LC调频振荡器说明书
通信电子线路课程设计说明书
LC调频振荡器
院、部：电气与信息工程学院
学生姓名：陈超
指导教师：张松华职称副教授
学号： 11401340322
专业：通信工程
完成时间： 2013年12月09日
摘要
LC正弦波振荡器是各种接收机和发射机中一种常见的电路，在无线电通信、广播、电视设备中用来产生所需要的载波和本机振荡信号。其典型形式为“三点式”振荡电路，电路简单、频率稳定度较高，其工作原理是建立在正反馈基础上将直流电源提供的能量变成正弦交流输出。克拉泼振荡器是改进型“电容三点式”振荡器，其减小了晶体管极间电容对谐振的影响，其振荡频率更加稳定。
直接调频:调频电路是发射机中常见的一种电路，调频分为直接调频和间接调频，本设计直接调频，直接调频是用调制电压去控制LC回路参数，其特点是：振荡调制同时进行，故频率稳定性较差，但其频偏大，电路简单。常用的是变容二极管直接调频电路和电抗管调频。
LC调频振荡器是LC振荡器和调频电路的连接,常用于发射机中，通过调制信号对高频振荡信频率的调制，实现了频谱的非线性变换。
关键词：克拉泼振荡器；调频电路；LC调频振荡器；Multisim仿真
ABSTRACT
1 课程设计任务书 (5)
1.1 设计任务 (5)
1.2 主要技术指标 (5)
1.3 设计思想 (5)
2 概论 (6)
2.1 设计目的 (6)
2.2 LC振荡电路的实现方法 (6)
2.3 调频电路实现方法 (7)
3 各部分设计及原理分析 (8)
3.1 LC振荡器电路的设计 (8)
3.2 调频电路的设计 (9)
3.3 LC调频振荡器电路的设计 (10)
3.3.1 总设计思路 (10)
3.3.2 电路原理图............................ 错误！未定义书签。
4 元件参数的确定 (11)
4.1 LC振荡器电路参数的确立 (11)
4.1.1 设置静态工作点........................ 错误！未定义书签。
4.1.2 确定振荡回路元件值.................... 错误！未定义书签。
4.2 调频电路参数的确定 (12)
5 仿真与调试 (13)
5.1 电路仿真................................... 错误！未定义书签。
5.1.1 仿真电路 (13)
5.1.2 仿真图形及结果 (13)
5.2 实物电路调试 (15)
结束语 (17)
致谢 (18)
参考文献 (18)
附录............................................... 错误！未定义书签。
1.1 设计目的
1、通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《高频电子线路》中所学的理论知识和实验技能，掌握常用电路的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力。
2、掌握电子电路分析和设计的基本方法。根据设计任务和指标初选电路；
调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、安装电路、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。
3、通过严格的科学训练和设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并逐步建立正确的生产观、经济观和全局观，能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。
1.2 设计任务
设计一个LC 调频振荡器
1.3 主要技术指标
（1）主振频率o f =10Z MH ；
（2）频率稳定度小时/105/30-?≤?f f ； （3）输出电压mV U O 200≥； （4）最大频偏kHz f m 50≤?； （5）调制灵敏度V kHz S FM /10≥；
2 设计方案
2.1 设计思想
LC 调频振荡器的设计，是根据LC 调频振荡器的中心频率o f 、频率稳定度
f ?/o f 、输出电压U o 、最大频偏m f ?、调制灵敏度FM S 等性能指标要求，正确地
确定出LC 正弦波振荡器、变容二极管调频电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。
LC 调频振荡器的设计可以分两个方向进行： 1）LC 正弦波振荡器的确定
根据给定的技术指标：中心频率o f =10Z MH ，频率稳定度
小时/105/30-?≤?f f 确定LC 振荡电路的形式为电容三点式的克拉泼电路。
本设计采用2N2222和LC 设计的振荡电路。 2）变容二极管调频电路的确定
根据频率稳定度f ?/o f 、最大频偏m f ?选择线路，采用直接调频，再确定变容二极管的接入系数，确定调制信号电压。
2.2 LC 振荡器电路的实现方法
1）平衡条件
振荡建立起来之后，振荡幅度不会无限制地增长下去，因为随着振荡幅度的增长，放大器的动态范围就会延伸到非线性区，放大器的增益将随之下降，振荡幅度越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大而进入平衡状态。平衡条件是研究振荡器的理论基础，利用振幅平衡条件可以确定振荡幅度，利用相位平衡条件可以确定振荡频率。式（2-1）、（2-2）即为相位平衡条件和振幅平衡条件：
π??n F A 2=+ (n=0，1，2，...) （2-1）
T=︱A 0F ︱=1 （2-2）
2）起振条件
为了确保振荡器能够起振，设计的电路参数必须满足︱AoF ︱>1的条件。而后，随着振荡幅度的不断增大，Ao 就向A 过渡，直到AF=1时，振荡达到平衡状态。显然，AoF 越大于1，振荡器越容易起振，并且振荡幅度也较大。但AoF 过大，放大管进入非线性区的程度就会加深，那么也就会引起放大管输出电流波形的严重失真。所以当要求输出波形非线性失真很小时，应使AoF 的值稍大于1。式（2-3）和（2-4）分别称为振荡器起振的相位条件和振幅条件：
π??n F A 2=+ (n=0，1，2，...) （2-3）
1
0>F A （2-4）
2.3 调频电路的实现方法
实现调频的方法有两大类，即直接调频与间接调频。 1）直接调频法
直接调频就是用调制信号直接控制振荡器的振荡频率，使其与调制信号成线性规律变化。在LC 正弦振荡器中，由于振荡频率近似等于振荡回路谐振频率，在振荡回路中接入可控电抗元件，用调制信号去控制可变电抗元件的电抗值，从而使振荡频率随调制信号变化，实现直接调频。直接调频优点是频偏较大，但中心频率不易稳定。其组成框图如图1：
图1 直接调频电路组成框图
2）间接调频法
先将调制信号进行积分，然后用它对载波进行调相，从而获得调频信号，称为间接调频法。间接调频实现的原理框图如图2所示：
图2 间接调频电路组成框图
我们主要技术要求是：频偏尽量大，并且与调制信号保持良好的线性关系；中心频率的稳定性尽量高；寄生调幅尽量小；调制灵敏度尽量高。根据题目要求，其频率稳定度f ?/o f ≤小时/1053-?，最大频偏kHz f m 50≤?，我们决定采用直接调频法来设计电路。
3 原理图设计
3.1 LC 振荡器电路的设计
LC 正弦波振荡器的作用是产生高频正弦波。在本设计中用于产生10MHz 的正弦振荡信号。如图3所示，由晶体管Q1及LC 谐振回路组成改进型“电容三点式”振荡器即克拉泼振荡电路，它被结为共基组态。
图3 LC 正弦波振荡原理图
B C 为基极耦合电容，其静态工作点又R B1,R B2 ,R E 及R c 决定，即： （3-1） （3-2） （3-3）
（3-4） 小功率振荡器的静态工作电流CQ I 一般为1～4mA ，CQ I 偏大，振荡幅度增加，但波形失真加重,频率稳定性变差。L1、C1与C2、C3组成并联谐振回路，其中
C3两端的电压构成振荡器的反馈电压BE V ,以满足相位平衡条件。F=C2/C3决定反馈电压的大小，电路起振条件为VO A F>1，当VO
A F=1时，振荡器满足相位平衡条件。反馈系数F 一般取1/8到1/2。
E CQ BE BQ EQ R I V V V ≈-=C
CEQ CC CQ R V V I +-=
E R β
/BQ CQ I I =CC B B V R R V 2
B12
BQ R +=
为减少晶体管的极间电容对回路振荡频率的影响，要求C1< （3-5） C1越小，振荡频率稳定度越高，放大倍数越小，但如C1过小，振荡器不满足振幅起振条件而停止振荡。 3.2 调频电路的设计 变容二极管通过C4部分接入振荡回路，有利于提高中心频率f o 的稳定度，减小调制失真。图4为变容管部分接人振荡回路的等效电路。变容管和C4串联，再和C3并联构成振荡回路总电容C ： j c j c 1C C C C C C ++ =∑ （3-6） 式中C j 为变容二极管的结电容。它与外加电压的关系为 r D j j V v C C ??? ? ? ?-= 10 （3-7） 图4 变容二极管部分接入的等效电路 3.3 LC 调频振荡器电路的设计 3.3.1 总设计思路 LC 调频振荡器的工作流程如下：LC 调频振荡器一般由LC 正弦波振荡器与变容二极管调频电路两大部分组成。其中，LC 正弦波振荡器用于产生一定频率和 1 1o π21 C L f ≈ 幅度的信号，无须外加输入信号的控制，就能自动将电能转换为所需要的交流能量输出，即自激振荡；将变容二极管通过电容Cc 耦合接入LC 振荡回路中，而变容二极管电容的改变是由调制信号决定的，从而实现对LC 正弦波振荡器频率的调制，实现调频。 LC 调频振荡器组成框图，如图5所示： 图5 LC 调频振荡器的组成框图 3.3.2 电路原理图 电路原理图如图6示： 图6 电路原理图 调频电路由变容二极管和它的偏置电路组成。其中R 1与R 2为变容二极管提供静态时的反向直流偏置电压V Q ，它给变容二极管提供反向偏压。 R R B1 V Q =[R2/(R1+R2)]Vcc 。电阻R 3为隔离电阻，常取R 3>>R 1，R 3>>R 2,以减小加入变容二极管偏置电路后对振荡回路Q 值的影响。高频扼流圈ZL 2与C 6给u(t)提供通路，C 5起高频滤波作用。 4 电路元件参数确定 4.1 LC 振荡器电路参数的确定 4.1.1 设置静态工作点 振荡器的静态工作点取I CQ =2mA ，V CEQ =6V ，测得晶体管=60。 因R E +R C =(Vcc - V CEQ)/ I CQ ，为提高电路的稳定性，R E 的值可适当增大，取R E =1k Ω， 则R C =2k Ω。因 V EQ =I CQ ×R E =2V (4-1) 若取流过R B2的电流 I B2=10I BQ =10I CQ /=0.33Ma (4-2) 则 R B2=V BQ /I B2≈8.2k Ω (4-3) 因 (4-4) 即 R B1=v ccR B2/V BQ-R B2=28.2k Ω (4-5) R B1用24k Ω电阻与22k Ω电位器串联，以便调整静态工作点。 4.1.2 确定振荡回路元器件值 若取C1=50pF ，且f o=10MHz ，由公式 得 L1=5μH 电容C2、C3由反馈系数F 及电路条件C1< 4.2 调频电路参数的确定 变容管的静态反偏压U 由电阻R1与R2分压决定， 即 VQ ={R2/(R1+R2)}V cc 已知VQ =4V ，若取R2=10K ，则R1=(V cc/VQ-1)R2=20K CC 2 B1 2 R V V R R BQ B B =+1 1o π21C L f ≈ 实验时R1用24kΩ电阻与22kΩ电位器串联，以便调整静态偏压U。 隔离电阻R3应远大于R1、R2，取R3=150kΩ。 低频调制信号U的耦合支路电容C5及电感L2应对U提供通路，一般的频率为几十赫至几十千赫兹，故取C5=4.7uF，L2=47uH（固定电感）。高频旁路电容C6应对调制信号U呈现高阻，取C6=5100pF。 5 仿真与调试 5.1 电路仿真 5.1.1 仿真电路 图7 仿真电路 5.1.2 仿真图形及结果 LC振荡器的输出频率f o称为主振频率或载波频率。用数字频率计测量回路的谐振频率fo，高频电压表测量谐振电压Uo，示波器检测振荡波形。起振波形如图8所示。调频测试电路如图9所示，幅值及频率分别如图10和图11所示。 图8 起振波形 图9 LC振荡器波形 图10 输出电压Uo 图11 频率fo 5.2 实物电路调试 图12 实物振荡波形由波形得振荡波形f=10.31MHz 误差S%=（10.31-10）/10=3.1% 图11 实物调频 数据分析 由图9、图10知频率fo 为10MHZ ，电Uo 为693mV,对比技术指标中心频率fo=10MHZ 知符合技术要求指标，所得波形为高频正弦波，符合LC 正弦波振荡器所得波形。 主振频率f o 的相对稳定性用频率稳定度f ?/o f 表示。我们在仿真图10每隔几分钟读一个频率值，然后取其范围内的最大值max 与最小值min ，则频率稳定度 min max 0/f f f f f -= ? 求得其频率稳定度大约为（310-～4 10-）/小时，对比课题中给出的频率稳定度 为f ?/o f ≤小时/1053-?知此电路符合要求。 灵敏度： S F=d （△f ）/d （u Ω） 得灵敏度满足S F ≥10KHz/V 误差分析 1)误差计算 f o%=（10.001-10.000）?100%/10.000=0.0001% 2)误差原因 由于调频振荡器的工作频率较高，三极管的结点电容、电感、电容的分布及测量仪器对实验结果会有一定的影响。电路中测量仪器的影响，电路参数的可调性大。LC 振荡器使用中不可避免地会受到各种外界因数的影响，使得这些参数发生变化导致振荡频率不稳定。 调试中的问题 实验中振荡电路接通电源后，有时不起振，但有时在外界信号强烈触发下会起振，或者在波段振荡器中有时只在某一频段振荡，而在另一频段不振荡。经过讨论分析，知道这些现象无非是没有满足相位平衡条件或振幅平衡条件。如果在全波段内不振荡，首先要看相位平衡条件是否满足。此外，还要在振幅平衡条件所包含的各种因素中找原因，例如： 1、静态工作点选的太小。 2、电源电压过底，使振荡管放大倍数太小。 3、负载太重，振荡管与回路间耦合过紧，回路Q值太低。 5、反馈系数太小，不易满足振幅平衡条件。但反馈系数并非越大越好，应适当选取。 结束语 通过近一个月对理论的研究，设计思路的摸索，我们成功做成了LC调频振荡器，无比兴奋。以我们目前掌握的知识显然应对课程设计是很困难的，我们小组收集到很多很好的资料，从设计原理到设计过程、思路都给我们很大的帮助，同时也加深了对理论知识的理解，尤其是振荡与调频电路增进了理解。这次设计，根据课题的技术指标，在进行了数据计算，基本上完成了设计的整体方案。我们团体协作，共同完成了LC调频振荡器的设计任务，总的来说是基本上实现了设计所要求的功能，但一定程度上还是有很多不足之处。这次设计也培养了我们的电路设计基本思路和方法，提高了我们综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题的能力，培养我们对专业知识的兴趣，也在一定程度上提高了我们写作论文的能力，从而基本上达到了这次课程设计的目的。我也明白理论和实际是不同的两个环节，就比如，设计出来的电路在理论上是可行的，但是实际做出来的板子可能也会没有波形出现，这就需要调试，调试又要从理论上找准修改的元器件的值，所以在这次理论与实践相结合的设计中，我收获颇多。 致谢 在此次课程设计中，我要向帮助我们的人们表达最诚挚的谢意。感谢指导老师的悉心指导，帮助我分析思路，开拓视野，解决问题。张老师治学严谨，使我受益终身。其次，我还要感谢我们组的其他成员，在我们共同努力下，完成了此次设计。这是一个快乐的过程，感谢这次设计，我学会了很多。 参考文献 [1] 胡宴如. 高频电子线路【M】.北京：高等教育出版社，1993 [2] 谢自美. 电子线路设计·实验·测试【M】.武汉：华中科技大学出版社，2003 [3] 康华光. 电子技术基础【M】.高等教育出版社，1979 附录 附录一元件清单 附录二 PCB图 附录三原理图 附录四实物电路板 摘要 振荡器的种类很多，适用的范围也不相同，但它们的基本原理都是相同的，都由放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。然后通过所学的高频知识进行初步设计，由于受实践条件的限制，在设计好后，我利用了模拟软件进行了仿真与分析。为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim10.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。 关键词：LC振荡回路；仿真；正弦波信号；Multisim软件； 目录 一、绪论 (1) 二、方案确定 (1) 2．1电感反馈式三端振荡器 (2) 2．2电容反馈式三端振荡器 (3) 2.3 振荡平衡条件一般表达式 (4) 2．4起振条件和稳幅原理 (4) 三、LC振荡器的基本工作原理 (4) 四、总电路设计和仿真分析 (5) 4.1软件简介 (5) 4.2 总电路设计 (7) 4.3 进行仿真 (8) 4.4 各个原件对电路的影响 (11) 五、心得体会 (12) 参考文献 (13) 附录 (14) 电路原理图 (14) 元器件清单 (14) 一、绪论 在本课程设计中，对LC正弦波振荡器的仿真分析。正弦波振荡器用来产生正弦交流信号的电路，它广泛应用于通信、电视、仪器仪表和测量等系统中。在通信方面，正弦波震荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或调解时所需要的本机振荡信号。医用电疗仪中，用高频加热。在课程设计中，学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim10.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。 我利用了仿真软件对电路进行了一写的仿真分析，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号，本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。 二、方案确定 通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。我们这里研究的主要是LC三端式振荡器。 压控振荡器 一.基本原理 信号的频率取决于输入信号电压的大小，因此称为“压控振荡器”。其它影响压控振荡器输出信号的参数还VCO（Voltage ControlledOscillator）（压控振荡器）是指输出信号的频率随着输入信号幅度的变化而发生相应变化的设备，它的工作原理可以通过公式（5-1）来描述。 (5-1） 其中，u(t)表示输入信号，y(t)表示输出信号。由于输入信号的频率取决与输入信号的电压的变化，因此称为“压控振荡器”。其他影响压控振荡器输出信号 的参数还有信号的幅度A c ，振荡频率f c ，输入信号灵敏度k c ，以及初始相位。 压控振荡器的特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表示。图中,uc为零时的角频率ω0,0称为自由振荡角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。 压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC 压控振荡器居二者之间。 在MATLAB中压控振荡器有两种：离散时间压控振荡器和连续时间压控振荡器，这两种压控振荡器的差别在于，前者对输入信号采用离散方式进行积分，而后者则采用连续积分。本书主要讨论连续时间压控振荡器。 为了理解压控振荡器输出信号的频率与输入信号幅度之间的关系，对公式（5-1）进行变换，取输出信号的相角Δ为 对输出信号的相角Δ求微分，得到输出信号的角频率ω和频率f分别为： ω=2πf c+2πk c u(t) (5-3） (5-4） 从式(5-4)中可以清楚地看到，压控振荡器输出信号的频率f与输入信号幅度u(t)成正比。当输入信号u(t)等于0时，输出信号的频率f等于f c；当输入信号u(t)大于0时，输出信号的频率f高于f c；当输入信号u(t)小于0时，输出信号的频率f低于f c。这样，通过改变输入信号的幅度大小就可以准确地控制输出信号的频率。 二.程序及结果分析 定义一个锯齿波信号，频率是20HZ，幅度范围在0V和1V之间。现在用此信号 =20HZ,输入信号作为压控振荡器的输入控制信号，该压控振荡器的振荡频率f c 灵敏度，初始相位。使用MATLAB求得输出的压控振荡信号。MATLAB 程序如下： %MATLAB实现压控振荡器 clear all; clc; t0=0.15;%定义压控信号持续时间 ts=0.0001;%定义信号采样率 fc=50;%定义振荡频率 t=[0:ts:t0];%时间矢量 u0=20*t(1:length(t)/3);%定义压控信号（单周期） u=[u0,u0,u0,0];%定义压控信号（3个周期） Ac=1;%定义振幅 kc=0.1;%定义输入信号灵敏度 fi=0;%定义初始相位 %对压控信号进行积分 u_int(1)=0;%定义压控信号积分初值 for i=1:length(u)-1%进行离散积分 u_int(i+1)=u(i)+u_int(i); LC振荡器知识 1.什么是振荡?振荡器必须具备什么条件才能振荡? 答：如图1-28所示电路，开关S打到位置1时，电容C就被充电到电源电压，再将开关S从1切换到2的位置，使电容C与电感L并联起来，这时电容C 就向电感L放电。在C刚放电时，由于电感中的电流不能突变，因此放电电流从零开始，逐渐增大，而电容C的端电压逐渐减小。此时电容C中的电能逐渐变为电感 L中的磁能；当电容中的电荷放完，其端电压等于零时，这时电容不再放电，但由于电感中的电流不能突变，因此，电流并不会突然消失，而是按照原来的方向继续 流动，电感L反过来向电容C充电，电容两端重新出现电荷，但此时电容两端的电压极性与原来电容两端电压极性相反。在L向C反向充电的过程中，电感L的电流 逐渐减小，电容C上的电压逐渐增大，使电感中的磁能又变成电容中的电能。 当电容的端电压达到最大值时，C又向L充电，其过程与前述相同，只是放电电流方向相反。就这样电能和磁能反复地相互转换，我们把这种现象称为振荡。 振荡器实质是一种满足自激振荡条件的反馈放大器，它可以产生正弦波信号或非正弦波信号。能产生正弦波信号的振荡器称为正弦波振荡器，其电路称为正弦 波振荡电路。正弦波振荡电路是一个满足自激振荡条件的正反馈放大电路，有时也称为反馈振荡电路。正弦波振荡器产生持续振荡有两个条件，其一为振幅平衡条件 (∣AF│=AF=1)；其二为相位平衡条件(φa+φf=2nπ，n=0，1，2，……)。这里设 式中，φa为基本放大电路输出信号与输入信号之间的相位差；φf为反馈信号与输出信号之问的相位差。 2．正弦波振荡电路由哪几部分组成?各部分有什么作用? 答：正弦波振荡电路由四部分组成，即放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节。 高频电子线路课程设计报告设计题目：高频正弦信号发生器 2015年 1月 6 日 目录 一、设计任务与要求 (1) 二、设计方案 (1) 2.1电感反馈式三端振荡器 (2) 2.2电容反馈式三端振荡器 (2) 2.3克拉波电路振荡器 (6) 三、设计内容 (8) 3.1LC振荡器的基本工作原理 (8) 3.2克拉泼电路原理图 (9) 3.2.1振荡原理 (9) 3.3克拉泼振荡器仿真 (10) 3.4.1软件简介 (10) 3.4.2进行仿真 (10) 3.4.3电容参数改变对波形的影响 (11) 四、总结 (17) 五、主要参考文献 (18) 六、附录.................................................................................... .. (18) 一、设计任务与要求 为了熟悉《高频电子线路》课程中所学到的知识，在本课程设计中，我和队友（石鹏涛、甘文鹏）对LC正弦波振荡器进行了分析和研究。通过对几种常见的振荡器（电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器、改进型电容反馈式振荡器）进行分析论证，我们最终选择了克拉泼振荡器。 在本次课程设计中，设计要求产生10～20Mhz的振荡频率。振荡器的种类很多，适用的范围也不相同，但它们的基本原理都是相同的，都由放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。然后通过所学的高频知识进行初步设计，由于受实践条件的限制，在设计好后，我利用了模拟软件进行了仿真与分析。为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我们选用的仿真软件是Multisim11.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。 最后我们利用了仿真软件对电路进行了一写的仿真分析，如改变电容的参数，分析对电路产生的影响等，再考虑输出频率和振幅的稳定性，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 二：设计方案 通过学习高频电子线路的相关知识，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路）等。通过老师所讲和查阅相关资料可知，克拉泼振荡电路具有该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用改进型电容反馈式--克拉泼电路振荡器。 下面对几种振荡器进行分析论证： 2.1电感反馈式三端振荡器 目录 1 引言 (2) 2 振荡器的原理 (5) 2.1 振荡器的功能、分类与参数 (5) 2.2 起振条件 (9) 2.3 压控振荡器的数学模型 (10) 3 利用ADS仿真与分析 (11) 3.1 偏置电路的的设计 (12) 3.2 可变电容VC特性曲线测试 (13) 3.3 压控振荡器的设计 (15) 3.4 压控振荡器相位噪声分析 (18) 3.5 VCO振荡频率线性度分析 (23) 4 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (25) 压控振荡器的设计与仿真 Advanced Design System客户端软件设计 电子信息工程（非师范类）专业 指导教师 摘要：ADS可以进行时域电路仿真，频域电路仿真以及数字信号处理仿真设计，并可对设计结果进行成品率分析与优化，大大提高了复杂电路的设计效率。本论文运用ADS仿真软件对压控振荡器进行仿真设计，设计出满足设计目标的系统，具有良好的输出功率，相位噪声性能及震荡频谱线性度。本论文从器件选型开始，通过ADS软件仿真完成了有源器件选型，带通滤波器选型，振荡器拓扑结构确定，可变电容VC特性曲线，瞬态仿真及谐波平衡仿真。实现了准确可行的射频压控振荡器的计算机辅助设计。关键字：压控振荡器，谐波平衡仿真，ADS 1 引言 振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。 人们对振荡器的研究未曾停止过。从早期的真空管时代当后期的晶体管时代，无论是理论上还是电路结构和性能上，无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的 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，能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。其构成的电路叫振荡电路。其中，LC振荡器因其使用方便和灵活性大而得到广泛的应用。因此，了解LC振荡器电路的特性显得尤为重要。本次实验将讨论各个LC振荡电路各元件与反馈系数|F|、角频率w之间的关系。 关键词：LC振荡；MATLAB；反馈系数；频率 Abstract The oscillator is used to generate repeat electronic signal (usually a sine wave or square wave) of electronic components, can the DC conversion to electronic circuit or device with a certain frequency AC signal output. Constitute a circuit called the oscillation circuit. Among them, the LC oscillator because of its convenience and flexibility and has been widely applied. Therefore, to understand the characteristics of LC oscillator circuit is very important. This study will discuss the relationship between the various LC oscillation circuit components and feedback coefficient |F|, frequency . Keywords: LC oscillation; MATLAB; frequency feedback coefficient; 高频课设实验报告 实验项目电容三点式LC振荡器的设计与制作系别 专业 班级/学号 学生姓名 实验日期 成绩 指导教师 电容三点式 LC 振荡器的设计与制作 一、实验目的 1．了解电子元器件和高频电子线路实验系统。 2．掌握电容三点式LC 振荡电路的实验原理。 3．掌握静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q 值对振荡器振荡幅度和频率的影响4．了解负载变化对振荡器振荡幅度的影响。 二、实验电路实验原理 1.概述 2．L C振荡器的起振条件 一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振平衡条件和相位平衡条件。 3．LC振荡器的频率稳定度 频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：△f0／f0来表示（f0为所选择的测试频率：△f0为振荡频率的频率误差，Δf0=f02 -f01：f02和f01为不同时刻的f0），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高 Q 值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。 4．LC振荡器的调整和参数选择 以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图1-1 所示。 （1）静态工作点的调整 合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏有一定的影响。偏置电路一般采用分压式电路。当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性 状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效 Q 值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区靠近截止区。 （2）振荡频率 f 的计算 式中 CT为 C1、C2和 C3的串联值，因 C1（300p）>>C3（75p），C2（1000P）>> C3（75p），故 CT≈C3，所以，振荡频率主要由 L、C 和 C3 决定。 （3）反馈系数F的选择 反馈系数 F不宜过大或过小，一般经验数据 F≈0.1～0.5，本实验取F=0.3 5.克拉波和西勒振荡电路 图 1-2 为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。图1-3 为并联改进型电容三点式振荡电路——西勒振荡电路。 6.电容三点式 LC 振荡器电路 电容三点式LC振荡器电路如图1-4所示。图中1K01打到“S”位置（右侧）时，为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置（左侧）时，为改进型西勒振荡电路。开关IS03控制回路电容的变化。调整1W01可改变振荡器三极管的电源电压。1Q02为射极跟随器。1TP02为振荡器直流电压测量点。1W02用来改变输出幅度。 二、实验目的 lc压控振荡器实验报告 篇一：实验2 振荡器实验 实验二振荡器 （A）三点式正弦波振荡器 一、实验目的 1. 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。 2. 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。 3. 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。 二、实验内容 1. 熟悉振荡器模块各元件及其作用。 2. 进行LC振荡器波段工作研究。 3. 研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。 4. 测试LC振荡器的频率稳定度。 三、基本原理 图6-1 正弦波振荡器（4.5MHz） 【电路连接】将开关S2的1拨上2拨下， S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振 荡频率。振荡频率可调范围为： ?3.9799?M??f0??? ? ?4.7079?M? CCI?25p CCI? 5p 调节电容CCI，使振荡器的频率约为4.5MHz 。振荡电路反馈系数: F= C1356 ??0.12 C20470 振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。 四、实验步骤 根据图6-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。 1. 调整静态工作点，观察振荡情况。 1）将开关S2全拨下，S1全拨下，使振荡电路停振 调节上偏置电位器RA1，用数字万用表测量R10两端的静态直流电压UEQ(即测量振荡管的发射极对地电压UEQ)，使其为5.0V(或稍小，以振荡信号不失真为准)，这时表明振荡管的静态工作点电流IEQ=5.0mA（即调节W1使 简单介绍LC振荡电路的工作原理及特点 LC振荡电路，顾名思义就是用电感L和电容C组成的一个选频网络的振荡电路，这个振荡电路用来产生一种高频正弦波信号。常见的LC振荡电路有好多种，比如变压器反馈式、电感三点式及电容三点式，它们的选频网络一般都采用LC并联谐振回路。这种振荡电路的辐射功率跟振荡频率的四次方成正比，如果要想让这种电路向外辐射足够大的电磁波的话，就必须提高其振荡频率，而且还必须是电路具备开放的形式。 LC振荡电路之所以有振荡，是因为该电路通过运用电容跟电感的储能特性，使得电磁这两种能量在交替转化，简而言之，由于电能和磁能都有最大和最小值，所以才有了振荡。当然，这只是一个理想情况，现实中，所有的电子元件都有一些损耗，能量在电容和电感之间转化是会被损耗或者泄露到外部，导致能量不断减小。所以LC 振荡电路必须要有放大元件，这个放大元件可以是三极管，也可以是集成运放或者其他的东西。有了这个放大元件，这个不断被消耗的振荡信号就会被反馈放大，从而我们会得到一个幅值跟频率都比较稳定的信号。 开机瞬间产生的电扰动经三极管V组成的放大器放大，然后由LC选频回路从众多的频率中选出谐振频率F0。并通过线圈L1和L2之间的互感耦合把信号反馈至三极管基极。设基极的瞬间电压极性为正。经倒相集电压瞬时极性为负，按变压器同名端的符号可以看出，L2的上端电压极性为负，反馈回基极的电压极性为正，满足相位平衡条件，偏离F0的其它频率的信号因为附加相移而不满足相位平衡条件，只要三极管电流放大系数B和L1与L2的匝数比合适，满足振幅条件，就能产生频率F0的振荡信号。 LC振荡电路物理模型的满足条件 ①整个电路的电阻R=0(包括线圈、导线)，从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热损耗为零。 ②电感线圈L集中了全部电路的电感，电容器C集中了全部电路的电容，无潜布电容存在。 ③LC振荡电路在发生电磁振荡时不向外界空间辐射电磁波，是严格意义上的闭合电路，LC电路内部只发生线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，即便是电容器内产生的变化电场，线圈内产生的变化磁场也没有按麦克斯韦的电磁场理论激发相应的磁场和电场，向周围空间辐射电磁波。 能产生大小和方向都随周期发生变化的电流叫振荡电流。能产生振荡电流的电路叫振荡电路。其中最简单的振荡电路叫LC回路。 振荡电流是一种交变电流,是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。 充电完毕(放电开始)：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。 放电完毕(充电开始)：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。 充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。 放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。 在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的 实验2 正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器） 一．实验目的 1.掌握电容三点式LC振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2.掌握LC振荡器幅频特性的测量方法； 3.熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响； 4.了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。二．实验内容 1.用示波器观察LC振荡器和晶体振荡器输出波形，测量振荡器输出电压峰-峰值，并以频率计测量振荡频率； 2.测量LC振荡器的幅频特性； 3.测量电源电压变化对振荡器的影响； 4.观察并测量静态工作点变化对晶体振荡器工作的影响。 三．实验步骤 1.实验准备 插装好LC振荡器和晶体振荡器模块，接通实验箱电源，按下模块上电源开关，此时模块上电源指示灯点亮。 2.LC 振荡实验（为防止晶体振荡器对LC振荡器的影响，应使晶振停振，即将3W03顺时针调到底。） （1）西勒振荡电路幅频特性的测量 3K01拨至LC振荡器，示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3P02。调整电位器3W02，使输出最大。开关3K05拨至“P”，此时振荡电路为西勒电路。四位拨动开关3SW01分别控制3C06（10P）、3C07（50P）、3C08（100P）、3C09（200P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如开关“1”、“2”往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表2-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰-峰值V P-P），并将测量结果记于表中。 表2-1 根据所测数据，分析振荡频率与电容变化有何关系，输出幅度与振荡频率有何关系，并 LC压控振荡器课程设计（含程序）武汉理工大学《学科基础课群课设》 摘要 本设计是一个功能完善,性能优良的高频VCO(Voltage Control Oscillation)。主 振器由分立元件组成。电压对频率的控制是通过变容二极管来实现的。即通过改变变容 二极管的反向压降，从而改变变容二极管的结电容，继而改变振荡频率。系统的输出频 ,3率范围为10MHz—40MHz。频率稳定度在以上。设计以单片机为控制核心，实现频10 率和电压值的实时测量及显示并控制频率步进，步进有粗调和细调的功能。粗调可实现 较大步进值调节，是调可实现较小步进值调节。该功能使得频率的准确定位十分方便。 本电路在调频部分为提高输出频率精度，采用单片机控制主振器参数，根据产生不同的 频率范围控制不同的主振器参数而达到提高精度和稳定度的目的。为了高频信号的良好 传输，本设计的部分电路板采用了人工刻板使得本设计更加特色鲜明，性能优良。 关键字:VCO 单片机变容二极管 ADC0804 Abstract This design is a high frequency VCO with comprehensive and perfect function. The main vibrator is made up of several separable components. Voltage control on the frequency is realized by way of varicap diode. That, changing the reverse voltage of diode can adjust the frequency. The frequency of the apparatus can output from 10MHz to 40MHz, and its I 武汉理工大学《学科基础课群课设》 ,3frequency stability can reach .This design uses a single-chip as control core to measure 10 and display the frequency and voltage and regulate frequency. The frequency adjustment includes two procedures -approximate adjusting and slight adjusting, The slight adjusting can realize the precise frequency output. In order to change the precision of frequency to output, the circuit control the main vibrator with a single-chip. In order go gain what we to. we can change the different parameters of the main vibrator. In addition, Some part of the design wield arterial pattern plate. It nape the circuit mare perfect. Key words: VCO MCU DIODE ADC0804 目录 1. 系统设计 (1) 1.1 设计要求 (1) LC正弦波振荡电路详解 LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的，只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。 一、LC谐振回路的频率特性 LC正弦波振荡电路中的选频网络采用LC并联网络，如图所示。图(a)为理想电路，无损耗，谐振频率为 （推导过程如下） 公式推导过程： 电路导纳为 令式中虚部为零，就可求出谐振角频率 式中Q为品质因数 当Q>>1时，，所以谐振频率 将上式代入，得出 当f=f0时，电抗 当Q>>1时，，代入，整理可得 在信号频率较低时，电容的容抗() 很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的 感抗()很大，网络呈容性；只有当f=f0时， 网络才呈纯阻性，且阻抗最大。这时电路产生电 流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的 磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。 实际的LC并联网络总是有损耗的，各种损耗等 效成电阻R，如图(b)所示。电路的导纳为 回路的品质因数 （推导过程如下）公式推导过程： 电路导纳为 令式中虚部为零，就可求出谐振角频率 式中Q为品质因数 当Q>>1时，，所以谐振频率 将上式代入，得出 当f=f0时，电抗 当Q>>1时，，代入，整理可得 上式表明，选频网络的损耗愈小，谐振频率相同时，电容容量愈小，电感数值愈大，品质因数愈大，将使得选频特性愈好。 当f=f0时，电抗 （推导过程如下） 公式推导过程： 电路导纳为 令式中虚部为零，就可求出谐振角频率 实验三电容三点式LC 振荡器 」、实验目的 1、 掌握电容三点式LC 振荡电路的实验原理； 2、 了解静态工作点、耦合电容、反馈系数、品质因数 Q 值对振荡器振荡幅度 和频率的影响； 3、 了解负载变化对振荡器振荡幅度的影响。 二、实验原理 1、电路与工作原理 (1) 图3-2克拉泼振荡电路中，串联电容 C1、C2和C 构成总电容。因为 C1( 300p) >>C( 75p), C2( 1000P >>C ( 75p),故总电容约等于 C, 所以振荡频率主要由L 和C 决定。 (2) 图3-3西勒振荡电路中，电容C1、C2和C3的串联值后与电容C 相并。 因为 C1(300p)>>C3(75p)，C2 ( 1000P)>>(75p)，故总电容约等 于C+C3所以振荡频率主要由L 、C 和C3决定。 (3) 反馈系数F=F1: F2，反馈系数F 不宜过大或过小，一般经验数据 F~ 0.1?0.5， 本实验取0.3 2、实验电路 如图3-4所示，1K01打到“串S ”位置时，为改进型克拉泼振荡电路，打到 图3-2克拉泼振荡电路 图3-3西勒振荡电路 “并P”位置时，为改进型西勒振荡电路。开关1S03控制回路电容的变化；调 整1W01可改变振荡器三极管的电源电压；1Q02为射极跟随器；1TP02为振荡器直流电压测量点，1W02用来改变输出幅度。 |{iM3 三、实验内容 1测量“并P”西勒振荡电路幅频特性； 2、测量“串S”克拉泼振荡电路幅频特性； 3、测量波段覆盖系数。 四、实验步骤 （一）模块上电 将LC振荡器模块③接通电源，即可开始实验。 （二）测量振荡电路的幅频特性 1、西勒振荡电路幅频特性的测量 实验三 LC正弦波振荡器 一、实验目的 1.熟悉电容三点式振荡器（考毕兹电路）、改进型电容三点式振荡器（克拉 泼电路及西勒电路）的电路特点、结构及工作原理。 2.掌握振荡器静态工作点调整方法。 3.掌握晶体管（振荡管）工作状态、反馈大小对振荡幅度与波形的影响。 4.掌握改进型电容三点式正弦波振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。 5.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。 5.比较不同LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深振荡器频率稳定度的 理解。 二、预习要求 1.复习LC振荡器的工作原理。 2.分析图3-7电路的工作原理，及各元件的作用，并按小信号调谐放大器模 的 (设晶体管的β值为100)。 式设置晶体管静态工作点，计算电流I C 仿真要求： 1.按图3-7构建仿真电路，实现各种结构的振荡器 2.以克拉泼电路振荡器为原型，改变振荡回路参数测量振荡器输出 3.改变反馈系数，观测振荡器输出 4.改变负载电阻，观测振荡器输出 5．试构建西勒电路，完成2-4内容。 三、实验内容： 1)分析电路结构，正确连接电路，使电路分别构成三种不同的振荡电 路。 2)研究反馈大小及工作点对振荡器电路振荡频率、幅度及波形的影响。 3)研究振荡回路Q值变化对频率稳定度的影响 4)研究克拉泼电路中电容C1003-1、C1003-2、C1003-3对振荡频率及幅度的 影响。 5)研究西勒电路中电容C1004对振荡频率及幅度的影响。 四、实验原理 1.实验原理： 正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器，这是应用非常广泛的一类电路，产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，不外是RC、LC和晶体振荡器三种形式。在本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器振荡器。 1电路特点： 图3-7为实验电路，V1001及周边元件构成了电容反馈振荡电路及石英晶体振荡电路。V1002构成射极输出器。S1001、S1002、S1003、J1001分别连接在不同位置时，就可分别构成考毕兹、克拉泼和西勒三种不同的LC振荡器以及石英晶体振荡器。 压控振荡器 指输出频率与输?入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)，频率是输?入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器的?工作状态或振荡回路的元件参数受输?入控制电压的控制，就可构成?一个压控振荡器。 voltage-controlled oscillator LC压控振荡器、RC压控振荡器 1. 简介 压控振荡器的控制特性 其特性?用输出?角频率ω0与输?入控制电压uc之间的关系曲线(图1)来表?示。图中,uc为零时的?角频率ω0,0称为?自由振荡?角频率；曲线在ω0,0处的斜率K0称为控制灵敏度。在通信或测量仪器中，输?入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。?人们通常把压控振荡器称为调频器，?用以产?生调频信号。在?自动频率控制环路和锁相环环路中，输?入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的?一个受控部件。 压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好、控制灵敏度?高、调频范围宽、频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度?高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低?而调频范围宽，LC压控振荡器居?二者之间。 LC压控型 在任何?一种LC振荡器中，将压控可变电抗元件插?入振荡回路就可形成LC压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来?大都使?用变容?二极管。图 2是克拉泼型LC压控振荡器的原理电路。图中，T为晶体管，L为回路电感，C1、C2、Cv为回路电容,Cv为变容?二极管反向偏置时呈现出的容量;C1、C2通常?比Cv ?大得多。当输?入控制电压uc改变时，Cv随之变化，因?而改变振荡频率。这种压控振荡器的输出频率与输?入控制电压之间的关系为 VCO输出频率与控制电压关系 式中C0是零反向偏压时变容?二极管的电容量；φ是变容?二极管的结电压；γ是结电容变化指数。为了得到线性控制特性，可以采取各种补偿措施。 RC压控振荡器 在单?片集成电路中常?用RC压控多谐振荡器（?见调频器）。 lc振荡电路分析_lc振荡电路工作原理及特点分析 LC振荡电路，是指用电感L、电容C组成选频网络的振荡电路，用于产生高频正弦波信号，常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路、电感三点式LC 振荡电路和电容三点式LC振荡电路。LC振荡电路的辐射功率是和振荡频率的四次方成正比的，要让LC振荡电路向外辐射足够强的电磁波，必须提高振荡频率，并且使电路具有开放的形式。 LC振荡电路运用了电容跟电感的储能特性，让电磁两种能量交替转化，也就是说电能跟磁能都会有一个最大最小值，也就有了振荡。不过这只是理想情况，实际上所有电子元件都会有损耗，能量在电容跟电感之间互相转化的过程中要么被损耗，要么泄漏出外部，能量会不断减小，所以实际上的LC振荡电路都需要一个放大元件，要么是三极管，要么是集成运放等数电LC，利用这个放大元件，通过各种信号反馈方法使得这个不断被消耗的振荡信号被反馈放大，从而最终输出一个幅值跟频率比较稳定的信号。频率计算公式为f=1/［2（LC）］， 其中f为频率，单位为赫兹（Hz）；L为电感，单位为亨利（H）；C为电容，单位为法拉（F）。 lc振荡电路工作原理及特点分析LC电磁振荡过程涉及的物理量较多，且各个物理量变化也比较复杂。实际分析过程中，如果注意到电场量（电场能、电压、电场强度）和磁场量（磁场能、电流强度、磁感应强度）的异步变化，电场量、磁场量各自的同步变化，充分利用包含电场能、磁场能在内的能量守恒，由能量变化辐射其他物理变化，就可快速地弄清各物理量的变化情况，判断电路所处的状态。 LC振荡电路运用了电容跟电感的储能特性，让电磁两种能量交替转化，也就是说电能跟磁能都会有一个最大最小值，也就有了振荡。由于所有电子元件都会有损耗，能量在电容跟电感之间互相转化的过程中要么被损耗，所以实际上的LC振荡电路都需要一个放大元 低相位噪声宽带LC压控振荡器设计 摘要：基于0.13 μm CMOS工艺，设计了一款低相位噪声宽带LC压控振荡器。采用开关电容阵列使VCO在达到宽调谐范围的同时保持了低相位噪声。采用可变容阵列提高了VCO 频率调谐曲线的线性度。仿真结果表明，在1.2 V电源电压下，电路功耗为3.6 mW。频率调谐范围4.58 GHz-5.35 GHz，中心频率5 GHz，在偏离中心频率1 MHz处相位噪声为-125dBc/Hz。 关键词：压控振荡器；开关电容阵列；可变电容阵列 0 引言 压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）是锁相环中的重要组成部分，能够提供频率准确、低相位噪声的本振信号，它对锁相环的性能甚至是整个射频前端的性能都有着较大的影响。随着无线通信网络的快速发展，越来越多的射频电路需要收发机能够覆盖很宽的频率范围，同时保持较低的相位噪声性能，这无疑对压控振荡器的设计提出了更高的要求。 无线传感网广泛应用于交通、节能、环境保护、家庭网络、生物医疗等领域。本文针对2.4 GHz频段无线传感网射频收发机应用，采用0.13 μm CMOS工艺，设计了一个低相位噪声宽带LC压控振荡器。采用开关电容阵列把需要覆盖的频率调谐范围分成若干个子频段，从而降低了VCO调谐增益（Kvco），减小了相位噪声。同时采用可变电容阵列来提高频率调谐曲线的线性度，减小Kvco的变化，提高锁相环的稳定性。本文设计的压控振荡器需覆盖 4.8 GHz～5.0 GHz 频段, 输出的差分信号将通过二分频电路得到四路差分正交信号供收发机使用。考虑到工艺偏差、寄生等影响，设计的目标频率范围为4.6 GHz～5.3 GHz。 1 电路设计 1.1 电路结构 在目前广泛应用的数模混合式锁相环中,主流压控振荡器的实现主要有两种结构：环形压控振荡器和LC压控振荡器。环形振荡器能获得大的调谐范围，易于集成，但是其相位噪声性能不理想，在无线通信应用中比较少。LC压控振荡器由于良好的噪声性能已成功地应用在窄带无线通信收发机中。近些年来一些宽带的CMOS LC压控振荡器相继报道出来[1-3]，通过开关电容阵列和可变电容相组合，可以得到宽的调谐范围并保持良好的相位噪声性能。 本设计中，采用开关电容阵列和可变电容阵列相组合的电路结构，并同时采用NMOS管做负阻管。电路结构。L是片上集成电感，NMOS管M1、M2构成交叉耦合结构，提供振荡所需的负阻。M3、M4构成电流镜结构，为VCO提供偏置电流。 1.2 振荡原理 在LC 压控振荡器中，通常采用负电阻的概念来分析振荡原理。一个理想电感L和电容C 组成的并联回路会在频率ωres=1处谐振。实际上电感电容都存在寄生电阻，电阻会消耗回路的能量，使振荡减弱最后停止。如果把一个与寄生电阻相等的负阻并联在谐振电路，则振荡回路会不停地振荡下去。，RL表示由电感和电容引起的电阻损耗，RP表示由有源器件NMOS 交叉耦合对提供的负阻。图3是NMOS管交叉耦合对管及其小信号等效电路。忽略NMOS管的体效应和沟道长度调制效应，可以得到[4-5]： 如果两个NMOS管相同，即：gm1=gm2=gm，则： lc振荡电路频率怎么计算_lc振荡电路频率计算（计算公式）lc振荡电路LC振荡电路，是指用电感L、电容C组成选频网络的振荡电路，用于产生高频正弦波信号，常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路、电感三点式LC振荡电路和电容三点式LC振荡电路。LC振荡电路的辐射功率是和振荡频率的四次方成正比的，要让LC振荡电路向外辐射足够强的电磁波，必须提高振荡频率，并且使电路具有开放的形式。 LC振荡电路运用了电容跟电感的储能特性，让电磁两种能量交替转化，也就是说电能跟磁能都会有一个最大最小值，也就有了振荡。不过这只是理想情况，实际上所有电子元件都会有损耗，能量在电容跟电感之间互相转化的过程中要么被损耗，要么泄漏出外部，能量会不断减小，所以实际上的LC振荡电路都需要一个放大元件，要么是三极管，要么是集成运放等数电LC，利用这个放大元件，通过各种信号反馈方法使得这个不断被消耗的振荡信号被反馈放大，从而最终输出一个幅值跟频率比较稳定的信号。频率计算公式为f=1/［2（LC）］， 其中f为频率，单位为赫兹（Hz）；L为电感，单位为亨利（H）；C为电容，单位为法拉（F）。 工作原理开机瞬间产生的电扰动经三极管V组成的放大器放大，然后由LC选频回路从众多的频率中选出谐振频率f0。并通过线圈L1和L2之间的互感耦合把信号反馈至三极管基极。设基极的瞬间电压极性为正。经倒相集电压瞬时极性为负，按变压器同名端的符号可以看出，L2的上端电压极性为负，反馈回基极的电压极性为正，满足相位平衡条件，偏离f0的其它频率的信号因为附加相移而不满足相位平衡条件，只要三极管电流放大系数B和L1与L2的匝数比合适，满足振幅条件，就能产生频率f0的振荡信号。 LC振荡电路物理模型的满足条件①整个电路的电阻R=0（包括线圈、导线），从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热损耗为零。 ②电感线圈L集中了全部电路的电感，电容器C集中了全部电路的电容，无潜布电容存LC正弦波振荡电路的仿真分析
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