1、改進型電容三點式振蕩電路設計院系 : 通信與電子工程學院班級 : 電子 083姓名: 吳敏學號： 2008231243指導教師 : 秦陽完成日期： 2012 年 6 月 27 日摘要高頻信號發生器主要用來向各種電子設備和電路提供高頻能量或高頻標準信號， 以便測試各種電子設備和電路的電氣特性。高頻信號發生器主要是產生高頻正弦振蕩波，故電路主要是由高頻振蕩電路構 成。振蕩器的功能是產生標準的信號源，廣泛應用于各類電子設備中。為此,振蕩器是電子技術領域中最基本的電子線路 ,也是從事電子技術工作人員必須要熟練掌握的 基本電路。本次課設設計了改進型電容三點式高頻振蕩器， 介紹了設計步驟， 比較了各種設

2、計方法的優缺點，總結了不同振蕩器的性能特征。使用Protel2004DXP制作PCB板。使用實驗要求的電源和頻率計進行驗證，實現了設計目標。關鍵詞：電容三點式、西勒電路、Protel、印制電路板第一章實驗原理1.1振蕩的原理三點式LC正弦波振蕩器的組成法則（相位條件）是：與晶體管發射極相連的兩個電抗元件應為同性質的電抗，而與晶體管集電極一基極相連的電抗元件應與前者性質相反。圖1-1所示為滿足組成法則的基本電容反饋 LC振蕩器共基極接法的典型電路。當電路參數選取合 適，滿足振幅起振條件時，電路起振。當忽略負載電阻、晶體管參數及分布電容等因素影響 時，振蕩頻率fosc可近似認為等于諧振回路的固有振

3、蕩頻率 fo，即(1)式中C近似等于G與G的串聯值C1C2(2)C1C2圖1-1電容反饋LC振蕩器由圖1-1所畫出的分析起振條件的小信號等效電路如圖1-2所示圖1-2分析起振條件的小信號等效電路由圖1-2分析可知，振蕩器的起振條件為：kg)ng e)式中gL =1Rl / ReO1ge1 'g L nge nReo為LC振蕩回路的等效諧振電阻;電路的反饋系數C1 C2(4)由式（3）看出，由于晶體管輸入電阻re對回路的負載作用，反饋系數kf并不是越大越容 易起振，反饋系數太大會使增益 A降低，且會降低回路的有載 Q值，使回路的選擇性變差， 振蕩波形產生失真，頻率穩定性降低；所以，在晶體

4、管參數一定的情況下，可以調節負載和 反饋系數，保證電路起振。kf的取值一般在0.1 0.5之間。圖1所示的振蕩器，由于晶體管各電極直接和振蕩回路元件L、G、C2并聯，而晶體管的極間電容（主要是結電容）又隨外界因素（如溫度、電壓、電流等）的變化而變化，因此 振蕩器的頻率穩定性不夠高。為了提高振蕩器的頻率穩定性，實際中更多的采用能夠減小晶 體管與回路之間耦合的改進型電容反饋振蕩器。1.2電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器的基本電路如圖1-3所示圖2-1電容三點式振蕩器由圖可見：與發射極連接的兩個電抗元件為同性質的容抗元件Ci和C2;與基極和集電極連接的為異性質的電抗元件L,根據前面所述的判別準則，該

5、電路滿足相位條件。其工作過程是：振蕩器接通電源后，由于電路中的電流從無到有變化，將產生脈動信號，因任一脈沖信號包含有許多不同頻率的諧波，因振蕩器電路中有一個LC諧振回路，具有選頻作用，當LC諧振回路的固有頻率與某一諧波頻率相等時，電路產生諧振。雖然脈動的信號 很微小，通過電路放大及正反饋使振蕩幅度不斷增大。當增大到一定程度時，導致晶體管進 入非線性區域，產生自給偏壓，使放大器的放大倍數減小，最后達到平衡，即AF=1，振蕩幅度就不再增大了。于是使振蕩器只有在某一頻率時才能滿足振蕩條件，于是得到單一頻率的振蕩信號輸出。該振蕩器的振蕩頻率 f 0為:反饋系數F為:C1 C2 LC1C2若要它產生正弦

6、波，必須滿足F= 1/2-1/8，太小不容易起振，太大也不容易起振。一個實際的振蕩電路，在F確定之后，其振幅的增加主要是靠提高振蕩管的靜態電流值。但是如靜態電流取得太大，振蕩管工作范圍容易進入飽和區，輸出阻抗降低使振蕩波形失真，嚴重 時，甚至使振蕩器停振。所以在實用中，靜態電流值一般I co=O.5mA-4mA電容三點式振蕩器的優點是：1）振蕩波形好。2）電路的頻率穩定度較高。工作頻率可 以做得較高，可達到幾十MHz到幾百MHZ的甚高頻波段范圍電路的缺點：振蕩回路工作頻率的改變，若用調 C或G實現時，反饋系數也將改變。使 振蕩器的頻率穩定度不高第二章 改進型電容三點式振蕩電路設計電谷三點式課分

7、為三種：考畢茲振蕩器、克拉潑振蕩器、西勒振蕩器2.1考畢茲振蕩器電容三點式振蕩器（又稱考畢茲振蕩器）如圖 2-1所示Q11nFHf-2N2222A1nF2:0圖2-1考畢茲振蕩 器 理論 計算振蕩 器的頻率 為：12二.LC=7MHZ波形如圖2-2所示從波形看出其震蕩極不穩定，測試其波形頻率為 f : 6.5MHz調解C1C2改變頻率時，反饋系數也改變。由于極間電容對反饋振蕩器的回路電抗均有影 響，所以對振蕩器頻率也會有影響。而極間電容受環境溫度、電源電壓等因素的影響較大， 所以電容三點式振蕩器的頻率穩定度不高。為克服共基電容三點式振蕩器的缺點，可對其進 行改進，即克拉潑電路和西勒電路。時間軸

8、通遒A通道日出例1200陽心v比例 |2 V/Div比例|5忡邊沿 T A外部x位直o-Yffi3 f0Y位宜0-電平o -I vfr/F 加載 | B/A | ays |AC | Q | DCac o |dc" - |類型1正弦掠準自動無1Ext Trigger r|衛示液器-XSGI 14時間(J.OOOs通道0.000 V反向42.000 u£Z290V俁存2.000 u$Z290¥T2-T1圖2-2考畢茲振蕩器輸出信號波形2.2串聯型改進電容三端式振蕩器（克拉潑電路）:ZIOnF：:4 LR3 3RD5r 300uHLj:R224:電容三點式改進型“克拉潑

9、振蕩器”如圖2-3所示。圖2-3克拉潑振蕩電路電路特點是在共基電容三點式振蕩器的基礎上，用一電容 C3,串聯于電感L支路。功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標準性。使振蕩頻率的穩定度得以提高因為C3為可調電容遠小于C1或C2,所以電容串聯后的等效電容約為 C3,電路的振蕩頻 率為：fo =1/2 二、,LC?與共基電容三點式振蕩器電路相比，在電感 L支路上串聯一個電容。但它有以下特點：1、振蕩頻率改變可不影響反饋系數；2、振蕩幅度比較穩定。3、電路中C3為可變電容，調整它即可在一定范圍內調整期振蕩頻率。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

10、， 僅達1.2-1.4 ；為 此，克拉潑振蕩器適合與作固定頻率的振蕩器。觀察到的振蕩波形如圖2-4所示圖2-4克拉波振蕩器輸出信號波形改進后的電路波形比原電容三點式振蕩器穩定度高了很多，這是因為晶體管一部分接入 的形式與回路連接，接入系數 p越小，耦合越弱。減弱了晶體管對回路的影響。2.3西勒振蕩器電容三點式的改進型“西勒振蕩器”如圖2-5所示>>R1 >56kO :R3:3kQ：G5=：1：OuF：3D0uflG4 - 土 TOuFV1 :12 V24kOCl步 ODpF7卄1nF2U2222A4 C8R：,4-<Q > Dn ，-rC2 豐TODpFI L-圖

11、2-5西勒振蕩器 電路特點是在克 拉潑振蕩器的基礎 上，用一電容C4,并 聯于電感L兩端。功 用是保持了晶體管與 振蕩回路弱藕合，振 蕩頻率的穩定度高， 調整范圍大。電路的 振蕩頻率為：fo特點：1.振蕩幅度比較穩定；2.振蕩頻率可以比較咼，如可達千兆赫；頻率覆蓋率比較 大，可達1.6-1.8 ;所以在一些短波、超短波通信機，電視接收機中用的比較多。頻率穩定度是振蕩器的一項十分重要技術指標，它表示在一定的時間范圍內或一定的溫 度、濕度、電壓、電源等變化范圍內振蕩頻率的相對變化程度，振蕩頻率的相對變化量越小， 則表明振蕩器的頻率穩定度越高。改善振蕩頻率穩定度，從根本上來說就是力求減小振蕩頻率受溫

12、度、負載、電源等外界 因素影響的程度，振蕩回路是決定振蕩頻率的主要部件。因此改善振蕩頻率穩定度的最重要 措施是提高振蕩回路在外界因素變化時保持頻率不變的能力，這就是所謂的提高振蕩回路的 標準性。提高振蕩回路標準性除了采用穩定性好和高Q的回路電容和電感外，還可以采用與正溫度系數電感作相反變化的具有負溫度系數的電容，以實現溫度補償作用。輸出信號的幅值、頻率等用實時監測法測試，信號波形如圖2-6所示，調整G、C3觀測震蕩信號的波形和頻率變化。圖2-6西勒振蕩器輸出信號波形第三章容三點式電路設計3.1電路選擇從以上的討論，分析不同振蕩電路的性能指標及電路復雜程度。采用西勒振蕩電路，因為西勒振蕩器的接入

13、系數與克拉潑振蕩器的相同，由于改變頻率主要通過C4完成的，C4的改變并不影響接入系數p,所以波段內輸 出較平穩。而且C4改變，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率覆蓋系數較大， 可達 1.61.8。3.2原理圖設計圖3-1改進型電容三點式振蕩電路原理圖電路結構總的電路結構如圖3-1所示。電路由三部分組成1三極管放大器；（起能量控制作用）2正反饋網絡；（由三點式回路組成）3選頻網絡；（由三點式回路的諧振特性完成選頻功能）322靜態工作點的設置合理地選擇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。-般小功率振蕩器的靜態工作點應選在遠離飽和區而 靠近截止區的地方。

14、0.8-4mA之間選取，選 I cQ=2mA則有根據上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流 故本實驗電路中：V ce=6VB =100I CQ大約在Re Rc 二為提高電路的穩定性因：UEqfIcq- Re因：I BQ=I c（/ BUcc Uceq =12-6=32Icq2Fe值適當增大，取Re=1©則Rc= 2KQ則：U eq =2mAX 1K=2V貝U: I bq =2mA/100=0.02mA一般取流過Rb2的電流為5-10I bq ,若取10Ibq因：VBQRb2 =I BQ則：2.7VRb2 -0.2因：VccRb1 =Vbq - Veq ' 0.7取標稱電阻12K

15、?。= 13.52土 Rb2BQ41.322.7V選管由于咼頻振蕩器的振蕩頻率較咼，在選管時應注意選超咼頻小功率三極管。 特征頻率fT也要比音頻振蕩管的要求高。通常選fT> （3-10） f0 （f0為振蕩器的中心 頻率）。fT咼則管子的咼頻性能好，晶體管內部相移小，有利于穩頻。在咼頻工 作時，振蕩器的增益仍較大，易于起振。本次課設選用9014 NPN型號的晶體管, 滿足了振蕩器的頻率和功率要求。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

16、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 Cp遠大于總的不穩定電容Cd原則，先選定Cp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F=C1/C2,不能過大或過小，適宜1/81/212 二 LCL = 10卩 H因振蕩器的工作頻率為：當LC振蕩時，fo=4MHz本電路中，則回路的諧振頻率fo主要由C4、C6決定，即-亠=J2二 LC 2二 LG C4)C4 亠 C614 二2f 2L:-157pfC

17、4 =75pf，C6=82pf，因要遵循 C2，C3»C4,C6，C2/C3=1/81/2 的條件,故取 C2=680pf，則 C3=680pf。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；如為基級接地，則應從 發射極輸出。3.3印制PCB電路板使用Protel2004DXP完成原理圖的設計之后，可以生成PCB電路板，本電路板采用自動布線設計，電路板見圖3-2圖3-2改進型電容三點式振蕩電路PCB圖331轉印、腐蝕、焊接電路板在Protel中選擇：文件 頁面

18、設置 高級top Overlay隱藏所有元件。將 生成的線路圖（圖3-3）按照1： 1的比例打印在轉印紙上。圖3-3印制線路圖使用熱轉印機將圖3-3印制在環氧樹脂銅箔板上，使用FeCI3溶液進行腐蝕 腐蝕之后按照焊點打孔，之后按照元件位置焊接相應元件。第四章 結論按照 PCB 電路板相應的位置接入 +12V 電源，在 C7 的一端接頻率計，觀察 頻率計的讀數，可發現振蕩頻率在 3.84.2MHz 附近浮動，在誤差允許范圍內符 合本電路設計的 4MHz 的設計要求。振蕩電路接通電源后， 有時不起振， 或者在外界信號強烈觸發下才起振 （硬 激勵），在波段振蕩器中有時只在某一頻段振蕩，而在另一頻段不

19、振蕩等。所有 這些現象無非是沒有滿足相位平衡條件或振幅平衡條件。如果在全波段內不振 蕩，首先要看相位平衡條件是否滿足。 對三端振蕩電路要看是否滿足對應的相位 平衡判斷標準。此外，還要在振幅平衡條件所包含的各種因素中找原因。1、靜態工作點選的太小。2、電源電壓過低，使振蕩管放大倍數太小。3、負載太重，振蕩管與回路間耦合過緊，回路 Q 值太低。4、回路特性阻抗p或介入系數pee太小，使回路諧振阻抗 Ro太低。5、反饋系數kf太小，不易滿足振幅平衡條件。但kf并非越大越好，應適當 選取。有時在某一頻段內高頻端起振， 而低頻端不起振， 這多半是在用調整回路電 容來改變振蕩頻率的電路中，低端由于 C 增大而 L/C 下降，致使寫真阻抗降低 所起。反之，有時低端振高端不振，原因可能有：1、選用晶體管 fT 不夠高。2、管的電流放大倍數B太小