LC正弦波振荡器设计
高频电子线路课程设计报告
设计题目：LC正弦波振荡器的设计
2012年6月10日
前言 (1)
一、设计任务与要求 (1)
1.1设计目的 (1)
1.2设计要求 (1)
二、总体方案 (2)
2.1整体分析 (2)
2.1.1 LC谐振回路原理 (2)
2.1.2电感三点式振荡器 (3)
2.1.3电容三点式振荡器 (4)
2.1.4 克拉泼振荡器 (5)
2.2综合比较最终选择方案 (6)
三、设计内容 (6)
3.1 电路工作原理 (6)
3.1.1平衡条件 (6)
3.1.2 起振条件 (9)
3.1.3振幅的起振条件 (9)
3.2仿真结果与分析 (11)
四、总结 (14)
五、参考文献 (14)
前言
正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。它是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于，无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。常用正弦波振荡器主要由决定振荡率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。
正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、fT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开正弦波振荡器。
根据所产生的波形不同，可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波，后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型，其中LC振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波。正反馈放大器既可以由晶体管、场效应管等分立器件组成，也可以由集成电路组成，但前者的性能可以比后者做得好些，且工作频率也可以做得更高。
一、设计任务与要求
1.1设计目的
掌握LC正弦波振荡器的基本设计方法。通过该设计，可以巩固所学的LC振荡器工作原理等电子技术知识，学习multisim仿真软件的使用，锻炼学生实际动手能力，促进学生所掌握的理论知识向实践应用的转变，从而达到培养学生电子综合应用实践能力的目的。
1.2设计要求
使用电感、电容等器件设计一个LC正弦波振荡器，包括方案设计、电路设计和仿真验证。具体要求如下：设计正弦波振荡器，输出稳定正弦波信号，输出频率可调范围为10~20MHz。
二、总体方案
2.1整体分析
2.1.1 LC 谐振回路原理
以LC 谐振回路作为选频网络的反馈振荡器统称为LC 振荡器，它可以用来产生几十千赫兹到几百兆赫兹的正弦波信号。LC 振荡器按反馈网络结构不同，可分为互感耦合和三点式两大类。
三点式振荡器是指LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫。
三点式振荡器原理电路如图2.1所示。其中，Xbe 、Xce 和Xbc 均为电抗元件。由图2.1可以看出，Xbe 、Xce 和Xbc 构成了决定振荡频率的并联谐振回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络。下面就分析在满足相位平衡条件时，LC 回路中三个电抗元件应具有的性质。
假定LC 回路由纯电抗元件组成，并令回路电流为I
，由图2.1可得
be f X I j U = ce c X I j U -=
为使f U ?与c U ?反相，必须要求Xbe 和Xce 为性质相同的电抗元件。
另一方面，在不考虑晶体管电抗效应的情况下，振荡频率近似等于回路的谐振频率。那么，在回路处于谐振状态时，回路呈纯阻性，有
0=++bc ce be X X X
由上式可见， Xbc 必须与Xbe (Xce)为性质相反的电抗元件。
图2.1 三点式振荡器原理电路
o U
综上所述，三点式振荡器构成的一般原则可归纳为：Xbe 和Xce 的电抗性质必须相同，Xbc 与Xbe 、Xce 的电抗性质必须相异。为便于记忆，我们再进一步将三点式振荡器构成的一般原则简述为：“射同它异”，即连接于晶体管射极的两个电抗元件性质必须是相同的，而连接于晶体管基极和集电极的那个电抗元件性质必须是相异的。同样，对于由场效应管或运算放大器构成三点式振荡器的一般原则也可简述为：“源（指源极）同它异”或“同（指同相端）同它异”。
如果与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式振荡器，则称为电容三点式振荡器；如果与发射极相连的两个电抗元件同为电感时的三点式振荡器，则称为电感三点式振荡器。
2.1.2电感三点式振荡器
电感三点式振荡器又称哈特莱振荡器，其原理电路如图 2.2（a ）所示，图（b ）是其交流等效电路。图（a ）中， Rb1、Rb2和Re 为分压式偏置电阻；Cb 和Ce 分别为隔直流电容和旁路电容；L1、L2和C 组成并联谐振回路，作为集电极交流负载，其中L1相当于图2.2中的Xbe ，L2相当于Xce ，C 相当于Xbc ，谐振回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连，符合三点式振荡器的组成原则。由于反馈信号f U ?由电感线圈L2取得，故称为电感反馈三点式振荡器。
采用与电容三点式振荡电路相似的方法可求得起振条件的公式为
()ie p oe fe Fg g g F y +'+>1 （2-1) 式中，各符号的含义仍与考毕兹振荡器相同，只是反馈系数F 的表达式有所不同 M L M L F ++=
12 (2-2) 当线圈绕在封闭瓷芯的瓷环上时，线圈两部分的耦合系数接近于1，反馈系数F 近似等于两线圈的匝数比，即F=N2/N1。
振荡频率的近似为
()C M L L LC f 22121210++=≈
ππ (2-3) 若考虑goe 、gie 的影响时，满足相位平衡条件的振荡频率值为
()()2
21021
M L L g g g LC f ie p oe -'++≈π (2-4)
式中，L=L1+L2+2M 。 由式 (2-4) 可见，电感三点式振荡器的振荡频率要比式 (2-3) 所示的频率值稍低一些，goe 、gie 越大，耦合越松，偏低得越明显。
2.1.3电容三点式振荡器
电容三点式振荡器又称为考毕兹（Colpitts ）振荡器，其原理电路如图2.3（a ）所示。图中Rb1、Rb2、Re 组成分压式偏置电路；Ce 为旁路电容；Cb 、Cc 为隔直流电容；Lc 为高频扼流圈，其作用是为了避免高频信号被旁路，而且为晶体管集电极构成直流通路；L 和C1、C2组成振荡回路，作为晶体管放大器的负载阻抗。图2.3（b ）是它的交流等效电路。在这个电路中，电容C1相当于图
2.1中的Xce ，C2相当于Xbe ，而电感相当于Xbc ，故它符合三点式振荡器的组成原则。
L L
L （a ）原理电路
（b ）交流等效电路
图2.2 电感三点式振荡器 V CC (a ) 原理电路
(b ) 交流等效电路
反馈系数F 的表达式 211C C C F +≈
（2-5） 不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量C Σ为C1、C2的串联，即 C C C C ≈+=∑21111
（2-6）
振荡频率的近似为
L
C C C C LC f ???? ??+=≈2121021
21
ππ （2-7）
调解C1C2改变频率时，反馈系数也改变。由于极间电容对反馈振荡器的回路电抗均有影响，所以对振荡器频率也会有影响。而极间电容受环境温度、电源电压等因素的影响较大，所以电容三点式振荡器的频率稳定度不高。
2.1.4 克拉泼振荡器
图2.4 (a) 为克拉泼振荡器原理电路，(b)为其交流等效电路。它的特点是在前述的电容三点式振荡谐振回路电感支路中增加了一个电容C3，其取值比较小，要求C3<< C1，C3<< C2。
图2.4 克拉泼振荡器
先不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量C Σ为C1、C2 和C3的串联，即
43211111C C C C C ≈++=∑ (2-8)
(a ) 原理电路 (b ) 交流等效电 3 3
于是，振荡频率为
402121LC LC f ππ≈≈∑ (2-9) 使式(2-9)成立的条件是C1和C2都要选得比较大，由此可见，C1、C2对振荡频率的影响显著减小，那么与C1、C2并接的晶体管极间电容的影响也就很小了，提高了振荡频率的稳定度。
2.2综合比较最终选择方案
电容三点式振荡器输出波形好，工作频率比较高；缺点是调整困难，起振困难。电感三点式振荡器起振容易，调整方便，缺点是输出波形不好。克拉泼电路则是高稳定度LC 振荡器电路，所以，在此，我选择了使用克拉泼电路。
三、设计内容
3.1 电路工作原理
3.1.1平衡条件
振荡建立起来之后，振荡幅度会无限制地增长下去吗？不会的，因为随着振荡幅度的增长，放大器的动态范围就会延伸到非线性区，放大器的增益将随之下降，振荡幅度越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大而进入平衡状态。
由于放大器开环电压增益A
和反馈系数F 的表示式分别为 i o U U A =，o
f U U F = （3-1） 且振荡器进入平衡状态后
i f U U =，此时根据式（1-1）可得反馈振荡器的平
衡条件为
1)(==+F A j AFe F A ?? （3-2） 式中，A 、A ?分别为电压增益的模和相角；F 、F ?分别为反馈系数的模和相角。
式（1-2）又可分别写为
1=AF （3-3）
π??n F A 2=+ n=0，1，2，… （3-4） 式（3-3）和（3-4）分别称为反馈振荡器的振幅平衡条件和相位平衡条件。 作为一个稳态振荡，式（3-3）和（3-4）必须同时得到满足，它们对任何类型反馈振荡器都是适用的。平衡条件是研究振荡器的理论基础，利用振幅平衡条件可以确定振荡幅度，利用相位平衡条件可以确定振荡频率。
必须指出，这里的A
是指放大器的平均增益。因为振荡器处于平衡状态 放大器乙不工作在甲类状态，而工作在非线性的甲乙类、乙类或丙类状态，所以这时放大器乙不能用小信号甲类状态的增益来表示了。
下面以图1.2所示变压器反馈LC 振荡电路为例确定一下平衡条件与放大器、反馈网络参数间的关系。
振荡器处于平衡状态时，放大器进入了非线性区。根据折线分析法可知，集电极电流将变成脉冲状。由图1.2可得放大器开环电压平均增益表示式为
im p cm i U R I U U A o 1== （3-5）
式中，
o U 为负载谐振回路上的基波电压，p R 为谐振回路谐振电阻。
由 1max 11()()(1cos )cm C c im I i g U αθαθθ==- （3-6）
图3.1变压器反馈LC 振荡电路
将式（3-6）代入式（3-5），得
101()(1cos )()
c p A g R A αθθγθ=-= （3-7） 式中，11()()(1cos )γθαθθ=-；
p c R g A =0为起振时（180o θ=）小信号线性
放大倍数。 由式（3-7）可知，当振幅增大进入非线性工作状态后，通角0180<θ，故A
下降，直到1=F A
达到平衡状态。此时，振荡器的振幅平衡条件又可表示为 01()1AF A F γθ== （3-8） 同时，又由图（3-1）可知，振荡器处于平衡状态时，输出电压
11p c c Z I U =，即111p fe i p c Z Y U Z I A == ，可得平衡条件的另一表达形式
11=F Z Y p fe （3-9）
或者写成如下形式 11=F Z Y p fe （3-10） π???n F Z Y 2=++ n=0，1，2，… （3-11） 式中，
Y j fe fe e Y Y ?=称为晶体管的平均正向传输导纳，Y ?为集电极电流基波分量1c I 与基波输入电压i U 的相位差；Z
j p p e Z Z ?11=称为谐振回路的基波阻抗，Z ?为c U 与1c I 之间的相位差；F j Fe F ?= 称为反馈系数，F ?为f U 与c U 之间的相
位差。 式（3-10）和（3-11）就是用电路参数表示的振幅平衡条件和相位平衡条件。
当振荡器的频率较低时，1c I 与i U 、c U 与1c I 、f U 与c U 都可认为是同相的，也就是说满足0=++F Z Y ???的相位条件。
当振荡器的频率较高时，1c I 总是滞后i U ，即0 阻。 3.1.2 起振条件 式（3-2）是维持振荡的平衡条件，是针对振荡器进入稳态而言的。为了使振荡器在接通直流电源后能够自动起振，则要求反馈电压在相位上与放大器输入电压同相，在幅度上则要求f U >Ui ，即 π??n F A 2=+ n=0，1，2，… （3-12） 10>F A （3-13） 式中，A0为振荡器起振时放大器工作于甲类状态时的电压放大倍数。 式（3-12）和（3-13）分别称为振荡器起振的相位条件和振幅条件。由于振荡器的建立过程是一个瞬态过程，而式（3-12）和（3-13）是在稳态下分析得到的，所以从原则上来说，不能用稳态分析研究一个电路的瞬态过程，因而也就不能用式（3-12）和（3-13）来描述振荡器从电源接通后的振荡建立过程，而必须通过列出振荡器的微分方程来研究。但可利用式（3-12）和（3-13）来推断振荡器能否产生自激振荡。因为在起振的开始阶段，振荡的幅度还很小，电路尚未进入非线性区，振荡器可以通过线性电路的分析方法来处理。 综上所述，为了确保振荡器能够起振，设计的电路参数必须满足A0F>1的条件。而后，随着振荡幅度的不断增大，A0就向A 过渡，直到AF=1时，振荡达到平衡状态。显然，A0F 越大于1，振荡器越容易起振，并且振荡幅度也较大。但A0F 过大，放大管进入非线性区的程度就会加深，那么也就会引起放大管输出电流波形的严重失真。所以当要求输出波形非线性失真很小时，应使A0F 的值稍大于1。 3.1.3振幅的起振条件 om omQ om omQ omB (a ) 软自激的振荡特性 (b ) 硬自激的振荡特性 图3.2 自激振荡的振荡特性 在平衡条件的讨论中我们曾经指出，放大倍数是振幅Uom 的非线性函数，且起振时，电压增益为A0，随着Uom 的增大，A 逐渐减小。反馈系数则仅取决于外电路参数，一般由线性元件组成，所以反馈系数F （或1/F ）为一常数。为了说明振幅稳定条件的物理概念，在图 3.2（a ）中分别画出反馈型振荡器的放大器电压增益A 和反馈系数的倒数1/F 随振幅Uom 的关系。图3.2（a ）中，Q 点就是振荡器的振幅平衡点，因为在这个点上，A=1/F ，即满足AF=1的平衡条件。那么这一点是不是稳定的平衡点呢？那就要看在此点附近振幅发生变化时，是否具有自动恢复到原平衡状态的能力。 假定由于某种因素使振幅增大超过了UomQ ，由图可见此时A<1/F ，即出现AF<1的情况，于是振幅就自动衰减而回到UomQ 。反之由于某种因素使振幅小于UomQ ，此时A>1/F ，即出现AF>1的情况，于是振幅就自动增大，从而又而回到UomQ 。因此Q 点是稳定平衡点。Q 点是稳定平衡点的原因是，在Q 点附近，A 随Uom 的变化特性具有负的斜率，即 0 （3-14） 式（3-14）就是振幅稳定条件。 并非所有的平衡点都是稳定的。如果振荡管的静态工作点取得太低，而且反馈系数F 又较小时，可能会出现图3.2（b ）的另一种振荡特性。这时A 随Uom 的变化特性不是单调下降，而是先随Uom 的增大而上升，达到最大值后，又Uom 的增大而下降。因此，它与1/F 线可能出现两个平衡点Q 点和B 点。其中平衡点Q 满足振幅稳定条件，而平衡点B 不满足稳定条件，因为当振荡幅度稍大于UomB 时，则A>1/F ，即AF>1，成为增幅振荡，振幅越来越大。而当振荡幅度稍低于UomB 时，则AF<1，成为减幅振荡，振幅越来越小，直到停振为止。这种振荡器不能自行起振，除非在起振时外加一个较大的激励信号，使振幅超过B 点，电路才能自动进入Q 点。像这样要预先外加一个一定幅度的信号才能起振的特性称为硬自激。对于图 3.2（a ）所示无需外加激励就能起振的特性称为软自激。一般情况下都是使振荡电路工作于软自激状态，通常应当避免硬自激。 3.2仿真结果与分析 克拉泼振荡器其振荡频率为f=LC π21，式中C=3211111C C C ++，此电路的 频率稳定度较好，但在振荡范围较宽时，输出幅度不均匀，且频率升高后不易起振，其主要 用于固定频率或波段范围较窄的场合。电容三点式改进型“克拉泼振荡器” 如下图所示。 电路起振之后，调节C3，使其在80%处工作，f=9.96MHZ ，得出示波器的输出波形如下： f=16MHZ 得出示波器的输出波形如下： f=19.6MHZ 得出示波器的输出波形如下： 综上所述，设计到此为止，可以说，通过调节C3值的大小，仿真可输出稳定正弦波信号，输出频率可调范围为10~20MHz。 四、总结 此次课程设计主要针对LC正弦波振荡器的设计提出自己的设计方案，并利用仿真软件Multisim来实现自己的设计电路图。设计中用到了电感三点式振荡器、电容三点式振荡器、克拉波振荡器电路等在高频电子线路课程中学到的知识。 首先，在设计电路之前，我认真地对比了电感三点式振荡器、电容三点式振荡器、克拉波振荡器电路的优缺点。对于电感三点式振荡器，我认识到其电路中，L1与L2之间有互感的存在，所以容易起振。另外，改变回路电容来调整频率时，基本上不影响电路的反馈参数，比较方便。但这种参数的缺点是振荡波形不够好，这是因为反馈支路为感性支路，対高次谐波呈现高阻抗，故对LC回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大，另外当工作频率较高时，由于L1与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随频率的变化而变化。 对于电容三点式振荡器，其优点是输出波形较好，这是因为集电极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，输出的谐振分量减小，波形更加接近于正弦波。其次，该电路中的不稳定电容（分布电容、器件的结电容等）都是与该电路并联的，因此适当加大回路电容量，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。 克拉泼电路为高稳定度LC振荡电路，其克服了上述两种电路的缺点。在综合衡量之下，我选用了克拉泼振荡电路。 经过上网和去图书馆查找资料计算数据得实验中的电路图，在multisim仿真软件上仿真，经过调试，电路中终于输出了10-20MHZ的正弦波。 五、参考文献 [1]《高频电子线路》，谈文心，西安交通大学出版社 [2]《高频电子线路实验与课程设计》，杨翠娥主编，哈尔滨工程大学出版社 [3]《数字电子技术》，电子工业出版社 [4]《通信电子线路》，第三版，高如云主编，西安电子科技大学出版社 [5]《模拟电子技术》，胡宴如主编，高等教育出版社 [6]《电子技术基础实验与课程设计指导》，第二版，高吉祥，主编，电子工业出版社 [7]《高频电子线路》，第五版，张肃文主编，高等教育出版社 摘要 自激式振荡器是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅值的交变能量电路。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，本次课程设计采用电容三点式振荡器，运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值，得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。 关键词：电容三点式；振荡器；multisim； 目录 1、绪论 (1) 2、方案的确定 (2) 3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 (3) 3.1 反馈振荡器的原理和分析 (3) 3.2. 电容三点式振荡单元 (4) 3.3 电路连接及其参数计算 (5) 4、总体电路设计和仿真分析 (6) 4.1组建仿真电路 (6) 4.2仿真的振荡频率和幅度 (7) 4.3误差分析 (8) 5、心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录 (10) 附录Ⅰ元器件清单 (10) 附录Ⅱ电路总图 (11) 1、绪论 振荡器是不需外信号激励、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。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持 下去。选频网络则只允许某个特定频率0f能通过，使振荡器产生单一频率的输出。 振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 U和输入电压i U要相等，这是振幅平衡条件。二是f U和i U必须相位相同，这是相位f 平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。 本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器，电容三点式振荡器，也叫考毕兹振荡器，是自激振荡器的一种，这种电路的优点是输出波形好。电容三点式振荡器是由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。 本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器，要求根据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达到任务书的指标要求，最后撰写课设报告。报告内容按照课设报告文档模版的要求进行，主要包括有关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析等。 主要技术指标：输出频率9 MHz，输出幅度（有效值）≥5V。 摘要 振荡器的种类很多，适用的范围也不相同，但它们的基本原理都是相同的，都由放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。然后通过所学的高频知识进行初步设计，由于受实践条件的限制，在设计好后，我利用了模拟软件进行了仿真与分析。为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim10.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。 关键词：LC振荡回路；仿真；正弦波信号；Multisim软件； 目录 一、绪论 (1) 二、方案确定 (1) 2．1电感反馈式三端振荡器 (2) 2．2电容反馈式三端振荡器 (3) 2.3 振荡平衡条件一般表达式 (4) 2．4起振条件和稳幅原理 (4) 三、LC振荡器的基本工作原理 (4) 四、总电路设计和仿真分析 (5) 4.1软件简介 (5) 4.2 总电路设计 (7) 4.3 进行仿真 (8) 4.4 各个原件对电路的影响 (11) 五、心得体会 (12) 参考文献 (13) 附录 (14) 电路原理图 (14) 元器件清单 (14) 一、绪论 在本课程设计中，对LC正弦波振荡器的仿真分析。正弦波振荡器用来产生正弦交流信号的电路，它广泛应用于通信、电视、仪器仪表和测量等系统中。在通信方面，正弦波震荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或调解时所需要的本机振荡信号。医用电疗仪中，用高频加热。在课程设计中，学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim10.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。 我利用了仿真软件对电路进行了一写的仿真分析，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号，本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。 二、方案确定 通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。我们这里研究的主要是LC三端式振荡器。 《电子设计基础》 课程报告 设计题目： RC正弦波振荡器电路设计及仿真学生班级： 学生学号： 学生姓名： 指导教师： 时间： 成绩： 西南xx大学 信息工程学院 一.设计题目及要求 RC正弦波振荡器电路设计及仿真，要求： （1）设计完成RC正弦波振荡器电路； （2）仿真出波形，并通过理论分析计算得出频率。 二.题目分析与方案选择 在通电瞬间电路中瞬间会产生变化的信号且幅值频率都不一样，它们同时进入放大网络被放大，其中必定有我们需要的信号，于是在选频网络的参与下将这个信号谐振出来，进一步送入放大网络被放大，为了防止输出幅值过大所以在电路中还有稳幅网络（如图一中的两个二极管），之后再次通过选频网络送回输入端，经过多次放大稳定的信号就可以不断循环了，由于电路中电容的存在所以高频阻抗很小，即无法实现放大，且高频在放大器中放大倍数较小。 三.主要元器件介绍 10nf电容两个；15kΩ电阻一个；10kΩ电阻三个；滑动变阻器一个；2.2k Ω电阻一个；二极管两个；运算放大器；示波器 四.电路设计及计算 电路震荡频率计算： f=1/2πRC 起振的复制条件：R f/R i>=2 其中R f=R w+R2+R3/R d 由其电路元件特性 R=10KΩ C=10nF 电路产生自激震荡，微弱的信号1/RC 经过放大，通过反馈的选频网络，使输出越来越大，最后经过电路中非线性器件的限制，使震荡幅度稳定了下来，刚开始时A v=1+R f/R i >3。 平衡时A v=3，F v=1/3(w=w0=1/RC) 五.仿真及结果分析 在multisim中进行仿真，先如图一连接好电路，运行电路，双击示波器，产生波形如下图 图2 刚开始运行电路时，输出波形如图2，几乎与X轴平行，没有波形输出。 LC正弦波振荡电路详解 LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的，只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。 一、LC谐振回路的频率特性 LC正弦波振荡电路中的选频网络采用LC并联网络，如图所示。图(a)为理想电路，无损耗，谐振频率为 （推导过程如下） 公式推导过程： 电路导纳为 令式中虚部为零，就可求出谐振角频率 式中Q为品质因数 当Q>>1时，，所以谐振频率 将上式代入，得出 当f=f0时，电抗 当Q>>1时，，代入，整理可得 在信号频率较低时，电容的容抗() 很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的 感抗()很大，网络呈容性；只有当f=f0时， 网络才呈纯阻性，且阻抗最大。这时电路产生电 流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的 磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。 实际的LC并联网络总是有损耗的，各种损耗等 效成电阻R，如图(b)所示。电路的导纳为 回路的品质因数 （推导过程如下）公式推导过程： 电路导纳为 令式中虚部为零，就可求出谐振角频率 式中Q为品质因数 当Q>>1时，，所以谐振频率 将上式代入，得出 当f=f0时，电抗 当Q>>1时，，代入，整理可得 上式表明，选频网络的损耗愈小，谐振频率相同时，电容容量愈小，电感数值愈大，品质因数愈大，将使得选频特性愈好。 当f=f0时，电抗（推导过程如下） 综合设计 正弦波振荡器的设计与测试 一．实验目的 1． 掌握运用Multisim 设计RC 振荡电路的设计方法 2． 掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理 3． 熟悉RC 正弦波振荡器的调试方法 4． 观察RC 参数对振荡器的影响，学习振荡器频率的测定方法 二．实验原理 在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，即电路中必须引入正反馈；二要有外加 的选频网络，用以确定振荡频率。正弦波振荡的平衡条件为：.. 1AF = 起振条件为.. ||1A F > 写成模与相角的形式：.. ||1A F = 2A F n πψ+ψ=（n 为整数） 电路如图1所示： 1． 电路分析 RC 桥式振荡电路由RC 串并联选频网络和同相放大电路组成，图中RC 选频网络形成正反馈电路， 决定振荡频率0f 。1R 、f R 形成负反馈回路，决定起振的幅值条件，1D 、2D 是稳幅元件。 该电路的振荡频率 ： 0f =RC π21 ① 起振幅值条件：311 ≥+ =R R A f v ② 式中 d f r R R R //32+= ，d r 为二极管的正向动态电阻 2． 电路参数确定 （1） 根据设计所要求的振荡频率0f ，由式①先确定RC 之积，即 RC= 21f π ③ 为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻i R 和输出电阻o R 的影响，应使 R 满足下列关系式：i R >>R>>o R 一般i R 约为几百千欧以上，而o R 仅为几百欧以下，初步选定R 之后，由式③算出电容C 的值，然后再算出R 取值能否满足振荡频率的要求 （2） 确定1R 、f R ：电阻1R 、f R 由起振的幅值条件来确定，由式②可知f R ≥21R ， 通常 取f R =（2.1~2.5）1R ，这样既能保证起振，也不致产生严重的波形失真。此外，为了减小输入失调电流和漂移的影响，电路还应满足直流平衡条件，即： R=1R //f R （3） 确定稳幅电路：通常的稳幅方法是利用v A 随输出电压振幅上升而下降的自动调节作用实 现稳幅。图1中稳幅电路由两只正反向并联的二极管1D 、2D 和电阻3R 并联组成，利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻3R 。实验证明，取3R ≈d r 时，效果最佳。 三．实验任务 1．预习要求 （1） 复习RC 正弦波振荡电路的工作原理。 （2） 掌握RC 桥式振荡电路参数的确定方法 2． 设计任务 设计一个RC 正弦波振荡电路。其正弦波输出要求： （1） 振荡频率：接近500Hz 或1kHz 左右，振幅稳定，波形对称，无明显非线性失真 （2）* 振荡频率：50Hz~1kHz 可调，其余同（1） 四．实验报告要求 1． 简述电路的工作原理和主要元件的作用 2． 电路参数的确定 3． 整理实验数据，并与理论值比较，分析误差产生的原因 4． 调试中所遇到的问题以及解决方法 五．思考题 1． 在RC 桥式振荡电路中，若电路不能起振，应调整哪个参数？若输出波形失真应如何调整？ 2． 简述图-1中21D D 和的稳幅过程。 六．仪器与器件 仪器： 同实验2 单管 器件： 集成运算放大器μA741 二极管 1N4001 电阻 瓷片电容 若干 华侨大学电子工程系 电子电路设计实验 模数电技术 Lab # 4 正弦波振荡器设计 实 验 时 间2016 年第 周 机电信息实验大楼Ａ526 文 档 名 称 正弦波振荡器设计 文 档 类 型 实验教学文档 文 档 撰 写 HWW 文 档 版 本 Ver：1.2 更 新 时 间 2014.04.15 更 新 内 容 结构调整，优化已知错误 文 档 更 新 新建文档，配套实验报告 支 持 软 件 NI Multisim 12 适 用 专 业 电子信息工程/集成电路设计专业华侨大学厦门专用集成电路与系统重点实验室 国立华侨大学 信息科学与工程学院电子工程系 电子电路设计实验 模数电技术 #4 正弦波振荡器设计 实验指导教师：HWW 实验时间：：2016- - ： - ： 地点：机电信息实验大楼Ａ526 实验要求说明： 1.完成实验报告内容中的预习部分的内容 2.独立完成实验，实验中不清楚的可以相互讨论或询问指导老师 3.数据严禁抄袭，发现抄袭现象，抄袭者和被抄袭者本次实验都得0分 4.实验需要先打印实验报告第一页，用于实验数据签字确认，实验完成后经实验指导老师签字后方可离开。数据记录中因为存在仿真波形抓取，所以等实验完成后再打印实验报告后几页。 5.本次实验的实验报告(封面+实验内容装订一起)在下次实验课时一起缴交 正弦波振荡器概述 运放振荡器是有意设计成维持不稳定状态的电路，可以用来产生均匀的信号，这种均匀的信号可以在许多运用中作为基准信号：比如可以应用在音频电路、函数发生器、数字系统和通信系统。振荡器可以分为两大类：正弦波振荡器和张弛振荡器、正弦波振荡器由放大器和RC或LC电路构成，这种振荡器的频率是可调的；正弦波振荡器也可以使用晶振构成，但是晶振的振荡频率是固定的。弛张振荡器可以用来产生三角波、锯齿波、方波、脉冲波或指数型波形。本实验讨论的是正弦波振荡器的设计。 运放的正弦波振荡器的工作不需要外加输入信号，这种振荡器利用了正反馈或负反馈的某些组合把运放驱动到不稳定的状态，这样输出就不断的来回翻转。振荡的幅度和频率可以通过围绕中心运放的那些无源和有源器件共同设定。 需要注意的是运放的振荡器被限制在频谱的低频区，因为运放没有足够的带宽以实现高频下的低相移。电压反馈运放被限制在很低的数千赫范围，因为开路的主极点可以低到10Hz。晶振可以拥有高到数百兆赫的高频范围。 图4.1 带有正反馈或负反馈的反馈系统 实训报告正弦波振荡器设计multisim 高频电路（实训）报告 项目：正弦波振荡器仿真设计班级：级应电2班 姓名：周杰 学号： 14052 2 摘要 自激式振荡器是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅值的交变能量电路。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，本次课程设计采用电容三点式振荡器，运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值，得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。 关键词：电容三点式；振荡器；multisim； 目录 1、绪论.................................................................................... 错误!未定义书签。 2、方案的确定 ........................................................................ 错误!未定义书签。 3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 ..................... 错误!未定义书签。 3.1 反馈振荡器的原理和分析.............................................. 错误!未定义书签。 3.2. 电容三点式振荡单元 .................................................... 错误!未定义书签。 3.3 电路连接及其参数计算 ................................................. 错误!未定义书签。 4、总体电路设计和仿真分析................................................. 错误!未定义书签。 4.1组建仿真电路................................................................. 错误!未定义书签。 4.2仿真的振荡频率和幅度 ................................................. 错误!未定义书签。 5、参数调整对比/结论........................................................... 错误!未定义书签。附录.......................................................................................... 错误!未定义书签。附录Ⅰ元器件清单 .................................................................. 错误!未定义书签。附录Ⅱ电路总图 ...................................................................... 错误!未定义书签。 目录 摘要 (2) 1．系统基本方案 (2) 1.1 正弦波振荡电路的选择与论证 (2) 1.2. 运算放大器的选择 (3) 1.3最终的方案选择 (3) 2.正弦波发生器的工作原理 (3) 2.1正弦波振荡电路的组成 (3) 2.1.1 RC选频网络 (3) 2.1.2放大电路 (6) 2.1.3正反馈网络 (6) 2.2产生正弦波振荡的条件 (6) 2.3.判断电路是否可能产生正弦波的方法和步骤 (7) 3．系统仿真 (7) 4．结论 (8) 参考文献： (11) 附录 (13) 1KHZ 桥式正弦波震荡器电路的设计与制作 摘要 本设计的主要电路采用文氏电桥振荡电路。如图1-1文氏桥振荡电路由放大电路和选频网络两部分组成,施加正反馈就产生振荡，振荡频率由RC 网络的频 率特性决定。它的起振条件为： ，振荡频率为： 。运算放大 器选用LM741CN,采用非线性元件（如温度系数为负的热敏电阻或JFET ）来自动调节反馈的强弱以维持输出电压的恒定，进而达到自动稳幅的目的，这样便可以保证输出幅度为2Vp-p ；而频率范围的确定是根据式RC f π21 0= 以及题目给出的频 率范围来确定电阻R 或电容C 的值，进而使其满足题目的要求。 关键词：文氏电桥、振荡频率、LM741CN 1．系统基本方案 1.1 正弦波振荡电路的选择与论证 本设计选用文氏电桥振荡电路。 图1 RC 桥式振荡电路 这种电路的特点是：它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成，施加正反馈就产生振荡。振荡频率由RC 网络的频率特性决定。它的起振条件为： 12R R f > 。它的振荡频率为：RC f π21 0= 。 1.2. 运算放大器的选择 考虑到综合性能和题目要求的关系这里我们选用LM741CN 作为运算放大。 1.3最终的方案选择 文氏电桥振荡电路适用的频率范围为几赫兹到几千赫兹，可调范围宽，电路简单易调整，同时波形失真系数为千分之几。很适合我们题目的要求。故采用文氏电桥振荡电路. RC 文氏电桥振荡电路是以RC 选频网络为负载的振荡器. 这个电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。放大电路由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。而选频网络则由Z1、Z2组成，同时兼做正反馈网络。 2正弦波发生器的工作原理 2.1正弦波振荡电路的组成 放大电路 选频网络 正反馈网络 2.1.1 RC 选频网络 高频电子线路课程设计报告 题目: LC正弦波振荡器的设计 学院: 专业班级: 姓名: 学号: 指导教师: 二〇一三年一月八日 摘要：振荡器（英文：oscillator）是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）的电子元件。其构成的电路叫振荡电路，能将直流信号转换为具有一定频率的交流电信号输出。振荡器的种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。 三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫。本文将围绕高频电感三点式正弦波振荡器进行具有具体功能的振荡器的理论分析与设计。 关键词：高频三点式正弦波振荡器。 目录 1系统方案设计 (4) 1.1设计说明及任务要求 (4) 1.1.1设计说明 (4) 1.1.2设计要求 (5) 1.2 方案1 (6) 1.3 方案2 (7) 2电路设计 (8) 2.1工作原理 (8) 2.2设计内容 (9) 2.2.1原理图 (9) 2.2.2参数计算 (9) 2.2.2注意事项 (10) 3系统测试 (10) 3.1振荡器正常工作 (10) 3.2实现输出频率可变功能 (10) 4结论 (11) 5参考文献 (11) 6附录 (11) 6.1元器件明细表 (11) 6.2电路图图纸.......................................................................................... 错误！未定义书签。 6.2.1Altium Designer 原理图设计 (12) 6.2.2PCB制作 (13) 6.2.3成品展示 (13) 6.3电路使用说明 (13) 通信基本电路课程设计报告设计题目：LC正弦波振荡器设计 专业班级电信10-03 学号 311008001022 学生姓名王勇 指导教师高娜 教师评分 2012年12月4日 目录 第一章设计任务与要求 (3) 1.1. 设计任务 (3) 1.2. 设计要求 (3) 第二章总体方案 (3) 2.1振荡器的选择 (3) 2.2信号输出波形的仿真选择 (4) 第三章电路工作原理 (4) 3.1 LC三点式振荡组成原理图 (4) 3.2 起振条件 (5) 3.3 频率稳定度 (5) 3.4 总原理图 (6) 3.5 LC振荡模块设计 (7) 第四章电路制作和调试 (12) 4.1元器清单 (12) 4.2 按设计电路安装元器件 (14) 4.3 测试点选择 (14) 4.4调试 (14) 4.5 实验结果与分析 (15) 4.6频率稳定度 (16) 第五章总结 (16) 第六章参考文献 (17) 第一章设计任务与要求 1.1 设计任务 (1).熟悉LC正弦波振荡器的工作原理，以及示波器的原理及用法。 (2).掌握LC正弦波振荡器的基本设计方法。 (3).理解LC正弦波振荡回路并掌握LC振荡器的设计，装载，调试，及其主要性能参数的测试方法和如何选择电路的测试点。 (4).了解外界因素、元件参数对振荡器工作稳定性及频率稳定度的影响情，以便提高振荡器的性能。 1.2 设计要求 (1).设计一个LC正弦波频振荡器。 (2).利用三端式振荡器原理产生正弦波信号，采用的具体电路不限。要求给出所选电路的优点和缺点并通过测量值进行证明。也可以进行不同三端式振荡器的性能比较。 (3).了解电路分布参数的影响及如何正确选择电路的静态工作点。 (4).电路的基本原理，LC正弦波振荡器是各种接收机和发射机中一种常见的电路，常用作载波振荡、本振混频振荡等。其典型形式为“三点式”振荡电路，其电路简单、频率稳定度高，它的工作原理是在正反馈的基础上，将直流电源提供的能量变成正弦交流输出。 (5).选择所需的方案，画出有关的电路原理图。 第二章总体方案 2.1振荡器的选择 LC振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定 农林大学学院 课程设计报告 课程名称：数字信号处理课程设计 课程设计题目：高频正弦波振荡器设计与仿真姓名： 系：计算机系 专业：电子信息工程 年级： 学号： 指导教师： 职称： 2015年12月30日 高频正弦波振荡器的设计 目录 目录 (1) 摘要： (2) 一、设计要求 (3) 二、总体方案设计 (3) 三、工作原理说明 (3) 1、振荡器概念 (3) 2、静态工作点的确定 (4) 3、振荡器的起振检查 (4) 4、高频功率放大器 (5) 5、电路设计原理框图如图1所示。 (5) 四、电路设计 (6) 1、正弦波振荡器的设计 (6) 2、高频功率放大器的设计 (9) 五、性能的测试 (11) 1振荡器振荡频率为2MHz (11) 2振荡器振荡频率为4MHz (11) 3高频功率放大器电路 (12) 4输出功率 (13) 六、结论、性价比 (13) 七、课设体会及合理化建议 (14) 八、参考文献 (14) 摘要： 本次课程设计通过对课本知识的运用，简单介绍了高频正弦波振荡器的设计方法，主要应用LC振荡电路产生正弦波，再经高频功率放大器进行功率放大，并用仿真软件进行仿真，以及对其性能进行测试，经过反复的调试最终得到满足课题要求的电路。 关键词：正弦波；振荡器；高频功率放大器。 一、设计要求 设计要求： 1. 选择合适的高频正弦波振荡器形式； 2. 从理论上分析振荡器的各个参数及起振条件； 3. 设计高频振荡器，选取电路各元件参数，使其满足起振条件及振幅条件。 主要技术指标：电源电压12V，工作频率2M-4MHz，输出电压1V，频率稳定度较高。 二、总体方案设计 该课程设计主要涉及了振荡器的相关容还有高频功率放大器的容，正弦波振荡器非常具有实用价值，通过该课题的研究，可以加深对振荡器以及丙类高频功率放大器的了解。 三、工作原理说明 1、振荡器概念 振荡器主要分为RC，LC振荡器和晶体振荡器。其中电容器和电感器组成的LC回路，通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。要维持振荡还要有具有正反馈的放大电路，LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器，现在很多应用石英晶体的石英晶体振荡器，还有用集成运放组成的LC振荡器。 振荡器的作用主要是将直流电变交流电.它有很多用途.在无线电广播和通信设备中产生电磁波.在微机中产生时钟信号.在稳压电路中产生高频交流电.。 题目要求产生高频正弦波，所以选用电容三点式电路，进一步考虑从而选用并联改进型电容三点式振荡器（西勒电路），因为它具有输出波形不易失 目录 摘要： (1) 0 前言 (2) 1 振荡器 (2) 1.1 什么是振荡器 (2) 1.2 振荡器的相关知识 (2) 1.3 反馈式振荡器的原理知识 (3) 2 正弦波振荡电路振幅条件的判定方法 (3) 3 LC正弦波振荡电路相位条件的判定方法 (5) 3.1 变压器耦合振荡器 (5) 3.2 三点式振荡器 (6) 4 判断三点式振荡器是否满足相位条件的简单方法 (9) 4.1 晶体管极间支路的电抗特性的分析 (9) 4.2 判断方法的实例应用 (14) 5 结论 (16) 参考文献 (16) 浅析LC正弦波振荡电路振荡的判断方法 摘要： 本文主要对LC正弦波振荡电路能否振荡的判断方法进行了浅要分析。当振荡电路同时满足起振的振幅条件和相位条件时就能产生振荡。于是本文主要阐述了正弦波振荡电路振幅条件的判定方法和LC正弦波振荡电路相位条件的判定方法。针对较复杂的三点式振荡器相位条件的辨别，通过对晶体管极间支路的电抗性质进行较全面的分析，并作出总结，之后利用这些结论，可使判断过程大大简化。 关键词： LC正弦波振荡电路；振幅条件；相位条件；电抗性质 0 前言 正弦波振荡器是《通信电子线路》一书中的重点章节。本文试图通过对LC正弦波振荡电路能否振荡的判断方法的浅要分析，来更深入地理解该章内容。 在实践中，正弦波振荡器有着相当广泛的应用。如在通讯、广播、电视系统中用作载波信号源，在工业方面用于高频加热、熔炼、淬火、超声波焊接，在医学方面用于超声诊断、核磁共振成象等。由此可见，学好正弦波振荡器是十分必要的！ 从结构上看，正弦波振荡器就是一个没有输入信号的带有选频网络的正反馈放大器。它也是一种能量转换器，无需外加信号，就能自动地把直流电转换成具有一定频率、一定波形和一定幅度的正弦交流电。 正弦波振荡器一般可分为：RC正弦波振荡器、LC正弦波振荡器、石英晶体振荡器，其中LC正弦波振荡器又可分为：变压器耦合振荡器、三点式振荡器。 本文通过对LC正弦波振荡电路的分析说明：当振荡电路同时满足起振的振幅条件和相位条件时就能产生振荡。需要特别指出的是，当三点式振荡器符合“射同基反”的构成原则时，就满足了振荡的相位条件[1-2]；对于电路较复杂的三点式振荡器，通过分析晶体管极间支路的电抗性质，并利用其分析结果，可以使其相位条件的判断过程大大简化。 1 振荡器 1.1 什么是振荡器 不需外加输入信号，便能自行产生输出信号的电路称为振荡器。 1.2 振荡器的相关知识 1.2.1振荡器的分类 1 实验六 RC 正弦波振荡器的设计及调试 一、实验目的 1、进一步学习RC 正弦波振荡器的组成及其振荡条件； 2、学会测量、调试振荡器。 二、实验原理 从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大电路。若用R 、C 元件组成选频网络，就称为RC 振荡器，一般用来产生1Hz ～1MHz 的低频信号。 1、RC 移相振荡器 电路型式如图8.1所示，选择R ＞＞R i 。 振荡频率：126O f RC 起振条件：放大电路A 的电压放大倍数｜A ｜＞29 电路特点：简便，但选频作用差，振幅不稳，频率调节不便，一般用于频率固定且稳定性要求不高的场合。 频率范围：几Hz ～数十kHz 。 2、RC 串并联网络（文氏桥）振荡器 电路型式如图8.2所示。 振荡频率：12O f RC 起振条件：|A |＞3 电路特点：可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。 三、实验条件 1、12V 直流电源 2、函数信号发生器 3、双踪示波器 图8.1 RC 移相振荡器原理图 图8.2 RC 串并联网络振荡器原理图 4、频率计 5、直流电压表 6、3DG12×2或9013×2，电阻、电容、电位器等 四、实验内容 1、RC串并联选频网络振荡器 2、双T选频网络振荡器 3、RC移相式振荡器的组装与调试 五、实验步骤 1、RC串并联选频网络振 荡器 （1）按图8.4组接线路； （2）接通12V电源，调节 电阻，使得Vce1=7-8V， Vce2=4V左右。用示波器观察 图8.4 RC串并联选频网络振荡器有无振荡输出。若无输出或振 荡器输出波形失真，则调节Rf以改变负反馈量至波形不失真。并测量电压放大倍数及电路静态工作点。 （3）观察负反馈强弱对振荡器输出波形的影响。 逐渐改变负反馈量，观察负反馈强弱程度对输出波形的影响，并同时记录观察到的波形变化情况及相应的Rf值。 实验现象Rf值V o波形 停振 起振 幅值增加 波形失真 （4）改变R（10KΩ）值，观察振荡频率变化情况； （5）RC串并联网络幅频特性的观察。 将RC串并联网络与放大电路断开，用函数信号发生器的正弦信号注入RC 第 1 页共26 页 摘要 电子线路中，在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为高频信号发生器。 高频信号发生器主要是产生高频正弦震荡波，电路主要由高频振荡电路构成。振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它无需外加激励信号。 关键词：高频； LC正弦波振荡器；西勒电路；multisim 目录 摘要 (1) 第1章绪论 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 平衡条件 (1) 1.3 起振条件 (1) 1.4 稳定条件 (2) 1.4.1．振幅稳定条件 (2) 1.4.2 相位平衡的稳定条件 (3) 1.5 振荡器的频率稳定度 (4) 1.5.1 频率准确度和频率稳定度 (4) 1.5.2 提高频率稳定度的措施 (4) 1.5.3 LC振荡器的设计考虑 (4) 第2章 LC正弦波振荡器 (5) 2.1 LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则 (5) 2.2 电感三点式振荡器 (5) 2.3 电容三点式振荡器 (6) 2.4 克拉泼和西勒振荡器 (7) 2.4.1克拉泼振荡器 (8) 2.4.2．西勒振荡器 (9) 第3章调试与分析 (10) 3.1 调试中的问题 (10) 3.2 各振荡电路的方案比较与分 (11) 3.2.1 电容三点式振荡的特点： (11) 3.2.2 电感三点式振荡特点： (11) 3.2.3 克拉泼振荡特点： (12) 3.2.4 西勒振荡器特点： (13) 结论 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 致谢 (21) 第一章 设计内容 第一节：设计题目：正弦波振荡电路的设计与实现 第二节：设计指标 振荡频率: f=7MHZ ； 频率稳定度:小时/105/30-?≤?f f ； 电源电压：V=12V ； 波形质量 较好； 第三节： 方案设计与选择 LC 振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。 所以选择电容反馈三点式振荡器是不容置疑的，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。本次课程设计我们选择考毕兹振荡器,因为此振荡电路适用于较高的工作频率。 第二章 设计原理 第一节 自激振荡的工作原理 正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。 LC 回路中的自由振荡如图1(a)所示。 自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。 阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图1(b)所示。 等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图1(c) 所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即 LC f π= 210 图1 LC 回路中的电振荡 一、自激振荡的条件 振荡电路如图2所示。 振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。 1．相位平衡条件 反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180?的偶数倍，即 ?=2n π 。其中，? 为vf 与vi 的相位差，n 是整数。vi 、vo 、vf 的相互关系参见图3。 2.振幅平衡条件 反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即 AVF=1 图2 变调谐放大器为振荡器 图3 自激振荡器方框图 二、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图2中，去掉信号源，把开关S 和点“2”相连所组成的电路。 四、RC正弦波振荡器设计（一）设计目的 1、进一步理解用集成运放构成的正弦波发生器的工作原理。 2、学习振荡器的调整和主要性能指标的测试方法。 （二）基础知识与能力层次要求 1、课程涉及课程 模拟电路 2、能力层次要求（四项中之一） （1）电子电路基础应用能力（基础）（第一级）:√ （2）电类专业综合实践能力（综合）（第二级）: （3）电类专业工程设计能力（设计）（第三级）: （4）研究与创新设计能力（创新）（第四级）: 3、指导教师 周妮、向腊 （三）设计技术指标与要求 1、设计要求 可以产生正弦波，频率范围为10Hz~100kHz，输出电压可调，带载能力强，波形尽量不失真。设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压 的范围。 2、项目仪器、设备 信号发生器，双踪示波器，直流稳压电源，万用表，交流毫伏表，焊接工具，设计电 路所需的元器件，电路仿真软件等 （四）项目原理 1、基本原理 RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器） 图4.1为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络， R、R、R及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器R，可以改变负WW21反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D、D正向电阻21的非线性特性来 实现稳幅。D、D采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证21输出波形正、负半 周对称。R的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。31f?电路的振荡频率O RC2πR f??1A≥3 起振的幅值条件f R1式中R＝R＋R＋（R/ r），r 二极管正向导通电阻。—DD3 2Wf 调整反馈电阻R（调R），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反Wf馈太强， 应适当加大R。如波形失真严重，则应适当减小R。ff改变选频网络的参数C或R，即可调节 振荡频率。一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。 LC正弦波振荡器仿真实验 1电容三点式 (1) (C1 , C2, L1)=(100nF,400nF,10mH) (2) (C1 , C2, L1)=(100nF,400nF,4mH) Oscilloscope-XSCl Time-ChanndjS.ChflnndJ 27.342 ms603.146frtV-5.577 V Reverse T2 * +2X401 im-l-SH V4,297 V T2-TI5a. 712 LB-Z?2￥9.374 V Xu Fi!-. hinnpf IVne base Charnel 占Chamd E rnoger Scale；SOusE :Scab： 11 V/Ofv5cate ；.2 V/Dw Ed^e-SE E |Ext D Tpog.tDw): 0r piM i0D4v)： D Level:fl v1 B/A AC 'O|[K]? |K|[~Q~[bir|? Sngte Auto Spectrum andllyzer-XSA1i (C I ,C2,L I ) U o /V Ui/V 增益A 相位 差 谐振频率f o /KHz 测量值 理论值 测量值 理论值 (100 nF ,400nF,10mH) 9.246 2.281 4.053 4 1.063* n 5.959 5.627 15.567ms 15.472ms (100 nF,400nF,4mH) 9.874 2.462 4.010 4 1.042* n 8.851 8.897 27.401ms 27.342ms (100 nF,900nF,4mH) 10.302 1.143 9.013 9 1.032* n 8.025 8.388 14.575ms 14.514ms a.asi^-s ^.2H3 v < Entef d9 Ln Span: IM kHz Rai^e: 2 | Start: 1 kH? Ref! D dB Genter: 51 Resihjtion freq: &>d: 101 鴉 1 Itflz LOW kHz StarE Sbqp Reverse Sh (MM redder. Set... Span oaitrol Set span 壬⑴ 翼即 Fili qpan Frequmv Antpilu^ Inpul ? Tr 沟ger (3) (C1 , C2, L1)=(100nF,900nF,4mH) 实验十三 LC 正弦波振荡器 一、实验目的 1、 掌握变压器反馈式LC 正弦波振荡器的调整和测试方法 2、 研究电路参数对LC 振荡器起振条件及输出波形的影响 二、实验原理 LC 正弦波振荡器是用L 、C 元件组成选频网络的振荡器，一般用来产生1MHz 以上的高频正弦信号。根据LC 调谐回路的不同连接方式，LC 正弦波振荡器又可分为变压器反馈式（或称互感耦合式）、电感三点式和电容三点式三种。图13－1为变压器反馈式LC 正弦波振荡器的实验电路。 其中晶体三极管T 1组成共射放大电路，变压器T r 的原绕组 L 1（振荡线圈）与电容C 组成调谐回路，它既做为放大器的负载，又起选频作用，副绕组L 2为反馈线圈，L 3为输出线圈。 该电路是靠变压器原、副绕组同名端的正确连接（如图中所示），来满足自激振荡的相位条件，即满足正反馈条件。在实际调试中可以通过把振荡线圈L 1或反馈线圈L 2的首、末端对调，来改变反馈的极性。而振幅条件的满足，一是靠合理选择电路参数，使放大器建立合适的静态工作点，其次是改变线圈L 2的匝数，或它与L 1之间的耦合程度，以得到足够强的反馈量。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。由于LC 并联谐振回路具有良好的选频作用，因此输出电压波形一般失真不大。 振荡器的振荡频率由谐振回路的电感和电容决定 式中L 为并联谐振回路的等效电感（即考虑其它绕组的影响）。 振荡器的输出端增加一级射极跟随器，用以提高电路的带负载能力。 图13－1 LC 正弦波振荡器实验电路 三、实验设备与器件 1、 ＋12V 直流电源 2、双踪示波器 3、 交流毫伏表 4、直流电压表 5、 频率计 6、振荡线圈 7、 晶体三极管 3DG6×1(9011×1) LC 2π1f 0 四、RC 正弦波振荡器设计 （一）设计目的 1、 进一步理解用集成运放构成的正弦波发生器的工作原理。 2、 学习振荡器的调整和主要性能指标的测试方法。 （二）基础知识与能力层次要求 1、课程涉及课程 模拟电路 2、能力层次要求（四项中之一） （1）电子电路基础应用能力（基础）（第一级）:√ （2）电类专业综合实践能力（综合）（第二级）: （3）电类专业工程设计能力（设计）（第三级）: （4）研究与创新设计能力（创新）（第四级）: 3、指导教师 周妮、向腊 （三）设计技术指标与要求 1、设计要求 可以产生正弦波，频率范围为10Hz~100kHz ，输出电压可调，带载能力强，波形尽量不失真。设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。 2、项目仪器、设备 信号发生器，双踪示波器，直流稳压电源，万用表，交流毫伏表，焊接工具，设计电 路所需的元器件，电路仿真软件等 （四）项目原理 1、基本原理 RC 桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器） 图4.1为RC 桥式正弦波振荡器。其中RC 串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R 1、R 2、R W 及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器R W ，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D 1、D 2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D 1、D 2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R 3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。 电路的振荡频率 2πRC 1f O = 起振的幅值条件 1f R R +=1A f ≥3 式中R f ＝R W ＋R 2＋（R 3 / r D ），r D — 二极管正向导通电阻。 调整反馈电阻R f （调R W ），使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大R f 。如波形失真严重，则应适当减小R f 。 改变选频网络的参数C 或 R ，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C 作频率量程切换，而调节R 作量程内的频率细调。正弦波振荡器设计multisim(DOC)
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