电容三点式正弦波振荡器

课程设计报告

课题名称 _____电容三点式正弦波振荡器__ 学院电子信息学院

专业通信工程

班级

学号

姓名好人

指导教师陈布雨

绪论

振荡器是用来产生重复电子信号（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。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、电感电感振荡器、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、科研等方面。

振荡器的种类很多，使用范围也不相同，但是它们的基本原理都是相同的，都要满足起振、平衡和稳定条件。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，振荡器可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特性的器件构成的振荡器。在这种电路，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。反馈式振荡器电路，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。

本次课设设计了电容三点式正弦波振荡器。

一设计原理说明 (4)

1.1 反馈振荡器的原理 (4)

1.1.1 原理分析 (4)

1.1.2 平衡条件 (5)

1.1.3 起振条件 (5)

1.1.4 稳定条件 (6)

1.2 电容三点式振荡器 (6)

1.3 设计原理 (7)

二电路设计与仿真 (8)

2.1 参数设置 (8)

2.2仿真电路图形 (10)

三仿真结果 (11)

四课设小结 (12)

参考文献 (13)

一 设计原理说明

1.1 反馈振荡器的原理

1.1.1 原理分析

反馈振荡器的原理框图如图2.1所示。由图可见，反馈振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）作为负载，是一调谐放大器，反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的信号和放大器输入端的信号相位相同。

图2.1 反馈振荡器原理框图

对于图2.1，设放大器的电压放大倍数为K(s)，反馈网络的电压反馈系数为F(s ），闭环电压放大倍数为u K (s)，则

)s ()s ()s (S O U U U K =

)s ()s ()s (I O U U K =

)

s ()s ()s (O I U U F ‘= )s ()s (s 'i I S U U U +=）

（ 得

)

s (1)s ()s ()s (1)s ()s (T K F K K K U -=-=

其中

)

s ()s ()s ()s ()s ('I I U U F K T == 称为反馈系统的环路增益。用s=jw 代入，就得到稳态下的传输系数和环路增益。由上式可知，若在某一频率1ωω=上T （j 1ω）等于1，)j (ωU K 将趋于无穷大，这表明即使没有外加信号，也可以维持振荡输出。因此自激振荡的条件就是环路增益为1。即

1)()j ()j (==ωωωj F K T

1.1.2 平衡条件

振荡器的平衡条件可表示为

1j )j ()j (==）（ωωωF K T

也可以表示为

1|)j (|==KF T ω

πϕϕϕn F K T 2=+= n=0,1,2，……

1.1.3 起振条件

振荡的最初来源是振荡器在接通电源时不可避免地存在的电冲击及各种热噪声等，其包含有很宽的频谱分量，在他们通过负载回路时，由谐振回路性质即只有频率等于回路谐振频率的分量才可以产生较大的输出，其他频率分量则不会产生压降，因此负载回路上只有频率为回路谐振频率的成分产生压降，该压降通过反馈网络产生出较大的正反馈电压，反馈电压又加到放大器的输入端，进行放大、反馈，不断地循环下去，谐振负载上将得到频率等于回路谐振频率的输出信号。

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)(>ωj T

称为自激振荡的起振条件，也可写为

1)(>=F R Y j T L f ω

πϕϕϕϕn F L T 2'

f =++= n=0,1,2，…… 1.1.4 稳定条件

振荡电路中不可避免地要受到电源电压、环境温度、湿度等因数变化的影响，这将引起振荡电压幅度及其相移的起伏波动，从而破坏已维持的平衡条件。因此，振荡器还必须满足稳定条件，才能保证所处的平衡状态是稳定的。

振幅稳定条件为

0)(<∂∂=iA

i U U i U j T ω 相位稳定条件为

0)(0

<∂∂=ωωωωϕT 1.2 电容三点式振荡器

电容三点式振荡器（也叫考毕兹振荡器），自激振荡器的一种。图中的L 、C1、C2组成谐振回路，作为晶体管放大器的负载阻抗。反馈信号从电容器C2两端取得，送回放大器的基极b 上，而且也是将LC 回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连，故将这种电路成为电容三点式振荡器。由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。

图1.2 电容三点式振荡器

电容三点式振荡器适合产生几十兆赫以上的信号，常用来作射频振荡器。1.3 设计原理

振荡器起振条件为AF>1，振荡器平衡条件为:

AF=1

它说明在平衡状态时其闭环增益等于1，在起振时

A>1/F

当振幅增大到一定的程度后，由于晶体管工作状态有放大区进入饱和区，放大倍数A迅速下降，直至

AF=1

此时开始谐振。假设由于某种因素使AF<1,此时振幅就会自动衰减，使A与1/F逐渐相等。

振荡器的平衡条件包括两个方面的内容：振幅稳定和相位稳定。在平衡点，若K曲线斜率小于0，则满足振荡器的振幅稳定条件。过K曲线的斜率为正，则不满足稳定条件。对于相位稳定条件来说，它和频率稳定实质上是一回事，因为振荡的角频率就是相位的变化率，所以当振荡器的相位发生变化时，频率也发生了变化。

LC振荡器由基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。为了维持