电容反馈三点式振荡器电路设计

电子技术课程设计报告

题目：基于Multisim的电容反馈三点式

振荡器电路的设计与仿真

2015年5月

基于Multisim的电容反馈三点式

振荡器电路的设计与仿真

学生：陈颍帝

指导老师：张水锋

电子工程学院通信工程专业

1电容反馈三点式振荡器电路设计的任务与要求

1.1 电容反馈三点式振荡器电路设计的任务

(1) 理解LC三点式振荡器的工作原理，掌握其振荡性能的测量方法。(2) 理解振荡回路Q 值对频率稳定度的影响。(3) 理解晶体管工作状态、反馈深度、负载变化对振荡幅度与波形的影响。 (4) 了解LC电容反馈三点式振荡器的设计方法。1.2 电容反馈三点式振荡器电路设计的要求

(1) 原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确，端了要不得有标号。

(2) 图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。

(3) 简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件

的工作过程及顺序。

2电容反馈三点式振荡器电路设计的方案制定

2.1电容反馈三点式振荡器电路设计的原理

三点式振荡器的交流等效电路如图1所示。

图1三点式振荡器交流等效电路

图中Xcs、Xbe、Xcb为谐振回路的三个电抗。根据相位平衡条件可知，Xcs、Xbs必须为同性电抗，Xcb与Xcs、Xbs相比必须为异性电抗，且三者之间满足下列关系：Xcb=-(Xcs+Xbs),这就是三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。若Xcs、Xbs 呈容性,Xcb呈感性，则振荡器为电容反馈三点式振荡器；若Xcs、Xbs呈感性，Xcb 呈容性，则为电感反馈三点式振荡器。下面以图2“考毕兹”电容三点式振荡器为例分析其原理。

图2 “考毕兹”电容三点式振荡器电路

图2中L和C1、C2组成振荡回路，反馈电压取自电容C2的两端，Cb和Cc为高频旁路电容，Lc为高频扼流圈，对直流可视为短路，对交流可视为开路。显然，该振荡器的交流通路满足相位平衡条件。若要它产生正弦波，还必须满足振幅条件和起振条件，即：Auo*Fuo>1。式中Auo为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益；Fuo为反馈系数，只要求出二者的值，便可知道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出Y参数等效电路。若忽略晶体管的内反馈，即Yrε=0。C1’=C1+Coε, C2’=C2+Ciε,giε’=giε+Gb,go为LC并联谐振回路折合到晶体管ce端的等效谐振电导，即go’=P1^2go，P1=(C1’+C2’)/C2’。可求出小信号工作状态时电压增益Auo’和反馈系数Fuo’分别为Auo=Uo/Ui=|Yfε|/g。式中，|Yfε|≈gm=Ie(mA)/26(mV)，g=goε+go+P2^2 giε‘，P2=C1’/C2’。若忽略各个g的影响，电路的反馈系数为Fuo=Uf/Uo=C1’/C2’=P2。可得起振条件为AuoFuo=(|Yfε|/g)*(C1’/C2’)>1，故有|Yfε|>C2’/C1’g，上式即为振荡器起振的振幅条件。为了进一步说明起振的一些关系，可将上式变换为|Yfε|>(1/F)*g= (1/F)*(goε+go+P2^2giε)=(1/F)*(goε+go)+Fgiε第一项表示输出电导和负载电导(这里未考虑负载电导)对振荡的影响，F越大，越容易起振。第二项表示输入电导对振荡的影响，g’iε和F越大，越不容易起振。可见，考虑到晶体管输入电导对回路的加载作用时，反馈系数F并不是越大越容易起振在晶体管参数giε、goε、Yfε一定的情况下，可以改变Rb1，Rb2和负载电导gl及F来保证起振。F一般取0.1~0.5。

对于一个振荡器，在其负载阻抗及反馈系数F已经确定的情况下，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小，波形好坏）有着直接的影响。工作点偏高，振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时甚至使振荡器停振；工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但不能取得太低，否则不易起振。

实际的振荡电路在Fuo确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流值，静态电流越大，输出幅度越大。但是如果静态电流取得太大，不仅会出现波形失真现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。实际中静态电流值一般取0.5mA～1mA。

频率稳定度是振荡器的一项重要技术指标，它表示在规定的时间间隔内和规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内，振荡频率的相对变化量。振荡频率的相对变化量越小，振荡器的频率稳定度越高。

要改善振荡频率稳定度，必须减小振荡频率随温度、负载、电源等外界因素影响的程度。振荡器的电路结构和振荡回路是决定振荡频率稳定度的主要因素，因此，改善振荡频率稳定度的主要措施一是改善电路结构，减小电路分布参数对频率稳定度的影响；二是提高振荡回路在外界因素变化时保持频率稳定的能力，即提高振荡回路的标准性。

提高振荡回路标准性的方法除了采用稳定性好和高Q值的回路电容和电感外，还可以采用与正温度系数电感作相反变化的具有负温度系数的电容，以实现温度补偿作用；或采用部分接入法以减小不稳定的晶体管极间电容和分布电容对振荡频率稳定度的影响。

2N2222三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC 会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。

但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置，否则会放大失真。