1、課程設計報告課題名稱 _電容三點式正弦波振蕩器_學 院 電子信息學院 專 業 通信工程 班 級 學 號 姓 名 好人 指導教師 陳布雨 緒論振蕩器是用來產生重復電子信號（通常是正弦波或方波）的電子元件，其構成的電路叫振蕩電路。能將直流電轉換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置。種類很多，按振蕩激勵方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器；按電路結構可分為阻容振蕩器、電感電感振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業、醫療、科研等方面。振蕩器的種類很多，使用范圍也不相同，但是它們的基本原理都是相同的，都要滿足起振、平衡和穩定條件。振蕩器可以分

2、為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。按照產生振蕩的工作原理，振蕩器可分為反饋式振蕩器和負阻式振蕩器。所謂反饋式振蕩器，就是利用正反饋原理構成的振蕩器，是目前用的最廣泛的一類振蕩器。所謂負阻式振蕩器，就是利用正反饋有負阻特特性的器件構成的振蕩器。在這種電路，負阻所起的作用，是將振蕩器回路的正阻抵消以維持等幅振蕩。反饋式振蕩器電路，有變壓器反饋式振蕩電路，電感三點式振蕩電路，電容三點式振蕩電路和石英晶體振蕩電路等。本次課設設計了電容三點式正弦波振蕩器。一 設計原理說明31.1 反饋振蕩器的原理31.1.1 原理分析31.1.2 平衡條件41.1.3 起振條件41.1.4 穩定條件51.2 電容三點式振

3、蕩器51.3 設計原理6二 電路設計與仿真72.1 參數設置72.2仿真電路圖形9三 仿真結果10四 課設小結11參考文獻12一 設計原理說明1.1 反饋振蕩器的原理1.1.1 原理分析反饋振蕩器的原理框圖如圖2.1所示。由圖可見，反饋振蕩器是由放大器和反饋網絡組成的一個閉合環路，放大器通常是以某種選頻網絡（如振蕩回路）作為負載，是一調諧放大器，反饋網絡一般是由無源器件組成的線性網絡。為了能產生自激振蕩，必須有正反饋，即反饋到輸入端的信號和放大器輸入端的信號相位相同。放大電路 A(S)反饋電路 F(S)+圖2.1 反饋振蕩器原理框圖對于圖2.1，設放大器的電壓放大倍數為K(s)，反饋網絡的電壓

4、反饋系數為F(s），閉環電壓放大倍數為(s)，則得其中稱為反饋系統的環路增益。用s=jw代入，就得到穩態下的傳輸系數和環路增益。由上式可知，若在某一頻率上T（j）等于1，將趨于無窮大，這表明即使沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。因此自激振蕩的條件就是環路增益為1。即1.1.2 平衡條件振蕩器的平衡條件可表示為也可以表示為 n=0,1,2，1.1.3 起振條件振蕩的最初來源是振蕩器在接通電源時不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲等，其包含有很寬的頻譜分量，在他們通過負載回路時，由諧振回路性質即只有頻率等于回路諧振頻率的分量才可以產生較大的輸出，其他頻率分量則不會產生壓降，因此負載回路上只有頻率為回

5、路諧振頻率的成分產生壓降，該壓降通過反饋網絡產生出較大的正反饋電壓，反饋電壓又加到放大器的輸入端，進行放大、反饋，不斷地循環下去，諧振負載上將得到頻率等于回路諧振頻率的輸出信號。在振蕩開始時由于激勵信號較弱，輸出電壓振幅較小，經過不斷放大、反饋循環，輸出幅度不斷增大，否則輸出信號幅值過小，無任何意義。為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大，即振蕩開始時應為增幅振蕩，可得稱為自激振蕩的起振條件，也可寫為 n=0,1,2，1.1.4 穩定條件振蕩電路中不可避免地要受到電源電壓、環境溫度、濕度等因數變化的影響，這將引起振蕩電壓幅度及其相移的起伏波動，從而破壞已維持

6、的平衡條件。因此，振蕩器還必須滿足穩定條件，才能保證所處的平衡狀態是穩定的。振幅穩定條件為相位穩定條件為1.2 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器（也叫考畢茲振蕩器），自激振蕩器的一種。圖中的L、C1、C2組成諧振回路，作為晶體管放大器的負載阻抗。反饋信號從電容器C2兩端取得，送回放大器的基極b上，而且也是將LC回路的三個端點分別與晶體管的三個電極相連，故將這種電路成為電容三點式振蕩器。由串聯電容與電感回路及正反饋放大器組成。因振蕩回路兩串聯電容的三個端點與振蕩管三個管腳分別相接而得名。 圖1.2 電容三點式振蕩器 電容三點式振蕩器適合產生幾十兆赫以上的信號，常用來作射頻振蕩器。1.3 設計原理

7、振蕩器起振條件為AF>1，振蕩器平衡條件為:AF=1它說明在平衡狀態時其閉環增益等于1，在起振時A>1/F當振幅增大到一定的程度后，由于晶體管工作狀態有放大區進入飽和區，放大倍數A迅速下降，直至 AF=1此時開始諧振。假設由于某種因素使AF<1,此時振幅就會自動衰減，使A與1/F逐漸相等。振蕩器的平衡條件包括兩個方面的內容：振幅穩定和相位穩定 。在平衡點，若K曲線斜率小于0，則滿足振蕩器的振幅穩定條件。過K曲線的斜率為正，則不滿足穩定條件。對于相位穩定條件來說，它和頻率穩定實質上是一回事，因為振蕩的角頻率就是相位的變化率，所以當振蕩器的相位發生變化時，頻率也發生了變化。LC振

8、蕩器由基本放大器、選頻網絡和正反饋網絡三個部分組成。為了維持震蕩，放大器的環路增益應該等于1，即AF=1，因為在諧振頻率上振蕩器的反饋系數為C1/C2，所以維持振蕩所需的電壓增益應該是A=電容三點式振蕩器的諧振頻率為 =L(/)1/2在實驗中可通過測量周期T來測定諧振頻率，即=1/T放大器的電壓增益可通過測量峰值輸出電壓Vop和輸入電壓Vip來確定，即A=Vop/Vip二 電路設計與仿真該單元由放大器、反饋網絡和選頻網絡組成，放大單元由2N2219三極管構成放大電路，將反饋信號放大，反饋網絡起正反饋，將信號反饋到放大單元輸入，進一步放大，選頻網絡根據自身參數，在復雜的頻譜中選取與自身諧振頻率相

9、同的頻率將其反饋，所以此信號得以不斷放大最終由輸出端輸出。2.1 參數設置2N2219三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發射極接法為例，當基極電壓有一個微小的變化時，基極電流也隨之有一小的變化，受基極電流的控制，集電極電流會有一個很大的變化，即基極電流控制集電極電流的變化。但集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數，一般在幾十到幾百倍。 對于晶體管靜態工作點，合理地選取振蕩器的靜態工作點，對振蕩器的起振，工作的穩定性，波形質量的好壞有著密切的關系。一般小功率振蕩器的靜態工作點應選在遠離飽和區而 靠近截止區

10、的地方。根據上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流 大約在 0.8-4mA 之間選取，故本設計電路中選取=1mA =2V =100則有為提高電路的穩定性值適當增大，取則由于則由于則一般取流過的電流為5-10由于 則由于振蕩回路元件的確定回路中的各種電抗元件都可歸結為總電容 C 和總電感 L 兩部分。確定這些元件參量的方法，是根據經驗先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計算出另一 種電抗元件量。從原理來講，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標準性的觀 點出發，以保證回路電容遠大于總的不穩定電容原則，先選定為宜。 若從頻率穩定性角度出發，回路電容應取大一些，這有利于減小并聯在回路上的晶體管的極間電容等

11、變化的影響。但C不能過大，C過大，L就小，Q值就會降低，使振蕩幅度減小，為了解決頻穩與幅度的矛盾，通常采用部分接入。反饋系數，不能過大或過小，適宜 1/81/2。 因振蕩器的工作頻率為：當LC振蕩時，在本設計中，則回路的諧振頻率主要由、決定，即故取=100pf。對于晶體振蕩，只需和晶體并聯一可調電容進行微調即可。為了盡可能地減小負載對振蕩電路的影響，振蕩信號應盡可能從電路的低阻抗端輸出。例如發射極接地的振蕩電路，輸出宜取自基極；如為基極接地，則應從發射極輸出。2.2仿真電路圖形圖2.1 仿真圖形 如圖所示，元器件參數為2.1中計算所得的參數。三 仿真結果 在設計完成電路后，運用mutisium

12、軟件對振蕩電路進行仿真，對其產生的波形進行分析。振蕩器波形圖如圖3.1所示。圖3.1 基于Multisim軟件仿真的波形在上圖中，可以看出輸出波形存在一定的失真情況，這是因為諧振回路對振蕩頻率必須是失諧的。換句話說，振蕩器的頻率不是簡單地等于回路的諧振頻率，而是稍有偏移。在仿真的過程中，經常遇到不能產生波形，或者波形出現失真，說明電路不起振。這需要我們去分析，對電路元件參數進行調整，并最終得到結果。在波形出現失真飽和失真，要調整的值，消除飽和失真。四 課設小結 在這次課程設計中也遇到了不少問題，首先電路的設計，查閱了不少資料，電容三點式雖然常見，但是要考慮到滿足任務書的要求，費了一番周折。 其

13、次，就是對教材中提到的相關元件的概念、作用、以及參數等不是很熟悉。在做本次課程設計之前我又重新翻看了一遍教材，鞏固了以前一些模棱兩可的知識點，也有了許多新的發現與感受，對于電路的設計過程起初以為電容三點式振蕩器的設計比較煩瑣，有靜態工作點的要求，各電阻、電容值的設計，看起來較復雜。后來通過查資料，才了解到先要計算好各電阻的值，再根據各電容的作用，確定電容的值，畫出電路圖，慢慢變得簡單。經過這次課程設計，對于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨立解決問題的能力。這次課程設計中我對電路進行了仿真，進一步熟悉了Multisim軟件的使用，對建立文件、繪制電路圖、對其進行仿真等一系列過程都更加熟練，并且認真的對電路的每一部分進行了修正，但最后出來的波形還是不很穩定。今后會努力提高自己的專業課知識，爭取能夠真正領會各種專業知識為將來自己