高频课程设计 (LC正弦波振荡器)

高频电子线路课程设计报告设计题目：LC正弦波振荡器

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目录

一、设计任务与要求 (1)

二、总体方案 (1)

三、设计内容 (4)

3.1 LC振荡电路工作原理 (4)

3.1.1构成振荡器的条件 (4)

3.1.2 由正反馈的观点来决定振荡的条件 (4)

3.1.3 振荡器平衡和稳定条件 (5)

3.1.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准 (6)

3.1.5 西勒电路工作原理 (7)

3.2仿真结果与分析 (7)

3.2.1各种条件下仿真波形图 (7)

3.2.2 参数计算 (10)

四、电路制作和调试 (11)

4.1 元器件清单及参数 (11)

五、总结 (12)

六、主要参考文 (13)

LC 正弦波振荡器的设计

一、 设计任务与要求：

通过LC 正弦波振荡器的设计进一步巩固高频电子线路的相关知识，并在设计制作的过程中运用并熟悉multisim10电子仿真软件，在实践的过程中培养我们发现问题，并利用所学知识或利用一切可以利用的资源解决问题的能力，掌握振荡器的工作原理知识，设计一个LC 正弦波振荡器，要求该电路输出稳定的正弦波信号，输出频率可调范围为10M~~20MHZ 。

二、 总体设计方案：

LC 振荡电路采用三端式振荡，其中包括电感反馈式哈特莱振荡器、电容反馈式克拉泼振荡器、改进型电容反馈式西勒振荡器。 方案一：电感反馈式三端振荡器——哈特莱振荡器

哈特莱振荡器其振荡频率为f=

LC

21,式中L=1L +2L +2M 。

优点：由于L 1与L 2之间有互感存在，所以比较容易起振。其次是改变回路电容来调整频率时，基本上不影响电路的反馈系数，比较方便。

主要缺点：与电容反馈振荡电路相比，其振荡波形不够好。这是因为反馈支路为感性支路，对高次谐波成高阻抗，故对于LC 回路中高次谐波反馈较强，波

V CC

(a ) 原理电路

(b ) 交流等效电路

形失真较大。其次是当工作频率较高时，由于L 1和L 2上的分布电容和晶体管的极间电容均并联于L 1与L 2两端，这样反馈系数F 随频率变化而改变。工作频率越高，分布参数的影响越严重，甚至可能使F 减小到满足不了起振条件。 方案二：电容反馈式三端振荡器考毕兹振荡器

其中：

反馈系数F 的表达式

211

C C C F +≈

不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量CΣ为C1、C2的串联，

即C

C C C ≈+=

∑2

11

11

振荡频率的近似为

L

C C C C LC

f ???? ??+=

≈

21

21021

21ππ

优点：输出波形好，这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减小，波形更加接近于正弦波。其次，该电路中的不稳定电容都是与该电路并联的，因此适当加

L

（a ）原理电路

（b ）交流等效电路

大回路电容量，就可以减弱不稳定因素对振荡频率的影响，从而提高了频率稳定度

缺点：调节C 1、C 2改变频率时，反馈系数也改变。由于极间电容对反馈振荡器的回路电抗均有影响，所以对振荡器频率也会有影响。 克拉泼振荡器

图(a) 为克拉泼振荡器原理电路，(b)为其交流等效电路。它的特点是在前述的电容三点式振荡谐振回路电感支路中增加了一个电容C3，其取值比较小，要求C3<< C1，C3<< C2。

其中：

CΣ为C1、C2 和C3的串联

4

3

211111

C C C C C ≈++=

∑

振荡频率为

4

021

21LC LC f ππ≈

≈

∑

使式成立的条件是C1和C2都要选得比较大，

优点：C1和C2都要选得比较大，则C 1、C 2对振荡频率的影响显著减小，那么与C1、C2并接的晶体管极间电容的影响也就很小了，提高了振荡频率的稳定度。

缺点：在振荡范围较宽时，输出幅度不均匀，且频率升高后不易起振，其主要

(a ) 原理电路 (b ) 交流等效电

3

3

用于固定频率或波段范围较窄的场合。 方案三：电容反馈式三端振荡器——西勒振荡器

图是另一种改进型的电容三点式振荡器，称为西勒振荡器。它可以认为是克拉泼电路的改进电路。其主要特点就是在回路电感L 两端并联了一个可变电容C4，而C3为固定值的电容器，且满足C1、C2远大于C3，C1、C2远大于C4。

回路的总等效电容为4

33

2141111

C C C C C C C +≈+++

=∑

振荡频率

()

4302121C C L LC f +≈

≈

∑

ππ

优点：这种振荡器较易起振，振荡频率也较为稳定，波形失真较小，当参数设置得当时，其频率覆盖系数较大。

基于以上分析，我们决定选用方案三。

三 、设计内容

3.1 LC

振荡器的基本工作原理

3.1.1 构成一个振荡器必须具备下列三个条件：

1.

任何一个振荡回路，包含两个或两个以上储能元件。在这两个储

能元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。接收和释放能量可以往

西勒振荡器

L

(a ) 原理电路

(b ) 交流等效电路

4

返进行，其频率决定于元件的数值。

2.电路中必须要有一个能量来源，可以补充由振荡回路电阻所产生

的损耗。在电容三点式振荡器中，这些能量来源就是直流电源。

3.必须要有一个控制设备，可以使电源在对应时刻补充电路的能量

损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件（电子管，晶体管或集成管）和正反馈电路完成的。

3.1.2由正反馈的观点来决定振荡的条件

利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡, 这就是反馈振荡器的基本原理。反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路。其主网络一般由放大器和选频网络组成, 反馈网络一般由无源器件组成。

当振荡器接通电源后，即开始有瞬变电流产生。这瞬变电流所包含的频带极宽，但由于谐振回路的选择性，它只选出了本身谐振频率的信号。由于正反馈作用，谐振信号越来越强，但它不可能无限制的增长，而是达到一定的数值后，便自动稳定下来，即形成稳定的振荡。