电感三点式振荡器设计

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1、I珍乂诊乂尊高频电子线路课程（论文）电感反馈振荡器电路设计院（系:）名称电子与信息工程学院专业班级通信122学号学生姓名指导教师起止时间:2015.06.22 2015.07.04课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：通信工程号 学22 信 通课程设计论文1任务胡 的 个 进 匕高 一 5t 性 桶 阳 州 、 戎 统 号 要。简蔻心 搦 晌 题图繁折鬥 射 囲 谋的亍音 常 器 灣 析构构亍成 站 瓠 频 分结结定解 ，Mr的 创！敲分M,rn测 徊绘,葛 财咏 饭 昕 必2 2 Mu 歸否 标体路件化纸要 个形 是 指灶电器案图必一波*- 瓏种以虑方的出 计荡 频

2、 斛各邑考卅面标 殳振。其 明能初办#o定第 貳出频计 、 -hie * hoeL2 + Mhfe其中，hoe为考虑震荡回路阻抗后的晶体管等效输出导纳，hoe二hoe+1/Rp，此处Rp 为输出回路的谐振阻抗。接入系数：Pee = L1（3-5）L1 + L 2震荡的平衡条件：AF 二 1（3-6）上式称为振荡器的平衡条件，表明振荡电路形成稳定输出后，放大电路的放大倍数 和反馈网络的反馈系数的乘积等于1。它包含两层意思，其一，上式两边的模应该相等， 即A F = 1表明平衡时反馈系数和放大倍数幅值的乘积应等于1，这一式子称为幅值平 衡条件。两边相位也应该相等，因此放大倍数的相位Q （即放大电路

3、输出电压与输入A电压之间的相位差）和反馈系数相位P （即反馈电压与放大电路输出电压之间的相位F差）之和应等于2n的整数倍，即：Q+Q = 2兀（n为正整数）。A F震荡的稳定条件：1、振幅稳定条件在实际振荡电路中，不可避免地存在各种电的扰动，如电源电压、温度等外界因素 的变化引起三极管和回路参数变化等。当振荡器达到平衡状态后，上述原因均可能破坏 平衡条件，使电路频率发生变化或自激、停振等。如图2.5所示为电压增益AuUbe曲线图。图中Au为放大器电压增益，1/Fu为反 馈系数的倒数。由于反馈系数与输入电压Ube的大小无关，因此在图中1/Fu为一平行 于横座标的直线。当Ube较小时，随着Ube的

4、增大，Au逐渐增大，这时晶体管工作在甲类状态；达到 最大值后，A又将随U的增大而减小，此时晶体管工作在甲乙类状态。A曲线与1F ubeuU直线有两个交点，Q和Q点。在两个交点处，A - F = 1，都是平衡点。在Q点，若U u ube增大，A增大，A - F 1,振荡越来越强。反之，若U减小，A减小，A F VI， uu ubeuu u振荡减弱。因此，Q是不稳定平衡点。在Q点，若U增大，A减小，A F V1，于 beuu u是振荡振幅减弱，又回到Q点；若U减小，A增大，这时A F 1，于是振荡振幅自 beuu u动增大，又回到Q点。因此，Q点是稳定平衡点。所以振幅稳定条件是：在稳定平衡点 附近

5、，随着U的增加，A减小。或者说，A对U的斜率是一负值。从以上分析可见， beuube起振时U应大于Q点对应的横轴，这样才能起振，并将平衡点建立在稳定的Q点。be图2.5振幅稳定条件2、相位稳定条件：由于电路中的扰动，暂时破坏了相位平衡条件，即Y甲鼻2n兀，使振荡频率发生 变化，当扰动离去后，振荡频率还能否回到原来的稳定频率点。如图2.6所示为两种相频特性曲线，先研究图2-3 (a)的曲线。设原来的振荡频率 为f，由于外界干扰引入+ 时，频率提高到f，频率的变化量为Af。此频率变量， 01h020通过其负载的相频特性，引起的相位变量为。由此可见，相移变化的趋势将加剧，而不 是减弱，这势必引起振荡

6、的相位平衡被破坏，+A申因此不是稳定平衡。而对于图2-3(b)曲线。频率的变化量Af，通过负载的相频特性，引起的相位变量为-A申。它与+ A*0h符号相反，可以互相补偿，如果补偿的结果使+Ao + （-Ap ）=0时，达到了新的平衡 h点，即频率稳定在新的振荡频率f02处。因此，当相频特性的形状如图2-3（b）所示时, 受到扰动后振荡将在原来的平衡点附近重新达到平衡。相位稳定平衡的条件是：随着频率的提高，相位减小。或者说，相频特性的斜率是负值。（a）不稳定平衡（b）稳定平衡2.3电路性能分析电感反馈式振荡器又叫哈特来振荡器。本电路的特点是集电极与基极接于LC回路 两端，发射极则接于线圈中部某一

7、点。因此L1与L2即组成一个分压器，它们通常是绕 在一个线圈架上，其间有互感M。L1两端的电压大约为L2两端电压的25倍。电感反馈振荡电路的优点是：由于L1与L2之间有互感存在，而且LI、L2之间偶 合很紧，并且正反馈较强，所以容易起振。其次是改变回路电容来调整频率时，基本上 不影响电路的反馈系数，比较方便。这种电路的主要缺点是：与电容反馈振荡电路相比， 其振荡波形不够好。这是因为反馈支路为感性支路，对高次谐波呈现高阻抗，故对于LC 回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大。其次是当工作频率较高时，由于L1和L2 上的分布电容和晶体管的极间电容均并联于L1与L2两端，这样，反馈系数F随频率变 化

8、而改变。工作频率愈高，分布参数的影响也愈严重，甚至可能使F减小到满足不了起 振条件。因此，这种电路尽管它的工作频率也能达到甚高频波段，但是在甚高频波段里， 优先选用的还是电容反馈振荡器。第3草设计总结及仿真3.1仿真电路LR4.:图3.1电路原理图根据电路原理图，在Multisim里画好设计好的电路原理图，画好电路原理图之后 运用Multisim软件进行仿真。但仿真软件所设定的数据以及仿真所出的波形只能作为 一个参考，在实际应用中应注意修改。仿真原理图如图3.1所示。电路由放大电路、反馈选频网络和温服环节组成。1. 放大电路。自激振荡器不但要对外输出功率，而且还要通过反馈网络，供给自 身的输入

9、激励信号功率。因此，必须有功率增益。当然，能量的来源与放大器 一样，是由直流电源供给的。2. 反馈、选频网络。自激振荡器必须工作在某一固定的频率上。一般在放大器的 输出端接有一个决定频率的网络，即只有在指定的频率上，通过输出网络及反 馈网络，才有闭环360 0相移的正反馈，其它频率不满足正反馈的条件。3. 稳幅环节。自激振荡器必须能自行起振，即在接通电源后，振荡器能从最初的 暂态过度到最后的稳态，并保持一定幅度的波形。3.2仿真运行结果夕卜触发保存触发边沿： 国匡I囚回區 涂平$【莎歳菲-冥5 QiH 8B 孚BBT2ri时间通道潼道日57.773 ms-619,Z50 mV57.773 ms

10、-619.250 mV0.000 s0.000 V反向时基通道山掠度：200 us/Div刻度：5 V/Diu刻滾:1伽X轴位移格h o轴位移（格口 屮轴位移榕）：0W遠加丽二両交潇1P1I直制ISS1I o iiSQ单赛正常嗣-0图3.2输出波形如图3.2所示,经过调节三极管静态工作点、反馈元件、和震荡回路可调电容，得 出以上比较好的输出波形。但这个仿真工具和实际会有所差别，所调试出的数据只能当 参考用，在实际调试时应多加注意。在仿真过程中可以发现，当不满足电感三点式电路的起振条件时，电路不起振，幅 值均呈一条直线；当起振条件满足后，电路起振，幅值基本呈正弦变化，从形成振荡的 过程可知，电路

11、在起振之初为小信号工作状态，随着振荡的不断增长，将进入大信号工 作状态。由于晶体管特性曲线的非线性，使其集电极电流逐渐减小，此时的平均电流为 起振后的直流电流，它必大于静态时的工作点电流，主要根据起振前后，发射极直流电 压是否变化。若发射极电压大于静态时的电压，表明电路已发生振荡。Tektronix FjKM-XSC2bMi onix s ：-二:;丄瞬芒鵬 E OSCIEL ffiCO i?fQsiFQWEETOIIION. lllir SCROIL$FCbtIViEXT TffG图3.3频率值由图3.3可知，仿真频率f=4.87KHzT=2.05ms3.3仿真运行结果分析由图可以计算得到，

12、振荡器产生信号的仿真频率f=4.87KHz，仿真周期T=0.205ms, 然理论计算频率fo=4.91KHz,理论周期T=0.203ms；分析可知实际频率与计算所得频率 有误差，这应该是由于计算时忽略了互感M,使得计算频率偏高所引起的。在总体上， 仿真频率与计算频率大致相同，本电感三端式反馈振荡器仿真成功。第4章课程设计总结振荡器是由晶体管所构成的放大电路，以及由LC所构成的反馈电路所组成的。振 荡器不需要外来信号激励，自身就能将直流电能转换成交流电能。不但能产生高频信号， 也能产生低频信号。由于电感之间存在互感，而且两电感之间耦合很紧，并且正反馈较 强，所以容易起振，改变回路电容来调整频率时

13、，基本上不影响电路的反馈系数，但其 输出波形不好。振荡器可以分为很多类，有电容三点式振荡器、电感三点式振荡器等等。但是电感 三点式振荡器没有电容三点式振荡器的波形好，因为反馈电压中高次谐波分量很小，因 而输出波形好，接近正弦波。反馈系数因与回路电容有关，如果用该变回路的方法来调 整震荡频率，必将改变反馈系数，从而影响起震。但是便于用改变电容的方法来调整震 荡频率，而不会影响反馈系数。对于电路的设计过程我以为电容三点式振荡器的设计很难，设计比较烦琐，有静态 工作点的要求，各电阻、电容值的设计，还有好多要求，看起来十分复杂。后来通过查 资料，才了解到先要计算好各电阻的值，再根据各电容的作用，确定电

14、容的值，画出电 路图，一切都会变得简单。虽然现在结果做出来，但是感觉我还没能充分运用高频的理 论知识，以后要加强基础方面的学习，把理论和实践相互结合起来。自己的动手能力确 实还是不够强，每次都要问一下科协的一个同学，通过这次实践，多动手，多实践，这 样自己才能真正的掌握理论基础知识和提高动手能力。参考文献1 张肃文主编高频电子线路第五版高等教育出版社2009.52 王冬霞主编电子与通信工程专业基础实验教程.北京大学出版社2012.12：3 曾兴雯等编著高频电路原理与分析西安电子科技出版社，2007.94 高吉祥编著高频电子线路北京电子工业出版社2005.7 刘聘主编 高频电子技术人民邮电出版社2006.5 张凤言 主编 电子电路基础高等教育出版社2005.97杜武林主编高频电路原理与分析西安电子科技大学出版社2009.8附图*II -V 111 AftV I-R1 ： C2.IIIDF用；附图1设计的电感三点式振荡器原理图附图2输出波形附录II元件清单序号名称型号数量1晶体管211N1712电感1mH13电容114电阻2K15电阻3.5k16电阻15K17电阻30K28电感50uH19电容10uF1