改進LC三點電容振蕩器

1、費州誠磚曲高頻電子線路課程設計報告題目： 改進型電容三點式震蕩電路院系：培黎工程技術學院電子工程系專業(yè)：電子信息科學與技術班級:電信111本姓名：李璽學號：20110602050108指導教師：趙宇杰扌報告成績:2013年12月20日目 錄一、摘要3二、LC震蕩電路基本原理42. 1振蕩器的概述42. 2振蕩器組成原則42. 3改進式電容三點式震蕩電路則5三、設計過程63. 1克拉潑振蕩器的起振條件63. 2克拉潑振蕩器的振蕩頻率73. 3克拉潑振蕩器的電容參數(shù)影響8四、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果94. 1克拉潑仿真電路94. 2仿真 電路輸出振蕩波9五、所用儀器14六、課程設計心得體會1 5七、參考文獻

2、17摘要：振蕩器的種類很多，適用的范圍也不相同，但 它們的基本原理都是相同的，都由放大器和選頻網(wǎng)絡 組成，都要滿足起振，平衡和穩(wěn)定條件。本次課程設 計要求振蕩器的輸出頻率為10Mhz，屬于高頻范圍。 所以選擇LC振蕩器作為參考對象，再考慮輸出頻率 和振幅的穩(wěn)定性，最終選擇了克拉潑振蕩器。通過 ORCAD的設計與仿真，Pr ot el繪制PCB版圖，得到了 與理論值比較相近的結(jié)果，這表明電路的原理設計是 比較成功的，本次課程設計也是比較成功的。關鍵詞：平衡條件；克拉潑振蕩器；Pr ot el仿真二基本原理電路2. 1振蕩器的概述在電子線路中，除了要有對各種電信號進行放大的電子 線路外，還需要有在

3、沒有激勵信號的情況下產(chǎn)生周期性振蕩 信號的電子線路，這種電子線路就是振蕩器。振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，它不需要外部激勵就能自動 地將直流電源共給的功率轉(zhuǎn)換為制定頻率和振幅的交流信 號功率輸出。振蕩器一般由晶體管等有源器件和某種具有選 頻能力的無源網(wǎng)絡組成。振蕩器的種類很多，根據(jù)工作原理可分為反饋型振蕩器 和負阻型振蕩器，根據(jù)所產(chǎn)生的波形可分為正弦波振蕩器和 非正弦波振蕩器；根據(jù)選頻網(wǎng)絡可分為LC振蕩器、晶體振 蕩器、RC振蕩器等2.2振蕩器組成原則點式振設：Zbe、Zee、Zbc為純電抗元件V f = V be = _ V ebV be V eb X e bFv 二 Vce=_Vce=_ X c

4、e負號表示產(chǎn)生180o相移，與 Vbe和 Vce間的180o相移 合成為360o相移，滿足正反饋條件。為此，Xce與 Xeb必為同名電抗，而 Xcb須是 Xce與 Xeb 的異名電抗。2. 3改進式電容三點式震蕩電路（a） 實際電路圖2-2克拉潑振蕩器原理圖（b）交流通路圖1（ a）和（b）分別是克拉潑振蕩器的實際電路和相 應的交流通路。由圖3- 2（ a）可知，克拉潑電路與電容三點 式電路的差別，僅在回路中多加一個與C1、C3相串聯(lián)的電容C3。通常C3取值較小，滿足C3C1， C3 C2，回路總電容主要取決于C3。而回路中的不穩(wěn)定電容主要是三極管的極間電容Cce、 九、Ccb，它們又都直接并

5、接在C1、C2上，不影響C3值，結(jié)果是 減小了這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，而且C3越小，這 種影響就越小，環(huán)路增益就越小，回路標準性就越高。實際 情況下，克拉潑電路的頻穩(wěn)度大體上比電容三點式電路高一個量級，達10一 10一三設計過程3. 1克拉潑振蕩器的起振條件+I HUM i .VotV0（b ） 開環(huán)電路（a）克拉潑電路圖3-3克拉潑電路及其開環(huán)電路在如圖（a）所示的克拉潑電路中，l、C3的串聯(lián)支路呈感性，符合三點式電路的組成法則，即與發(fā)射極連接的為C1和C2，而不與發(fā)射極連接的為感性電抗。該電路滿足相位平衡 條件。在X處斷開，可以得到如圖（b ）所示的開環(huán)電路。它 的反饋網(wǎng)絡的反饋系

6、數(shù)保持不變，仍為n 7/（Cl C2）,C2 =C2 Cbe，不同的僅是（二尺皿0）需要通過C3和%（二CQ /Q CJ）的電容分壓網(wǎng)路折算到集電極上，折算后的數(shù)值為n2RL （ 或gL/n2gL ）,其中nC3/（C3 Cl,2）。因此，該電路的振幅起振條件為gmIgL/n2 n2 gi其中,gi =1/re3. 2克拉潑振蕩器的振蕩頻率克拉潑振蕩電路是在電容三點式振蕩電路的基礎上，采用L和C3的串聯(lián)電路代替原來的L而構(gòu)成的。由圖2-2（ b）可 知，在工作頻率上，L與C3串聯(lián)支路應等效為一個電感，Ci和C2以及并接在C1，C2上的Cce， Cbe只是整個回路電容的一部分， 晶體管以部分接入

7、的方式與回路聯(lián)接，這樣就減弱了晶體管 與回路的耦合。由于C3 I： Ci，C3淤C2，因而回路總電容近似等于C3，振蕩器的振蕩頻率，0SC為C311 1 1+ + C1 Cce C2 Cbe C3顯然，管子的結(jié)電容對osc的影響是很小的，而且C3越小，結(jié)電容對振蕩頻率的影響就越小。但是，由于C1， C2只是整 個振蕩回路的一部分，晶體管是以部分接入的方式與回路連 接，減弱了晶體管與回路之間的耦合。而晶體管的電壓反饋系數(shù)為：IF = UbeU ceClC2o如果設回路L兩端的等效負載為Rl，則折合到集電極回路作為集電極負載電阻：IC1丿RlP2Rlp為回路總阻抗反映到管子ce端的接入系數(shù)，其值為

8、C 2 C 3卩二 C2 C36C 2 C3C iC i C2 + C3可見C3減小Rl也減小，從而導致放大倍數(shù)下降，會影響 起振條件。由于通過改變C3來改變振蕩頻率的同時會影響負載電阻 Rl變化，進而影響振蕩器的性能，故克拉潑振蕩器不適合用 作頻率可變振蕩器。3. 3克拉潑振蕩器的電容參數(shù)影響如圖2- 2（ a）所示，在電容三點式振蕩電路中接入C3后， 雖然振蕩器的反饋系數(shù)不變，但是接在AB兩端的電阻 f（二Rl/。）折算到振蕩管集基極間的數(shù)值（設為Rl）減小，其 值為2rL n2rL -（C3） rlC3 Ci,2式中，C1,2是C1、C2和包括各極間電容在內(nèi)的總電容。因 而，放大器的增益

9、亦即環(huán)路增益將相應減小。顯然，C3越小， 環(huán)路增益就越小?？芍?，在這種振蕩電路中，減小C3來可提 高回路標準性。但C3取值過小，振蕩器就不會滿足振幅起振 條件而停振。四系統(tǒng)調(diào)試與波形4. 1克拉潑仿真電路如圖所示電路圖與共基電谷三點式振蕩器電路相比，在 電感支路上串連一個電容。但它有以下特點：1、振蕩頻率改變不影響反饋系數(shù)：2、震蕩幅度比較穩(wěn)定： 3、電路中C3為變電容，調(diào)整它可一定范圍內(nèi)調(diào)整震蕩頻 但C3不能太小，否則導致停振，所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達1. 2- 1. 4。為此，克拉潑振蕩器適合作固 定頻率振蕩器。4. 2仿真電路輸出振蕩波克拉潑仿真電路改變C5后，震蕩波輸出如下

10、所示：圖a圖bT2-TL5X positionf pasitionJADCSing.AutoNoneTypeT1 T2Channel BScaleChannelScale |1 忡 Y position fl- ac-I卜h P1 - - -1Time694.572 msChannel A-2,168 VChannelBReverse |694,572 ms85.770 ns-2.139 V28.713 mVExt. Trigger圖d圖e圖 a : C5為 0%,即 C5 = 0pF ;圖 b: C5為 25%,即 C5 = 7. 5pF ;圖 c: C5 為 50%,即 C5=15pF;圖

11、 d: C5為 75%,即 C5 = 22. 5pF ;圖 e: C5為 100% 即 C5 = 30pF;從以上震蕩波形可知，隨著C5的逐漸增大，震蕩波逐漸穩(wěn)定。當C5較小時，如圖a、圖b,震蕩波不太穩(wěn)定；當C5較大時，如圖d、圖e,震蕩波比較穩(wěn)定。因此，C5不能太小，一般應較大些。從這些輸出的震蕩波可知：改進后的電路波形比原本電 容三點式振蕩器穩(wěn)定度高了很多，晶體管一部分接入形式與 回路連接，接入系數(shù)p越小，耦合月弱，減弱了晶體管對回路的影響。五所用儀器穩(wěn)壓電源數(shù)字式萬用表示波器高頻信號發(fā)生器六心得體會過一周的時間，終于順利的完成了此次課程設計，回顧這次 課程設計的過程，感覺自己收獲了很多

12、，同時也發(fā)現(xiàn)了自身 存在一些問題，我發(fā)現(xiàn)了自己對書本上的知識掌握的不好， 理解的程度也不夠。這次課程設計，通過查閱相關資料和對課本知識的仔細研究，使我對抽象的理論有了具體的認識，我掌握了電容三點式、改進型電容三點式電路的原理以及優(yōu)缺點，熟悉了Pr ot el軟件的使用和電路圖的仿真，以及改變參數(shù)時對仿真 圖形進行比較和分析。對于電路的設計過程我以為電容三點 式振蕩器的設計很難，設計比較煩瑣，有靜態(tài)工作點的要求， 各電阻、電容值的設計，還有好多要求，看起來十分復雜。 后來通過查資料，才了解到先要計算好各電阻的值，再根據(jù) 各電容的作用，確定電容的值，畫出電路圖，一切都會變得 簡單。同樣，在這次課程

13、設計中也遇到了不少問題，尤其是 編輯公式時，操作不靈便，編輯好的文檔沒有及時保存，以 至于從頭再來，浪費了很多時間。但吃一塹長一智，現(xiàn)在遇 到這些問題，及時解決，以后再做這類事情就會多一點經(jīng)驗， 就會少出一些類似問題?；仡櫰鸫苏n程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在 這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多 的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到 了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使 我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠 遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理 論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際 動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可