壓控LC電容三點式振蕩器設(shè)計與仿真

..實驗二壓控LC電容三點式振蕩器設(shè)計及仿真一、實驗?zāi)康?、了解和掌握LC電容三點式振蕩器電路組成和工作原理。2、了解和掌握壓控振蕩器電路原理。3、理解電路元件參數(shù)對性能指標(biāo)的影響。4、熟悉電路分析軟件的使用。二、實驗準(zhǔn)備1、學(xué)習(xí)LC電容三點式西勒振蕩器電路組成和工作原理。2、學(xué)習(xí)壓控振蕩器的工作原理。3、認(rèn)真學(xué)習(xí)附錄相關(guān)內(nèi)容,熟悉電路分析軟件的基本使用方法。三、設(shè)計要求及主要指標(biāo)1、采用電容三點式西勒振蕩回路,實現(xiàn)振蕩器正常起振,平穩(wěn)振蕩。2、實現(xiàn)電壓控制振蕩器頻率變化。3、分析靜態(tài)工作點,振蕩回路各參數(shù)影響,變?nèi)荻O管參數(shù)。4、振蕩頻率范圍：50MHz~70MHz,控制電壓范圍3~10V。5、三極管選用MPSH10〔特征頻率最小為650MHz,最大IC電流50mA,可滿足頻率范圍要求,直流電壓源12V,變?nèi)荻O管選用MV209。四、設(shè)計步驟1、整體電路的設(shè)計框圖整個設(shè)計分三個部分,主體為LC振蕩電路,在此電路基礎(chǔ)上添加壓控部分,設(shè)計中采用變?nèi)荻O管MV209來控制振蕩器頻率,由于負(fù)載會對振蕩電路的頻率產(chǎn)生影響,所以需要添加緩沖器隔離以使振蕩電路不受負(fù)載影響。2、LC振蕩器設(shè)計首先應(yīng)選取滿足設(shè)計要求的放大管,本設(shè)計中采用MPSH10三極管,其特征頻率fT=1000MHz。LC振蕩器的連接方式有很多,但其原理基本一致,本實驗中采用電容三點式西勒振蕩電路的連接方式,該振蕩電路在克拉潑振蕩電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)微的改良,增加了一個與電感L并聯(lián)的電容,主要利用其改變頻率而不對振蕩回路的分壓比產(chǎn)生影響的特點。電路圖如下所示：圖2-2LC電容三點式西勒振蕩器圖中變?nèi)荻O管MV209與電感L1并聯(lián),構(gòu)成了西勒振蕩電路形式。R1\R2為靜態(tài)偏置電阻,C1\C2為反饋分壓電容,C3即為克拉潑振蕩電路中與C1\C2串聯(lián)的小電容,L1\C1\C2\C3共同構(gòu)成諧振回路。C4\C5為隔直電容,其中放大管基極通過C4交流接地,同時保證其基極的偏置電壓；而C5主要防止加載于變?nèi)荻O管的直流電壓影響前級電路。電感L2為扼流圈,用來防止振蕩回路的振蕩電壓會對變?nèi)荻O管所加的反向偏壓產(chǎn)生影響,采取上面這類隔離措施使得反向偏置電壓與振蕩回路分離。接下來應(yīng)該確定電路中振蕩元器件的取值。根據(jù)振幅起振條件可知,振蕩器開環(huán)增益,而開環(huán)增益與電容C1/C2組成的反饋網(wǎng)路的反饋系數(shù)、負(fù)載大小以及放大管靜態(tài)工作點有關(guān)。其中,反饋系數(shù)太小會使變小,影響起振；反饋系數(shù)太大則會影響回路Q值,而且取值過大也同樣會降低,也會停振,所以應(yīng)選擇比較合理的反饋系數(shù),一般取值范圍為1/10~1/4,在振蕩電路能正常起振的情況下,反饋系數(shù)較大,起振時間較短。而靜態(tài)工作點較高,可提高,容易起振,但不宜過大,否則造成回路有載品質(zhì)因數(shù)過低,影響振蕩頻率穩(wěn)定度。一般ICQ取值1~5mA。負(fù)載阻值不能過小,否則同樣造成過低不能起振,圖2-2中振蕩電路未接負(fù)載,可視為無窮大。根據(jù)工程估算法則,振蕩器的振蕩頻率是由諧振回路頻率所決定的諧振回路中心頻率：其中,Cj是變?nèi)荻O管的等效電容值,根據(jù)設(shè)計要求：通過計算,取,則,,由于電壓控制部分主要元件是選用MV209變?nèi)荻O管,其反向電壓與電容C—VR如下圖所示：圖2-3MV209特性圖可以看出電容與電壓變化不是呈線性變化,而是非線性變化的,只有在取值3到10V之間其電容值與電壓值最近似線性,即Cj的取值為10~30pF。因此,的取值約為9pF,由C1\C2\C3串聯(lián)而得?？紤]到克拉潑電路中要求C3取值不能過小,否則會降低,無法起振,并考慮放大管結(jié)電容的影響,最后確定各個電容值〔此處需要反復(fù)調(diào)整以取得較佳取值,,,如下圖所示：3、緩沖器設(shè)計在電容三點式振蕩電路分析中有,可以看到負(fù)載對振蕩器的穩(wěn)定度會造成影響,甚至影響電路能否正常起振。盡管采用改進(jìn)后的西勒電路能減少這種影響,但為了進(jìn)一步提高振蕩器的振蕩穩(wěn)定性,以及驅(qū)動負(fù)載能力,需要設(shè)計緩沖器來實現(xiàn)與低阻抗的負(fù)載相連。緩沖器采用共集電極電路,也即高輸入阻抗\低輸出阻抗的射隨器來實現(xiàn)。4、整體電路圖圖中C6,R5是為了防止射隨器對諧振回路產(chǎn)生影響而串接在兩級之間,但會造成射隨器輸入電壓的衰減；為了使電路容易起振,一般在電路中增加一個起始激勵脈沖V3。圖2-5整體電路圖5、仿真分析圖2-6/圖2-7分別表示控制電壓為10V和3V時的仿真波形圖2-6<a>控制電壓為10V時候負(fù)載上的振蕩波形圖2-6<b>控制電壓為10V時候負(fù)載上的振蕩波形頻譜圖2-7<a>控制電壓為3V時候負(fù)載上的振蕩波形圖2-7<b>控制電壓為3V時候負(fù)載上的振蕩波形頻譜表2-1壓控電壓與頻率關(guān)系控制電壓

〔V345678910振蕩頻率

MHz50.0054.5058.5