高频课设正弦波振荡器

课程设计任务书

学生姓名：陈军如专业班级：电信1204 指导教师：曾刚工作单位：信息工程学院

题目一：高频正弦波振荡器

初始条件：

具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、采用晶体三极管构成一个多功能正弦波振荡器；

2、额定电源电压5.0V ，电流1～3mA;

输出频率 6 MHz （频率具一定的变化范围）；

3、通过双变跳线可构成克拉勃和西勒的串、并联晶体振荡器；

4、有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压≥ 1 V (D-P);

5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：

二十周一周，其中4天硬件设计与制作，3天调试及答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

振荡器是用来产生重复电子讯的电子元件，其构成的电路叫振荡电路，能将直流信号转换为具有一定频率的交流电信号输出。本次课设主要是基于对课本理论知识的理解，来设计一个LC振荡电路，包含晶体串并联振荡器，克拉伯振荡器，西勒振荡器，产生某一频率的正弦波，再通过仿真，调试做出实际电路。本文将围绕晶体串并联振荡器，克拉伯振荡器，西勒振荡器进行具有具体功能的振荡器的理论分析与设计。

关键词：高频；振荡器；正弦波；仿真；缓冲级

1.工作原理说明 (4)

1.1振荡器概念 (4)

1.2静态工作点的确定 (4)

1.3振荡器的起振条件 (4)

2. 电路构建 (5)

2.1高频功率放大器 (5)

2.2振荡器 (5)

2.2.并联晶体振荡器 (5)

2.2.2串联型晶体振荡器 (6)

2.2.3克拉伯与西勒振荡器 (6)

2.3输出缓冲级 (7)

3.电路设计与参数计算 (8)

3.1原理电路 (8)

4.仿真及实物 (9)

5.元器件清单 (13)

6.心得体会 (14)

7.参考文献 (15)

1.工作原理说明

1.1振荡器概念

振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率0f 能通过，使振荡器产生单一频率的输出。

1.2 静态工作点的确定

静态工作点的确定直接影响着电路的工作状态和振荡波形的好坏。由于振荡幅度稳定下来后，电路必然工作到非线性区，也就是说，可能进入截止区，也可能进入饱和区，静态工作点偏高，易进入饱和区．一般小功率振荡器将静态工作点设计得远离饱和区而靠近截止区。

1.3振荡器的起振条件

在振荡开始时由于激励信号较弱，输出电压振幅较小，经过不断放大、反馈循环，输出幅度不断增大，否则输出信号幅值过小，无任何意义。为了使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，可得：1)j ( T ，称为自激振荡的起振条件。

2.电路构建

2.1高频功率放大器

高频功率放大器的主要作用是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器,将直流电源供给的能量转换为大功率高频能量输出, 它主要应用于各种无线电发射机中。高频率工作可以节约直流电源的电能，还在于采用相同器件的条件下高效率工作可以输出更大的功率。

2.2振荡器

2.2.并联晶体振荡器

并联晶体振荡器的典型电路如图2-1所示，振荡管的基极对高频接地，晶体接集电极与基极之间，C2和C3是位于回路的另外两个电抗元件，振荡器的回路等效电路如图2-2所示，它类似于克拉泼振荡器。

图2-1并联晶体振荡器实际线路图2-2并联晶体振荡器等效电路

2.2.2串联型晶体振荡器

在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。图3-3和图3-4显示出了一串联型振荡器的实际路线和等效电路。

图2-3 串联型晶体振荡器实际电路图2-4 串联型晶体振荡器等效电路

2.2.3克拉伯与西勒振荡器

在电容三点式电路中，要减小极间电容在回路总电容中的比重，可以采用部分接入的方法：用可变电容与电感代替原电感——克拉伯振荡器；在克拉伯基础上电感并一个可变电容——西勒振荡器。

图2-5克拉伯振荡器

2-6西勒振荡器

2.3输出缓冲级

常用的输出缓冲级是在电路的输出端加一射极跟随器，从而提高回路的带负载能力，射极跟随器的典型电路如图4-7所示。

图2-7缓冲级

3.电路设计与参数计算

3.1原理电路

图3-1 原理电路

各元件的作用：

R4、R5：为三极管Q4提供偏置电压。

R1：改变阻值的大小可以改变Q1的静态工作点。

C1：用于在振荡器起振时将R2短路从而可以使振荡器可以正常的振荡。

C4、C3：组成反馈分压，用于为振荡器提供反馈信号。

L2：为高频扼流圈，目的是防止高频信号流经电源。

C6：为高频旁路电容，滤除高频部分。

Q1：连接成射极跟随器，用于提高系统的带负载能力。

S2上端打开时、S3右边打开、S3左边断开时，振荡器为克拉伯振荡器；S3右边打开时，S1闭合为西勒振荡器；当S2下端打开，S3右边打开时振荡器为串联型晶体振荡器；当S2上端打开、S3左边打开时。为并联型晶体振荡器。

4.仿真及实物

图4.1串联晶体振荡器仿真结果

图4.2并联晶体振荡器仿真结果

仿真结果显示：晶体串联振荡器的振幅约为1.1v，频率约为6.1MHz 晶体并联振荡器的振幅约为0.9v，频率约为6.3MHz

均符合课题要求。

图4.3克拉勃电路输出波形图

图4.4西勒电路输出波形图

仿真结果显示：克拉伯振荡器的振幅约为1.5v，频率约为6.4MHz 西勒振荡器的振幅约为1.3v，频率约为6.2MHz

均符合课题要求。

图4.4实物图正面

图4.5实物图反面

在焊接实物时，选用洞洞板走锡焊接方式，不仅焊接方便，而且使板子看起

来美观整齐。

图4.6 克拉勃电路输出波形图图4.7 西勒电路输出波形图

图4.8 串联晶体振荡器仿真结果图4.9 并联晶体振荡器仿真结果

在实验室调试时用示波器测得：

克拉伯振荡器的振幅为1.326V 振荡频率为6.214MHz

西勒振荡器的振幅为1.035V 振荡频率为6.024MHz

串联晶体振荡器的振幅为0.865V 振荡频率为6.238MHz

并联晶体振荡器的振幅为1.031V 振荡频率为6.319MHz

实物测试结果与仿真基本一致。

5.元器件清单

序号名称型号数量

1 电阻 3.3KΩ 2

2 电阻20 KΩ 1

3 电阻100Ω 2

4 电阻 2.5KΩ 1

5 电阻 5.1KΩ 1

6 电阻500Ω 1

7 电位器10KΩ 1

8 瓷片电容0.1uF 2

9 瓷片电容220PF 1

10 瓷片电容150PF 1

11 瓷片电容1uF 1

12 电解电容100uF 1

13 电感1mH 1

14 电感10 uH 1

15 晶振6M 2

16 三极管2N2222 2

17 拨码开关四位 2

表5.1

6.心得体会

由于高频数电课设一起做，对于multisim软件应用仿真较熟练，但是高频的理论知识比较复杂，因此从设计电路到计算参数都带来了极大麻烦，最后在借鉴他人原理图上完成了设计与仿真。在电路焊接及实际操作方面由于有电工实习经验，本次操作并不难。在理论知识方面，看似正弦波发生器很简单，但是实际上涉及到很多问题，比如频率稳定度，波形稳定度，失真情况，电路可调性，以及起振条件控制等，都有很大学问。让我认识到知识的重要性。最后，感谢衷心老师在本次课设中的指导！

7.参考文献

[1] 《高频电子电路（第二版）》王卫东主编. 电子工业出版社；

[2] 《通信电子线路》刘泉主编. 高等教育出版社；

[3] 《电子技术基础（模拟部分）》康华光主编. 高等教育出版社；

[4] 《基于multisim10的电子仿真实验与设计》王连英主编. 北京邮电大

学出版社；

[5]《通信电子电路设计》郭云林、陈松主编. 华中科技大学出版社。

本科生课程设计成绩评定表

姓名陈军如性别男

专业、班级电信1204班

课程设计题目：高频正弦波振荡器

课程设计答辩或质疑记录：

1. 问：振荡器由哪几部分组成？

答：一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。

2.问：高频功率放大器的主要作用是什么？

答：高频功率放大器的主要作用是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器,将直流电源供给的能量转换为大功率高频能量输出, 它主要应用于各种无线电发射机中。

3.问：射极跟随器的主要作用是什么？

答：射极跟随器的主要作用是提高回路的带负载能力，使振荡器的输出的峰峰值、频率、波形等更稳定。

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日