高频课程设计_LC振荡器_西勒

高频电子线路课程设计报告设计题目：LC正弦波振荡器的设计

2014年1月10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 (1)

2.2电容反馈式三端振荡器 (2)

2.3克拉波电路振荡器 (3)

2.4西勒电路振荡器 (4)

三、设计内容 (5)

3.1LC振荡器的基本工作原理................................................ . (5)

3.2西勒电路原理图及分析 (6)

3.2.1振荡原理 (7)

3.2.2静态工作点的设置 (7)

3.3西勒振荡器原理图 (8)

3.4 仿真结果与分析 (8)

3.4.1软件简介 (8)

3.4.2进行仿真 (9)

3.4.3仿真结果分析 (11)

四、总结 (11)

五、主要参考文献 (13)

一、设计任务与要求

在本课程设计中，为了熟悉《高频电子线路》课程，着眼于LC正弦波振荡器的分析和研究。通过对电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）、电容反馈式三端振荡器（考毕兹振荡器）以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）的分析、对比和讨论，以达到课程设计的目的和要求。在课程设计中，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。

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，输出频率可调范围为10~20MHz。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、设计方案

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。由所学知识可知，西勒电路具有该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，频率调节方便，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用并联改进型的西勒电路振荡器。

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

电感三点式振荡器又称哈特莱振荡器，其原理电路如图所示:

起振条件：

fe

oe ie fe

h M L M L h h h 121'>++> 式中，'oe h 为考虑震荡回路阻抗后的晶体管等效输出导纳，)/1(''p oe oe R h h +=，此

处'p R 为输出回路的谐振阻抗。

震荡频率：

()M L L C LC f 2π21

π21

≈21++≈

电感反馈震荡电路的优点是：由于1L 和2L 之间有互感存在，所以容易起振。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。这种电路的主要缺点是：与电容反馈震荡电路想比，其震荡波形不够好。这是因为反馈支路为感性支路，对高次谐波呈现高阻抗，故对于LC 回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大。其次是当工作频率较高时，由于1L 和2L 上的分布电容和晶体管的极间电容均并联于1L 与2L 两端，这样，反馈系数F 随频率变化而变化。工作频率愈高，分布参数的影响也愈严重，甚至可能使F 减小到满足不了起振条件。因此，这种电路尽管它的工作频率也能达到甚高频波段，但是在甚高频波段里，优先选择的还是电容反馈振荡器。

2.2 电容反馈式三端振荡器

电容三点式振荡器又称为考毕兹振荡器，其原理电路如图：

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为1C 、2C 的串联，即

21111

C C C +=Σ

振荡频率的近似为

212

12121C C C C LC f +≈≈ππ

与电感三端震荡电路想比，电容三端振荡器的优点是输出波形较好，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，输出的谐波分量减少，波形更加接近于正弦波。其次，该电路中的不稳定电容（分布电容、器件的结电容等）都是与该电路并联的，因此适当的加大回路电容量，就可以减弱不稳定因素对振荡器的影响，从而提高了频率稳定度。最后，当工作频率较高时，甚至可以只利用器件的输入和输出电容作为回路电容。因而本电路适用于较高的工作频率。

这种电路的缺点是:调1C 或2C 来改变震荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在L 两端并上一个可变电容器，并令1C 与2C 为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。

2.3 克拉波电路振荡器

克拉泼电路时一种高稳定度的LC 震荡电路，电路图如下：

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。

先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 和C3的串联，即

43

21Σ≈1111C C C C C ++= 于是，振荡频率为

4Σ0π21≈π21

≈LC LC f

使上式成立的条件是C1和C2都要选得比较大，由此可见，C1、C2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。

2.4 西勒电路振荡器

西勒电路是在克拉泼电路的L 两端并联上一个电容得到的，有效的改善了克拉泼电路可调范围小的缺点，电路图如图所示：

433

214Σ≈1111C C C C C C C ++++= 所以振荡频率

()43Σ0π21≈π21

≈C C L LC f +

该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，频率调节方便，适合做波段振荡器。 通过对以上的几种电路的分析，可以看出：

1. 电感反馈式三端振荡器：容易起振，调频方便，但波形失真较大；