 实验结果与分析 (15)

五. 频率稳定度 (15)

第五章设计心得和体会 (15)

参考文献 (16)

第一章设计任务

一设计目的

(1) 熟悉LC正弦波振荡器的工作原理，以及示波器的原理及用法。

（2）掌握LC正弦波振荡器的基本设计方法。

(3) 理解LC正弦波振荡回路并掌握LC振荡器的设计，装载，调试，及其主

要性能参数的测试方法和如何选择电路的测试点。

(4) 了解外界因素、元件参数对振荡器工作稳定性及频率稳定度的影响情，以便提高振荡器的性能。

二设计要求和步骤

(1) 设计一个LC正弦波频振荡器。

(2) 利用三点式振荡器原理产生正弦波信号，采用的具体电路不限。要求给出所选电路的优点和缺点并通过测量值进行证明。也可以进行不同三点式振荡器的性能比较。

(3)了解电路分布参数的影响及如何正确选择电路的静态工作点。

（4）电路的基本原理，LC正弦波振荡器是各种接收机和发射机中一种常见的电路，常用作载波振荡、本振混频振荡等。其典型形式为“三点式”振荡电路，其电路简单、频率稳定度高，它的工作原理是在正反馈的基础上，将直流电源提供的能量变成正弦交流输出。

（5）选择所需的方案，画出有关的电路原理图。

三方案设计与选择

1.振荡器的选择

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，而电容反馈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。

所以选择电容反馈三点式振荡器是不容置疑的，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。

LC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1所示.。

图1 振荡器框图 2.信号输出波形的仿真选择

方案一：三种振荡器输出信号波形全部用Multisim 仿真软件得出； 方案二：考毕兹振荡器的输出波形由仿真软件得出，其余两种振荡器由计算得出频率，画出相应的波形。

经比较用仿真软件得出的波形比较直观简单而且准确，即选择方案一。

第二章 单元电路设计与参数计算

一 LC 三点式振荡组成原理图

其振荡频率f=

LC

π21。当1X 和2X 为容性，3X 为感性

时称为电容反馈振荡器，其中C=

2

12

1C C C C +；当1X 和2X 为感

性，3X 为容性时称为电感反馈振荡器，其中 L=1L +2L .

二．起振条件

X 1，X 2必须是同性质的电抗，X 3必须是异性质电抗，并且必须满足下面的关系： X 3= —（X 1+X 2）

根据起振条件，可以推导出三极管的跨导g m 应满足下面的不等式：

放大电路 选频网络

正反馈网络

输出

g m >k fu*g i +(g 0+g'1)/k fu

上式中：

fu k = X 2/ X 1 ——反馈系数 g 1 ——为三极管b —e 间的输入电导 g 0 ——为三极管c —e 间的输出电导

'

1g ——为三极管c —e 间的负载电导和回路损耗电导之和。

上式表明，起振时g m 与fu k 、 g 0、g 1、'1g 等有关。若管子参数和负载确定后，fu

k 大小应合适，否则不易满足起振条件。另外，还必须考虑到频率稳定度和振荡幅度等要求。

三．频率稳定度

频率稳定度是表示在一定时间范围内或一定的温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度。若频率相对变化越小，就表明振荡频率稳定度越高，否则稳定度就差。

由上述讨论知道，因为振荡回路元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率

稳定度，就是要设法提高振荡回路的标准性。因此除了采用高稳定和高Q (因为Q 值越大相频特性曲线在0f 附近的斜率越大，选频特性就越好)的回路电容及电感外，还可以采用负温度系数元件实现温度补偿，或采用部分接入，以减小管子极间电容和分布电容对振荡回路频率的影响。

由分析和实验知道，LC 谐振回路的标准性和Q 值都不高，频率稳定度不高于

410-数量级，而石英晶体标准性Q 值都很高，接入系数也很小。频率稳定度可达6

10-数量级。

四.LC 振荡模块设计

LC 振荡电路采用三点式振荡，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。 方案一：考毕兹振荡器