LC正弦波振荡器设计

高频电子线路课程设计

LC正弦波振荡器设计

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摘要

信息传输是人类社会生活的重要内容、从古代的烽火到近代的旗语，都是信息传输对入类生活的重要性是不言而喻的。最基本的信息传输手段当然是语言与文字。语言与文字的产生和发展，对入类社会的发展起了很大的作用。没有语言．人类就无法进行思维。文字不但能够传输信息，而且能够储存信息。随着人类社会生产力的发展，迫切地要求在远距离迅速而准确地传送信息。

人类认识发展信息的历程。

一.我国古代利用烽火传送边疆警报，这可以说是温古老的光通信。以后又出了“旗语”，就是用编码的方法来传妨信息。此外，诸如信鸽、释站快马接力等，也都是人们曾采用过的传输信息的方法。

二.1837年莫尔斯发明了电报，创造了莫尔斯电码，开创了通信的新纪元。1876年贝尔发明了电话，能够直接将语言信号变为电能沿导线传送。电报、电话的发明，为迅速准确地传递信息提供了新手段，是通信技术的重大突破。18年，英国物理学家麦克斯韦发表了“电磁场的动力理论”这一著名论文，得出电磁场方程，从而理论上证明了电磁波的存在为后来无线电发明和发展奠定了坚实的基础。1887年赫兹证明了电磁波的客观存在。15年马可尼首次在几百米的距离用电磁波进行通信通信获得成功，1901年又完成了横渡大西洋通信，从此无线电通信进入实用阶段。

三.20世纪60年始出现将“管”“路”结合起来的集成电路几十年来已取得巨大成就中，大规模集成电路乃至超大规模集成电路不断涌现。

四．近几年来，无线电发展的最明显的趋势就是3G手机。所谓3G手机通俗地说就是指第三代手机，3G手机已经成了集语音通信和多媒体通信相结合，并且包括图像、音乐、网页浏览、电话会议以及其它一些信息服务等增值服务的新一代移动通信系统。

从发明无线电开始，传输信息就是无线电技术的首要任务。直到今天，虽然无线电电子学技术领域在迅速扩大．但信息的传输与处理仍然是它的主要内容。高频电子线路所涉及的单元电路都是从传输与处理信息这一基本点出发．来进行研究的。

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作为本学期教学安排之一，高频课程设计能培养学生以下几方面能力：

通过对电路图的分析，能增强学生的思考能力，分析问题能力，以及动手能力。

通过对放真软件的应用，能增强学生对仿真软件的了解及应用能力。

通过课程设计，能增强学生运用课本知识的能力，提高学生将课本理论与实践相结合的能力，巩固所学知识，将所学知识转化为事实在在的能力。

通过课程设计最重要的是能够增强学生之间的团队合作能力。 关键词：LC正弦振荡器 Multism仿真 电路图

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目录

一、 选题意义……………………………………………………………………………………….5

二、 总体方案………………………………………………………………………………………6

三、 电路设计和原理分析………………………………………………………………………..7

四、 参数选择……………………………………………………………………………………10

五、 Multisium软件仿真…………….………………………………………………………….11

六、 设计心得…………………………………………………………………………………….14

七、 参考文献……………………………………………………………………………………15

八、 附图…………………………………………………………………………………………16

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一．选题意义

我选的题目电容反馈三点式振荡网络。

集成模拟乘法器是实现两个模拟信号相乘的器件，它广泛用于乘法、除法、乘方和开方等模拟运算，同时也广泛用于信息传输系统作为调幅、解调、混频、鉴相和自动增益控制电路，是一种通用性很强的非线性电子器件，目前已有多种形式、多品种的单片集成电路，同时它也是现代一些专用模拟集成系统中的重要单元。

从现实角度讲，本课程设计是作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握高频电子线路设计和调试的方法，增加模拟电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课电路与电子技术后，应安排课程设计教学实践项目，其目的是使学生更好地巩固和加深对专业基础知识的理解，学会设计中、小型电子线路的方法，完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。高频电子线路设计是一门理论性、工程性和实践性都很强的课程。通过本课程的学习，不但能掌握必要的基础理论知识，而且还能在分析问题、解决问题和实际动手能力等方面得到锻炼和提高。对于这些能力的培养，理论教学与实践教学环节必须密切联系、互相配合，才会取得比较好的效果。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

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二．总体方案

2.1 振荡器

.振荡器是不需要外加信号激励，自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。

由所学知识可知，构成一个振荡器必须具备下列三个条件：

1）一套振荡回路，包含两个或两个以上储能元件。在这两个储能元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。接收和释放能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。

2.2.方框图及说明：

滤波网络 放大网络 选频网络 正反馈网络 滤波网络:滤除电源中的交流成分是外加电源中只含有直流成分，因为振荡器所要求的加在电路上的电能是直流电能，而实际电源很难达到纯粹的直流，所以需要加这样一个电路将其中可能的交流成分滤除。

放大网络：放大网络就是通过加在基极的直流电压来控制集电极的电压输出。放大网络对于靠近谐振频率的信号，有较大的增益，对于远离谐振频率的信号，增益迅速下降。

选频网络：由电感及电容组成的选频网络分为两类，一类是串联谐振回路，另一类是并联谐振回路，回路谐振时，电感线圈中的磁能与电能中的磁能周期性的转换着。电抗元件不消耗外交电动势能量。外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路中的等幅振荡。所以在串联谐振时，回路中电流达到最大值，并联谐振中，负载电压达到最大值。

正反馈网络：反馈，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输

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入，进而影响系统功能的过程，即将输出量通过恰当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。正反馈使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。正反馈网络是电感反馈三点式振荡网络中比较重要的一个环节。

三、电路设计与原理分析

3.1.电容反馈三点式振荡器电路原理图及交流通路

图1 电路原理图

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图2 交流通路

3.2 原理分析：

三点式LC振荡器，特别是电容反馈式三点振荡器，由于反馈主要是通过电容，所以可以削弱高次谐波的反馈，是振荡产生的波形得到改善，且频率稳定度高，又适于较高波段工作。

有电路图可知，三极管的连接符合“射同基集反”的规则，即发射极与两个同性质电抗相连，集电极与基极之间连接一个异性质的电抗，满足了相位平衡条件，所以可以振荡。

由所学知识可知，振荡器起振条件为AF1 振荡器平衡条件为： AF1

AF1 ;

AB2n（n0,1,2,

它说明在平衡状态时其闭环增益等于1。

1在起振时A，当振幅增大到一定的程度后，由于晶体管工作状态有放大

F区进入饱和区，放大倍数A迅速下降，直至AF1，此时开始谐振。

 8

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图 3 软自激的振荡特性

1假设由于某种因素使A,即出现AF1的情况，此时振幅就会自动衰减，使

F1A与逐渐相等。

F 可求得电路的振荡频率

式中

1111 CC4C5C6f012LC

由于晶体管间存在寄生电容器，他们均与谐振回路并联，会使振荡频率发生偏移，而且晶体管极间电容会随晶体管工作状态变化而变化，这会引起振荡频率不稳定。为了减小晶体管极间电容的影响可采用改进型电容三点式振荡电路即在谐振回路电感支路中增加一个电容C6,其直比较小，要求C6C4;C4C5，则谐振回路总电容量为：

f012LC

11111,即CCC4C5C6C61 2LC6C6, 因此振荡频率f0近似为：

由此可见，C4,C5对振荡频率的影响显著减小，那么与 C4，C5并联相接的晶体管极间电容影响也减小了，振荡频率稳定度越高。但谐振回路接入C6后，C6越小，会使晶体管等小负载减小，放大器放大倍数减小振荡器输出幅度减小，若C6过小，振荡器会因不满足起振条件而停止振荡。

引起振荡频率不稳定的原因还有谐振回路参数随时间，电源电压，温度的变化而变化，晶体管参数不稳定，以及振荡器负载变化等，为得到稳定的振荡频率，除选用高质量电路元件，采用直流稳压电源及恒温措施外，还应提高振荡回路品质因数Q，因为Q越大，相频特性曲线在f0附近的斜率也大，选频特性也越好。

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四、参数选择

R150K ;R24.3K ;R35.1K R41K ;R51K ;R6110K C110nF ;C210nF ;C310nF C4120pF ;C5680pF ;C6100pF

C710nF ;L2470uH 外加电源为+12v的直流电源； 三极管型号选取为2N2221A

;L339uH 10

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五、Multisium软件仿真

5.1组建仿真电路，调整电路静态工作点

（1）仿真软件界面上组建仿真电路，其中需双击可变电容C4图标，将弹出的对话框栏中的Key设置成B，Increment栏设置成1%；双击电位器图标，将弹出的对话框中Increment也改为1%

（2）暂时断开反馈电容C6，调出虚拟万用表并联在集电极电阻R3两端，

如图4所示。开启仿真开关，双继续努万用表图标，调整电位器R6的百分比，是万用表的直流电压在2V左右，即电路的静态工作点ICQ2mA左右，测试完毕后，恢复反馈电容C4连线，并删除虚拟万用表。

图4 调整电路静态工作点

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5.2仿真电路图：

图5 仿真电路图

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仿真结果与振荡电路性能分析

图 6 仿真结果

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仿真结果如图6所示，由图可知道，正弦波的周期约为243.243ns,振幅约为4.5v,

但也明显看出波形出现了略微失真，出现这种现象的原因可能有谐振回路参数随时间，电源电压，温度的变化而变化，晶体管参数不稳定，以及振荡器负载变化等。

电容三点式振荡器的优点是：输出波形好，这是因为集电极电流和基极电流

可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减小，波形更加接近于正弦波。其次，该电路的不稳定电容（分布电容，器件的结果电容等）都是与该电路并联的，因此适当增大回路的电容量，就可以减弱不稳定因素对振荡频率的影响，从而提高了频率稳定度。最后，当工作频率较高时，甚至可以只利用器件的输入和输出电容作为回路电容。因而本电路适用于较高的工作频率。

电容三点式振荡器的缺点是：调C4或C5来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。

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六、设计心得

高频课程设计已接近尾声，现在对我这段时间的收获，感想总结如下： 在这次课程设计中，我深深的体会到课本知识的重要性，不把课本知识钻研透彻，就难以在自己专业课方面有所突破，以前总以为自己所学专业课在以后用不上，所以学习态度不端正，不认真学习专业课，通过这次课程设计我意识到只是总有它的用处。其次通过这次课程设计中，也锻炼了我思考的能力，尤其是在参数设置方面，动了不少脑筋，参阅了不少资料，也请教了不少同学，对我锻炼很大。同样，在这次课程设计中也遇到了不少问题，集中体现在word运用极不熟练，尤其是编辑公式时，操作不灵便，浪费了很多时间。

通过课程设计我也深刻认识到，理论知识学得再好，没有实践都会成为空谈，只有通过实践，通过做一些实实在在的与理论知识有关的东西才能将所学理论知识巩固，才能真正掌握理论知识。

经过这次课程设计我感到我只是的欠缺实在是太多，不论是在专业课知识的积累，还是实践动手能力以及电脑操作能力。以后我会努力在这几个方面“补”一下。为毕业设计打好基础！

当今社会是以创新为基础，科技为先导的飞速发展的社会，知识的飞跃日新月异，只有时刻紧跟时代步伐，紧跟时代潮流，积极汲取先进知识，才能在激烈的社会竞争中立于不败之地，才能成为一名真正的弄潮儿！

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七、参考文献

[1] 张肃文.《高频电子线路》.高等教育出版社 .2004

[2] 黄培根.任清褒.《multisim 10 计算机虚拟仿真实验室》.电子工业出版社.2008 [3] 汪建.《电路理论基础（上、下册）》.华中科技大学出版社.2002 [4] 孙玉凯.项绮明 .《教你看懂模拟实用电路》. 电子工业出版社.2009

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八、附图：

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