电容三点式振荡器-高频课设

武汉理工大学《高频电子线路》课程设计任务书

1 概述

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 f0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 Uf 和输入电压 Ui 要相等，这是振幅平衡条件。二是Uf 和Ui 必须相位相同，这是相位平衡条件，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。

振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式接收机的主要部分各种电子测试仪器如信号发生器、数字式频率计等，其核心部分都离不开正弦波振荡器。功率振荡器在工业方面(例如感应加热、介质加热等)的用途也日益广阔。

正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为正弦波振荡器。通常，按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负载型两种，前者应用更为广泛。在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。

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2 三点式电容振荡器

2.1 反馈振荡器的原理和分析

反馈振荡器原理方框图如图2.1所示。反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一 个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）作负载，是一个调谐放大器。

图2.1 反馈振荡器方框图

为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的自你好与放大器输入端的信号相位相同。定义A（S）为开环放大器的电压放大倍数：

A(S)?F(S)为反馈网络的电压反馈系数：

Uo(S) Ui(S)Ui'(S) F(S)?Uo(S)Af(S)为闭环电压放大倍数：

Af(S)?Uo(s)A(S)? Ui(s)1?A(S)?F(S)在振荡开始时，由于激励信号较弱，输出电压的振幅Uo则比较小，此后经过不断放大与反馈循环，输出幅度Uo开始逐渐增大，为了维持这一过程使输出振幅不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即：

T(jw)?1

因此起振的振幅条件是：

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A?F?1

..起振的相位条件是：

?A??F?2n?

要使振荡器起振必须同时满足起振的振幅条件和相位条件。其中起振的相位条件即为正反馈条件。

2.2 电容三点式参数

三点式电容振荡器是自激振荡器的一种。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。它的优点是：反馈电压取自电容C2，而电容对晶体管非线性特性产生的高次谐波呈现低阻抗，所有反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形很好；其缺点是：反馈系数因与回路电容有关，如果用改变电容的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响起振。

三点式电容振荡器的电路原理图如图2.2所示。

图2.2 电容三点式振荡电路

由振荡器谐振频率计算公式：

W?1LC

根据设计指标，f=6MHz分配合适的电容和电感。

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LC振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1，即AF?1，因为在谐振频率上振荡器的反馈系数为

F?C1C2

所以维持振荡所需的电压增益应该是：

A?电容三点式振荡器的谐振频率为

C2C1

CC1fo??L?12

2C1?C2在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率，即

fo?1 T放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压Vop和输入电压Vip来确定，即

A?所以，可以得出

VopVip

Vop?Vip?A

当知道输入Vip,A等于多少的时候，由公式可以求出Vop的具体参数值。

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3 电路设计

3.1 西勒振荡器

为了提高稳定度，需要对电路作改进，以减少晶体管极间电容的影响，可以通过采用减弱晶体管与回路之间耦合的方法，可以运用西勒振荡器。

图3.1是西勒振荡器实际电路和图3.2是交流电路。它是用电感L与C4并联并且和电

图3.1 西勒振荡器电路图 图3.2 交流电路图

容C3串联代替原电容反馈振荡器中的电感构成的。图中C3??C1,C2，因此晶体管与回路之间耦合较弱，频率稳定度较高。与电感L并联的可变电容C4是用来改变振荡器的工作波段，其中C3，C4，L支路在振荡器的震荡点上呈感性，故满足电感三端式的组成原则。

由图3.2可知，回路的总电容为：

C?1?C4?C4

111??C1C2C3故得振荡器的振荡频率为：

w1?wo?1?LC1LC4

在电路中，知道其中两个参数就可以求出另一个参数。

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