高频课设报告---通信电子线路课程设计——电容三点式正弦波振荡器

目录

一课程设计目的 (2)

二课程设计题目 (2)

三课程设计内容 (2)

3.1 仿真设计部分 (2)

3.1.1设计方案的选择 (2)

3.1.2振荡器的原理概述 (3)

3.1.3方案对比与选择 (5)

3.1.4电路设计方案 (7)

3.1.5元器件的选择 (9)

3.1.6电路仿真 (9)

3.1.7元器件清单 (12)

3.2系统制作和调试 (13)

3.2.1系统结构 (13)

3.2.2系统制作 (15)

3.2.3调试分析 (16)

四课后总结和体会 (17)

参考文献 (17)

一课程设计目的

《高频电子线路》课程是电子信息专业继《电路理论》、《电子线路(线性部分)》之后必修的主要技术基础课，同时也是一门工程性和实践性都很强的课程。课程设计是在课程内容学习结束，学生基本掌握了该课程的基本理论和方法后，通过完成特定电子电路的设计、安装和调试，培养学生灵活运用所学理论知识分析、解决实际问题的能力，具有一定的独立进行资料查阅、电路方案设计及组织实验的能力。通过设计，进一步培养学生的动手能力。

二课程设计题目

1、模块电路设计（采用Multisim软件仿真设计电路）

1）采用晶体三极管或集成电路，场效应管构成一个正弦波振荡器；

2）额定电源电压5.0V ，电流1～3mA;

输出中心频率 6 MHz （具一定的变化范围）；

2、高频电路制作、调试

LC 高频振荡器的制作和调试

三 课程设计内容

3.1 仿真设计部分

3.1.1设计方案的选择

电容反馈式振荡电路的基本电路就是通常所说的三端式（又称三点式）的振

荡器，即LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，如图2-0

所示。由图可见，除晶体管外还有三个电抗元件X1、X2、X3，它们构成了决定

振荡器频率的并联谐振回路，同时构成了正反馈所需的网络，为此根据振荡器组

成原则，三端式振荡器有两种基本电路，如图2-0所示。图2-0中X1和X2为容

性，X3为感性，满足三端式振荡器的组成原则，反馈网络是由电容元件完成的，

称电容反馈振荡器

电容反馈式振荡电路的设计及原理分析

电路由放大电路、选频网络、正反馈网络组成。总体设计方案框图如下：

V 0

图2-1 三端式振荡器基本电路

图2-2 电容反馈式振荡电路设计框图

3.1.2振荡器的原理概述

不需外加输入信号，便能自行产生输出信号的电路称为振荡器。按照产生的

波形，振荡器可以分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。按照产生振荡的工作原

理，振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器。所谓反馈式振荡器，就是利用正

反馈原理构成的振荡器，是目前用的最广泛的一类振荡器。所谓负阻式振荡器，

就是利用正反馈有负阻特性的器件构成的振荡器，在这种电路中，负阻所起的作

用，是将振荡器回路的正阻抵消以维持等幅振荡。反馈式振荡电路，有变压器反

馈式振荡电路，电感三点式振荡电路，电容三点式振荡电路和石英晶体振荡电路

等。 电感三点式振荡器的电感线圈对高次谐波呈现高阻抗所以反馈带中高次谐

波分量较多输出波形较差。本次设计要求我们采用的是电容三点式振荡电路，由

于电容三点式振荡电路有一些缺陷，通过改进，得到了西勒振荡器。

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2.1所示：

图2.3 一般形式的三点式振荡器

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

V f

反。也就是说上图中

负号表示产生180o相移，与Vbe和Vce间的180o相移合成为360o相移，满足正反馈条件。

为此，Xce与Xeb必为同名电抗，而Xcb须是Xce与Xeb的异名电抗。

电容三点式的原理示意图如下图2.2所示：

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时，电路发生谐振。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，此时振荡幅度不在增大。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

反馈系数F 为：

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

—4mA 。

电容三点式的优点是：1)振荡波形好；2）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：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。

3.1.3方案对比与选择

改进型的电容三点式分为两种：克拉泼振荡器、西勒振荡器。

克拉泼振荡器：

电容三点式改进型“克拉泼振荡器”如下图3.1所示：

图3.1 克拉泼振荡器电路

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C5。电路的振荡频率为：

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：

振荡频率可改变不会影响反馈系数；

振荡幅度比较稳定；

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。

西勒振荡器：

电容三点式改进型“西勒振荡器”如下图3.2所示：

图3.2 西勒振荡器电路

电路的特点是在克拉泼电路的基础上，用一电容C4，并联于电感L两端。作用是保持了晶体管与振荡回路弱耦合，振荡频率的稳定度高，调整范围大。电路的振荡频率为：

西勒振荡电路有以下特点：

1 .振荡幅度比较稳定；

2 .振荡频率可以较高；频率覆盖率较大，可达1.6—1.8，因而在一些短波超、短波通信机，电视接收机中用的较多。

该电路振幅起振条件：

该电路相位起振条件：

振幅平衡条件：

相位平衡条件：

放大器电路由晶体三极管2N222、滤波电容、高频旁置电容、集电极旁置电阻R1、基极旁置电阻R2、R3、射极旁置电阻R5组成。放大器可选用如电子管、晶体管等，本设计采用晶体三极管2N222作为能量控制的放大器。

选频网络用来决定振荡频率，本设计采用LC并联谐振回路，由C2、C3、C4、L、C5组成，要求C2，C3>>C4，C5。

反馈网络是将输出信号送回到输入端的电容分压式正反馈网络，C3和晶体管构成正反馈。

3.1.4电路设计方案

电路选择：

根据上述对比可知，西勒振荡器的接入系数与克拉泼振荡器相同。西勒振荡器的频率改变主要通过改变C5完成，C5的改变并不影响接入系数p，因而波段内输出较平稳。而C5改变，频率变化较明显，使得西勒振荡器的频率覆盖系数较大。本次课设选择西勒振荡电路作为正弦波发生电路。

电路原理图设计：

电路原理图如下图4.1所示：

图4.1 改进型电容三点式振荡电路原理图

电路结构：

图4.1中的电路主要由3部分构成：

1.起能量放大作用的三极管放大器；

2.三点式回路组成的正反馈网络；

3.射极跟随器构成的缓冲级。

由于西勒振荡器的的输出阻抗比较大，带负载的能力不强，所以有必要加一个缓冲极，来提高电路的带负载能力。缓冲极不具有放大作用，只是原倍数的将信号输出给下一级。

静态工作点设置：

合理选择振荡器的静态工作点对振荡器的起振、工作的稳定性和波形质量的好坏有着密切的关系。一般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近

0.8—4mA之间选取，故本实验电路中：

，

则

又

取流过Rb2的电流为

，取

2mA,满足任务要求。

3.1.5元器件的选择

回路中的电抗元件分为电容C和电感L两部分。通常满足接入系数C2/C3不能过大或者过小，否则不容易起振，一般适宜1/8—1/2。

当LC

C4和C5决定，即

取C4=30pf,C5为100pf可调电容，因为要遵循C2,C3>>C4,C5，

C2/C3=1/8—1/2的条件，故取C2=120pf，C3=560pf。

3.1.6电路仿真

在Multisim软件中绘制改进型电容三点式正弦波振荡器的电路图，并更改

好各元件数值连接好虚拟示波器，如下图4.2所示：

图4.2

图4.3 三点式振荡器输出波形