稳定振幅的LC振荡器
lc电容反馈式三点式振荡器 实验报告
LC电容反馈式三点式振荡器实验报告引言振荡器是一种能够在无外部信号源的情况下产生自身振荡的电路。
在无线电通信、音频设备以及其他电子设备中，振荡器起着至关重要的作用。
本实验旨在研究并实现LC电容反馈式三点式振荡器。
此类振荡器由一个放大器和一个反馈回路组成，通过将一部分输出信号重新输入到放大器的输入端来实现自我激励。
实验器材•电源•LC电容反馈式三点式振荡器电路板•示波器•电压表和电流表实验步骤1. 连接电路首先，根据电路图将电路板上的元件正确连接。
请确保所有连接正确，电源极性正确。
2. 设置电源将电源的电压调整到合适的范围，以保证电路正常工作。
请注意遵循实验指导书中的建议。
3. 观察电路行为使用示波器观察电路的输出信号。
将示波器的探头正确连接到电路板上的指定位置。
4. 调整电路参数通过调整电路板上的电阻和电容值，以及根据示波器观察到的信号，调整电路参数，使得振荡器能够工作在期望的频率范围内。
5. 记录实验结果记录振荡器的工作频率、幅度以及稳定性。
请注意记录每次参数调整前后的实验结果。
6. 总结实验结果根据实验数据和观察结果，总结振荡器的性能，包括工作频率范围、稳定性以及幅度。
结论通过本实验，我们成功研究并实现了LC电容反馈式三点式振荡器。
我们通过调整电路参数，使得振荡器能够稳定地工作在我们所期望的频率范围内。
实验结果表明，该振荡器具有良好的稳定性和较大的幅度。
振荡器的应用非常广泛，特别是在无线通信和音频设备中。
通过进一步研究和优化，我们可以进一步提高振荡器的性能，并将其应用于更多领域。
参考文献（如果有任何参考文献，请在此处列出。
）。
lc振荡电路起振条件
lc振荡电路起振条件（原创实用版）目录1.LC 振荡电路的起振条件2.LC 振荡电路的应用3.LC 振荡电路的起振原理和条件4.LC 振荡器的调试5.RC 振荡器的起振条件和误差产生原因6.正弦波振荡器的应用和起振条件7.石英晶体振荡器老化的原因分析8.静态工作点对振荡器起振点及振幅的影响正文LC 振荡电路是一种常见的振荡电路，其起振条件是电压相位和激励幅度。
当激励幅度足够大，且电容和电感之间的电压相位差为 90 度时，LC 振荡电路就可以起振。
这种电路广泛应用于各种电子设备中，如无线电、电视机、收音机等。
LC 振荡电路的起振原理和条件是基于电容和电感的充放电过程。
电容具有充放电的蓄能特性，而电感则因通过电流的变化能产生自感电势。
当电容放电时，电感中的电流增加，产生自感电势，使电容重新充电。
这样，电容和电感之间就形成了一个振荡过程。
为了使 LC 振荡电路能够稳定地工作，需要对其进行调试。
调试的过程包括调整电容和电感的数值，以使振荡频率达到预定值，并保证振荡幅度足够大。
除了 LC 振荡电路，还有一种常见的振荡电路是 RC 振荡电路。
其起振条件是正弦波振荡器如何振荡起振条件是什么？t(j)>1，为正弦波振荡器自激振荡的起振条件。
与 LC 振荡电路类似，RC 振荡电路也需要调整元件参数，以满足起振条件。
然而，RC 振荡电路的输出功率较小，频率较低。
正弦波振荡器是一种广泛应用于各种电子设备中的振荡器，如声告警、电话通信设备中的振特、拨号音、占线等信号。
它的起振条件和应用与 LC 振荡电路和 RC 振荡电路类似，但具有更高的输出功率和频率。
LC振荡器、集成电路振荡器(讲课用)
Vf C1 FV= （忽略管子Coe、Cie的影响） V0 C1 C2
若考虑振荡管Coe、Cie的影响，则上式变为
C1 Coe C1 FV= C1 Coe C2 Cie C1 C2
例2
一正弦波振荡电路如图所示。 （1）指出电路中各元件的作用； （2）画出简化的交流通路（偏置电路部分可不画出），并指出振荡电路
类型；
33
解：（1）电阻R1、R2、R3组成偏置电路并稳定静态工作点；C1为旁
路电容，使放大管成为共基组态；电感L和电容C2、C3、C4、C5组 成振荡器的调谐回路，C5可对振荡频率进行微调；电阻R4和电容C6、 C7、C8组成去耦电路。 （2）交流通路如图所示，为考毕兹振荡电路。
式中，L=L1+L2+2M，M为L1与L2之互感。
5、特点
优点：容易起振；振荡频率调节方便。 缺点：振荡波形不够好，工作频率一般在几十兆兹以下。
24
4.3 集成电路振荡器
用分立元件构成的振荡器，其电路设计和调试都很复杂，当前，越来越 多的通信设备采用集成放大电路构成的振荡器。集成放大电路振荡器需外接 LC选频电路。
34
本次课小结(作业)
见Word文档
35
36
18
4.2.3 改进型电容三点式振荡器
一、串联改进型电容三点式振荡电路（克拉泼电路） 4、特点： 优点：克拉泼电路的频率稳定度高，频率调节容易。 缺点：波段覆盖系数小，在波段内输出信号的振幅不够均匀，与 考毕兹电路相比，起振稍难。
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4.2.3 改进型电容三点式振荡器
无线电通信-6.2 反馈型LC振荡器及频率稳定问题
要电求 抗许元电多件抗 变，形X而的1 是与三可端X以2式具由LC不有振同相荡符电同号路的的，电电X抗 1抗、特 元X2件性和组。 X3即 成往。往X但1不与是是，X单2多一或个的者不 同同为 符号电的感电元抗件元,件或构同成为的电复容杂元 电路件在频率一定时，可以等效为一
个电感或电容。根据等效电抗是否具备上述三端式LC振荡器电路 相位平衡判断原则的条件，便可判明该电路是否起振。
耦合振荡电路要高，约为 103 ~ 10量4 级。
三个电抗元件构成了决定 振荡频率的并联振荡回路， 同时也构成了正反馈所需的 反馈网络。
三端式振荡器的原理电路
构成LC 振荡器的基本原则
其 2振．基时L本应XC1电满,X振路2足荡,X结谐器 3构构振又如成条称右谐为 件图振三:所点回示式路,即振,当晶荡回体器路, 谐
1、电感反馈式三端振荡电路（哈特莱振荡器）
（a）原理电路
（b）等效电路
电感反馈式三端振荡电路
在工程上一般采用估算反馈系数的大小，即不考虑晶 体管的影响，电感反馈三端振荡电路的反馈系数为：
其中M为两个电感线圈间互感。
若是理想耦合，则: 注：F不可太大，也不可太小，通常1/3～1/8
电感反馈三端振荡电路的振荡频率为：
2、电容反馈式三端振荡电路（考毕兹振荡器）
（a）原理电路
（b）等效电路
电容反馈式三端振荡电路
在工程上一般采用估算反馈系数的大小，即不 考虑晶体管的影响，电容反馈三端振荡电路的 反馈系数为：
注：F不可太大，也不可太小，通常1/3～1/8 电容反馈三端振荡电路的振荡频率为：
考毕兹电路的优点： 高次谐波容易通过低阻抗的电容支路回到发射极，
场效应管“源同余异”
三端式振荡器构成的法则归纳为：“ce，be同抗件， cb反抗件”。此法则可迅速判断振荡电路组成是否合 理，能否起振。 简单记忆“射同余异”
LC电容反馈三点式振荡器
作为回路的振荡电容。它的工作 频率可做
到几十MHz到几百MHCz的2 甚高频vf波段范围。
电路的缺点+：
调C1或C2来改变振荡频率时，反馈系 数也将改变。但只要在L（两b端）并上一个可 电容三端式振荡变电路容器，并令C1与C2为固定电容，则在 调整频率时，基本上不会影响反馈系数。
f0
1 C1 C2 2第8页/L共2C1页1C2
1）将S2置“1”ON，为LC振荡 器。S4置“2”ON。选反馈电容 为560Pf,S3置“4”ON,使负载 RL=10K。
2）调VR1，保持变容二极管 VD1负端为+2V不变。
3）按表中所列数据要求，分别 拨动S3开关，从而改变负载电阻 的大小，并用示波器记录振荡幅 度、振荡频率的变化与停振时的 负载电阻值。
负载电阻 振荡幅度 振荡频率
结 论
S3全开路 S3=4//10K
S3=3//1K
S3=2//500
S3=1//100
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五、实验报告内容与思考题
一、实验报告内容：
1、写明实验目的. 2、画出实验电路原理图并说明实验电路的结构形式与工作原理。 3、写明实验所用仪器。 4、写明实验项目并整理实验数据。
2、正弦波振荡器
正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器。主要有RC,LC和晶体振荡器三 种电路。
3.振荡器的功用:
作为信号源，广泛应用于广播、电视、通信设备和各种测量仪器中，是电子技术领 域中最基本的电子线路。
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4、三端式LC振荡器
三端式LC振荡电路是实际工程中经常被采用的一种振 荡电路，其产生的工作频率约在几MHz到几百MHz的范 围，频率稳定度约为10–3-10–4量级，采取一些稳频措施 后，还可以再提高一点。
电压控制LC振荡器设计说明书
摘要本设计描述了电压控制LC振荡器的设计思路，实现的方法及测试方法和测试结果。
本设计采用西勒振荡器作为振荡器的主题部分，解决了基本三点式振荡设计改变振荡频率必改变反馈系数的矛盾，通过改变变容二极管两端的电压来调节振荡器输出频率实现输出在15MHz-35MHz范围内可变，通过VCO改变频率实现频率合成并稳定频率，通过功率放大器使电路输出电压控制在1V。
关键词：电压控制；LC振荡器；西勒振荡器；变容二极管；功率放大器目录摘要 (1)1 引言 (2)1.1 振荡器概述 (2)1.2 本课题设计意义 (3)2 系统总体设计方案 (4)2.1 设计要求 (4)2.1.1 设计依据 (4)2.1.2 基本要求 (4)2.2 设计思路 (4)2.3 整体框图 (4)2.4 方案比较与论证 (5)2.4.1 电压控制LC振荡器的设计与比较 (5)2.4.2 功率放大器的设计和比较 (7)2.4.3 LC振荡器控制信号的实现比较 (7)3 单元电路设计 (8)3.1 压控振荡器的设计 (8)3.1.1 振荡电路原理 (8)3.1.2 西勒振荡器电路 (8)3.1.3 电压控制LC振荡电路 (9)3.2 变容二极管的设计 (10)3.3 功率放大电路的设计 (11)4 硬件电路的制作与调试 (13)4.1 硬件设计 (13)4.2 系统调试主要测试仪器 (13)4.3 系统调试 (13)4.4 误差分析 (15)5 结束语 (16)参考文献 (16)致谢 (16)附录1元器件清单 (17)1 引言1.1 振荡器概述振荡器广泛应用于各行各业中，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。
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电路中更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO 压控振荡器几乎与电流源电路和运放电路具有同等重要的地位。
LC振荡器的基本工作原理
LC振荡器的基本工作原理
2S
_ 1
～
Vi
放大器
A
Vo Vi
_
Vf
反馈网络
F
Vf Vo
自激OSC.可看成 是由他激式OSC. 演变而来的。
_Vo
RL
开即 关外 S加 置信 到号 1源
Vi
直 接 放 大
开且 即
关S 使 构
置 到2
Vf
与
Vi
成 自 激 OS C.
相
等
反 馈 放 大
Vo
二、LC振荡器的基本工作原理——平衡条件
2S
_ 1
～
Vi
放大器
A
Vo Vi
_
Vf
反馈网络
F
Vf Vo
由于此时 Vi Vf ，且_VoRL源自AVo ViF
Vf Vo
二、LC振荡器的基本工作原理
➢实际上，自激振荡器之所以能从开始的增幅振荡， 最终稳定在某一振幅上，其因素有两个：一是BJT本身 的非线性特性（内因）；二是有外加偏压和自给偏压 的组合偏置在起作用（外因）。
➢根据丙类功放的分析方法，可推得振荡电路的放大 倍数A与晶体管参数gc 、导通角c和负载Rp的关系为：
A A01(c（) 1 cosc） A0 gcRP （见教材）
结论：A0F 的大小决定了振荡器在平衡状态时的晶体 管工作状态。
二、LC振荡器的基本工作原理
A A01(c（) 1 cosc）
结论：A0F 的大小决定 了振荡器在平衡状态时
LC振荡器设计要点
课程设计班级：姓名：学号：指导教师：成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系目录摘要..................................................... - 2 -Abstract..................................................... - 2 -引言..................................................... - 3 -1 概述....................................................... - 4 -1.1反馈式正弦波振荡器的基本工作原理 (4)1.2振荡器必须满足条件 (4)1.2.1 起振条件................................................................................................................................................................. - 4 -1.2.2 平衡条件................................................................................................................................................................. - 5 -1.2.3 稳定条件................................................................................................................................................................. - 5 -2 硬件设计——西勒电路....................................... - 6 -2.1西勒电路原理图 (6)2.2西勒电路说明 (6)2.3西勒电路静态工作点设置 (7)2.4西勒电路参数设定 (8)3 软件仿真................................................... - 9 -3.1软件简介 (9)3.2仿真波形 (10)3.3仿真分析 (11)4 结论...................................................... - 11 -4.1设计的功能 (11)4.2设计不足 (11)4.3心得体会 (12)参考文献.................................................... - 12 -致谢........................................ 错误！未定义书签。
振荡器
1.1、单端能量补偿系统分析
单端模型将振荡器看作是两个单端网络的连接，一个谐振回路（耗能部分） ，产生振荡 频率 ω0；一个提供能量的负阻电路，如图 1.1.1(a)所示。
R1 R2
C
负阻电路 谐振回路
L
Cp
RC RL
Lp
Rp
R1＝－R2
(a)单端模型振荡器 (b)实际电感电容并联 (c)RLC 并联等效电路 图 1.1.1 单端模型振荡器及电感电容并联电路 对于一个理想的电感电容振荡电路，在频率 res 1/ LC 处，电感的感抗 jLωres 与电 容的容抗 1/jCωres 大小相等，符号相反。此时电感电容回路开始谐振，回路的品质因数 Q 为 无穷大。但是，实际的片上电感和电容都存在寄生串联电阻。如图 1.1.1(b)所示，RL 和 RC 分别是电感和电容的寄生串联电阻。根据电感和电容的串联－并联转换关系，图 1.1.1(b)可
式（2-2）又可分别写成
A F 2n
(n 0,1, 2 ) (2-4)
式（2-3）和（2-4）分别称为反馈振荡器的振幅平衡条件和相位平衡条件。 式（2-2）是维持振荡的平衡条件，是针对振荡器进入稳态而言的。为了使振荡器接通 直流电源后能够自动起振， 则要求反馈电压在相位上与放大器输入电压相同， 在幅度上则要 求 U f U i ，即
U f 增大，从而阻止 U i 减小。这就要求在平衡点附近, T 0 随 U i 的变化率为负值， 即：
T (0 ) 0 (3 1) U i U U
i iA
式（3-1）就是振幅稳定条件。 振荡器的相位平衡条件是 T
0 2n 。在振荡器工作时,
稳定因素使 减小时, 相频特性 T 即 T
2_实验二 LC电容反馈三点式振荡器(克拉泼振荡器)
实验二 LC 电容反馈三点式振荡器（克拉泼振荡器）[实验目的]1.掌握LC 三点式振荡电路的基本原理，掌握电容反馈式LC 三点振荡电路的设计方法及参数计算方法；2.掌握振荡回路Q 值对频率稳定度的影响；3.掌握振荡器反馈系数不同时，静态工作电流I EQ 对振荡器起振及振幅的影响。
[实验要求]1.复习LC 振荡器的工作原理；2.分析图2-1电路的工作原理，及各元件的作用，并计算晶体管静态工作电流I c 的最大值（设晶体管的β值为50）。
[实验仪器设备及材料]1.双踪示波器；2.万用表；3.高频电路实验装置。
[实验方案]实验电路见10-2-1，实验前根据原理图在实验板上找到相应器件及插孔并了解其作用。
1.检查静态工作点(1)在实验板+12V 插孔上接入+12V 直流电源，注意电源极性不能接反。
(2)反馈电容C 不接，（C ′=680pf ），用示波器观察振荡器停振时的情况，注意：连接C ′的接线要尽量短。
(3)改变电位器R p 测得晶体管V 的发射极电压V E ，V E 可连接变化，记下V E 的最大值，计算I E 值。
I =V E /R E 设R e = 1k Ω2.振荡频率与振荡幅度的测试 实验条件：I e=2mA 、C =100pf 、 C ′=680pf R L =110k(1)改变C T 电容，当分别接为C 9、C 10、C 11时，记录相应的频率值，并填入表2.1。
(2)改变C T 电容，当分别接为C 9、C 10、C 11时，用示波器测量相应振荡电压的峰峰值V p-p ，并填入表10-2-1。
表10-2-1 实验数据图10-2-1 LC 电容反馈三点式振荡器3.测试当C、C′不同时，起振点、振幅与工作电流I ER的关系（R=110kΩ）(1)取C=C3=100pf、C′=C4=1200pf，调电位器R p使I EQ（静态值）分别为表2.2所标各值，用示波器测量输出振荡幅度V p-p（峰一峰值），并填入表10-2-2。
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很多应用中都要用到宽范围可 调的 LC 振荡器，它能够在电路输出负载
变化时提供近似恒定的频率、几乎无谐波的输出。从设计观点看，省去感性或容
性 LC 电路抽头以及省掉与频率确定电路中的变压器耦 合可以简化制造与生
产过程，就像将调谐 LC 电路一侧接地一样。这些需求形成了一种可自动和有
效地进行内部环路增益调整的电路，它是振荡的基本原则。另外，电路必须提供
足够的增益才能使低阻抗的 LC 电路起振，并调整振荡的幅度，以提高频率稳
定性，减小 THD（总谐波失真）。
设计师尝试用许多电路拓扑来实现这些设计目标，有些还是非常复杂的，但
有一种有源器件的基本特性能够帮助设计师从一个简单振荡电路那里获得可接
受的性能。图 1 显示的是一个基本 LC 振荡器配置。放大器作为一个非反相的
压控电流源运行。LC 电路将放大器的输出电流 IOUT 转换为电压 VIN，并将
其加到放大器的输入端。公式 1 示出了振荡的有效条件：
在此公式中，AO 代表总电压放大率，RD 表示 LC 电路在谐振频率处的动
态电阻。在实际电路中，RD 的值依赖于 LC 电路的特性，因此可以在一个宽的
范围内作选择。另外，公式 1 亦假设为一个理想放大器，即其特性与频率无关。
从图 1 和公式 1 可以看到存在的基本设计问题：如果电路在宽频率范围
内的运行需要使用具有宽变化范围的RD值的多个 LC 电路，则放大器的特性也
必须能在宽范围内调整。你可以调整放大率来满足最差 LC 电路对增益的限制
条件，而在过驱动条件下依靠器件的非线性来降低放大倍数。但是，过驱动放大
器的输入、输出差分电阻可以降低到只有最理想高阻值的一小部 分。其次，大
量非线性失真会损害频率的稳定性。另外，这些影响在很大程度上取决于放大器
的电源电压，如果供电电压随负载变化，也会造成频率稳定性的恶化。
在图1所示放大器框中不同的振荡电路使用了不同的设计。常见的共射或共
源晶体管级有两个严重的缺点：首先，它是一个反相放大器；其次，其输出不是
一个好的电流源，特别是当严重过驱动时。避免这些问题的办法包括采用变压器
耦合或在 LC 电路上提供阻抗匹配的抽头，两种方法都会使设计复杂化，而且
也只能解决部分问题。
图 2 所示是另一种振荡器拓扑，它采用两只级联的非反相放大器，A1 和
A2，作为电压-电流变换器（压控电流源）。在电路中，耦合电阻器 RS 将放大
器 A1 的输出电流 IIN 变换为电压 VIN，并驱动第二级 A2。调谐电路的动态
电阻将 A2 的输出电流变换为输出电压 V22，并将其反馈至 A1 的输入端，完
成正反馈回路。公式 2 是总环路放大率 ATOTAL：
式中，RD=QωL，RD是谐振频率为 ω 时 LC 电路的动态电阻，Q 是 LC 电路
的品质因数，A1 和 A2 分别是两个放大级的等效电压放大率，而 |y21S1| 和
|y21S2| 则是两个放大级差分正向转移导纳的实数部分。对于自振荡，公式 1
的基本条件 ATOTAL > 1 必须适用于 LC 电路动态电阻 RD 的所有取值。理
论上，这一条件没有问题，但实际应用中却会出现电路必须在下列条件运行的情
况：电感和电容大范围可调的 LC 振荡器；大范围的调谐电路品质因数 Q（主
要由电感确定）；条件 A 与 B 任意组合下的恒定振幅输出；以及最可能的频
率稳定度与供电电压、负载的关系。
多数 LC 振荡器电路都不能完全满足这些要求。一些振荡器电路可以顺序
地满足一些要求，但没有一种可以在电路复杂性不超过合理限度下满足所有要
求。图 3 电路从 V22 获得一个外部 DC 控制信号，控制电压—电流的变换效
率，即 A1 和 A2 的放大系数。为两个放大级增加放大控制可以显著提高控制
的效率。除了起振和持续振荡的初始正反馈以外，可以在振荡电路中增加一个间
接负反馈通道，以限制 V22 的幅度。为满足最初的设计目标，放大器块 A1 和
A2 应呈现出压控输入-输出特性，并应具备线性控制的放大特性（图 4），而
不应变换信号的相位，而且应该几乎没有输入电流。另外，为仿真一个电流源，
A2 应呈现尽可能高的差分输出内阻。
适用于两个放大级的最佳有源器件选定为N沟道的中级BF245B JFET，该
器件在栅源电压为0V、漏源电压为15V时，其漏电流为5mA。图5显示了最终
电路，其中Q2作为共漏放大器A2，Q1则是共栅放大器A1。
Q1的栅源结点对调谐电路上的交流电压V22进行整流。图5中的耦合电
容器C4是图3中直流恒压电容器CS的两倍，因为它的基电极通过调谐线圈 L
的低直流阻抗接地。DC控制电压通过电阻器R2驱动Q2的栅极。电容器C2将
Q2的栅极接地，提供交流信号通道，而Q2工作在共栅连接下，因为Q1的源极
驱动Q2的源极。为减少由于负载变动导致的频率变化，与 Q1 漏极串联的一只
相对较小阻值的电阻器 R4，将输出与电路的频率确定元件隔离开来。另外，L 和
C 的一个引脚接地。
图 6a 和 6b 的波形显示，即使 L 和 C 的取值相差较多时，调谐电路上
的电压也没有产生明显的变化。在 8V 至 30V 的供电电压范围内，调谐电路上
的电压保持在 3% 的恒定。即使当频率低至5kHz或高至50MHz时，输出电压
也保持有相同或更好的振幅稳定性（图 6c）。而且除L和C以外，无需调整任
何无源元件值。减少R4的值会产生更小的输出电压，从而进一步减小了工作频
率上负载变化的影响。
在地电势下，VOUT平坦部分，即顶部的 DC 电平复位，由于负供电电压
的原因，波形为负值。由于自动增益控制的作用，波形保持着明显的一致性，而
与频率无关，在 25 MHz 以上频率时有些微的圆形拐角，主要原因是杂散电容
引起的。只有 LC 电路的非接地端才产生一个完美的正弦波。由于两只晶体管
主要工作在 B 类方式，其电压和电流波形都有截止失真，当供电电压升高时，
工作状态向 C 类转化。你可以从 LC 电路中直接提取出正弦波，但负载阻抗的
变化会影响工作频率。
另一方面，控制两只晶体管增益的负直流反馈可以防止调谐电路上负载阻 抗的
大范围变化对振幅造成重大影响，除非 LC 电路的 Q 值降到非常低。另外还可
以增加一个缓冲级，并从 LC 电路提取一个真正的正弦波，付出的代价是增加
了复杂性和元件数量。但该电路原本是用于雷达标记发生器，此时，恒定的输出
振幅要比波形重要得多。