LC正弦波振荡器的设计

高频电子线路课程设计报告

题目: LC正弦波振荡器的设计

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二〇一三年一月八日

摘要：振荡器（英文：oscillator）是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）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。振荡器的种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。

三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫。本文将围绕高频电感三点式正弦波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：高频三点式正弦波振荡器。

目录

1系统方案设计 (4)

1.1设计说明及任务要求 (4)

1.1.1设计说明 (4)

1.1.2设计要求 (5)

1.2 方案1 (6)

1.3 方案2 (7)

2电路设计 (8)

2.1工作原理 (8)

2.2设计内容 (9)

2.2.1原理图 (9)

2.2.2参数计算 (9)

2.2.2注意事项 (10)

3系统测试 (10)

3.1振荡器正常工作 (10)

3.2实现输出频率可变功能 (10)

4结论 (11)

5参考文献 (11)

6附录 (11)

6.1元器件明细表 (11)

6.2电路图图纸............................................................................................ 错误!未定义书签。

6.2.1Altium Designer 原理图设计 (12)

6.2.2PCB制作 (13)

6.2.3成品展示 (13)

6.3电路使用说明 (13)

1系统方案设计

1.1设计说明及任务要求

1.1.1设计说明

1.1.1.1构成一个振荡器必须具备的条件

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。

1.1.1.2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。

振荡器的平衡条件：

当反馈信号等于放大器的输入信号时，振荡电路的输出电压不再发生变化，电路达到平衡状态。

振荡的平衡条件包括振幅平衡条件和相位平衡条件

初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率ω0

的信号应该被保留，成为等幅振荡输出

信号。然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求：

π

2)()(0f 0a n =+ωϕωϕ

1.1.1.3振荡器的平衡条件

上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡可能在在某一状态平衡，但不能说明振荡的平衡状态是否稳定。已建立的振荡能否维持，还必须看平衡状态是否稳定。

振荡器稳定平衡的概念：振荡器的稳定平衡是指在外因作用下，振荡器在平衡点附近可重新建立新的平衡状态，一旦外因消失，它即能自动恢复到原来的平衡状态。

稳定条件：振幅稳定、相位稳定

要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：当振幅变化时，AF 的大小朝反方向变化振幅平衡的稳定条件

1.1.2设计要求

1、基本部分

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，输出频率范围10M~~100MHZ 。

1

||=F A π

ϕϕ2n =+f a 1

)()(00>⋅ωωF A 0

:

omQ

om om

<∂∂=V V V A

振幅稳定条件

2、发挥部分

（1）输出频率可以改变；

（2）工艺结构精致，具有一定的现场实用价值；

为实现整个设计，在此考虑了两种方案，分别一一介绍如下。

1.2 方案1

方案一：电感反馈式三端振荡器

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。