1、摘要弦波振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、幅度不變的正弦波輸出?；陬l率穩(wěn)定度、反饋系數(shù)、輸出波形、起振等因素的綜合考慮，本設(shè)計采用的是電容三點式振蕩器的兩種改進型振蕩器之一的西勒振蕩器。其具有輸出波形好、工作頻率高、改變電容調(diào)節(jié)頻率時不影響反饋系數(shù)等優(yōu)點，適用于寬波段、頻率可調(diào)的場合。西勒振蕩器由起能量控制作用的放大器、將輸出信號送回到輸入端的正反饋網(wǎng)絡(luò)以及決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)組成。但沒有輸入激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替。當振蕩器接通電源后，即開始有瞬變電流產(chǎn)生，經(jīng)不斷地對它進行放大、選頻、反饋、再放大等多次循環(huán)，最終形成自激振蕩，把輸出信號的一部分再回送到輸入端做輸入信號，從而就會產(chǎn)

2、生一定頻率的正弦波信號輸出。西勒振蕩器廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，特別是在通信系統(tǒng)中起著重要作用。它是無線電發(fā)送設(shè)備的心臟部分，也是超外差式接收機的主要部分；各種電子測試儀器如信號發(fā)生器、數(shù)字式頻率計等，其核心部分都離不開正弦波振蕩器；并在自動控制裝置和醫(yī)療設(shè)備等許多技術(shù)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用關(guān)鍵詞：電容三點式、西勒電路、mulsitis1 設(shè)計原理1.1電路選取不需外加輸入信號，便能自行產(chǎn)生輸出信號的電路稱為振蕩器。按照產(chǎn)生的波形，振蕩器可以分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。按照產(chǎn)生振蕩的工作原理，振蕩器分為反饋式振蕩器和負阻式振蕩器。所謂反饋式振蕩器，就是利用正反饋原理構(gòu)成的振蕩器，是目前用

3、的最廣泛的一類振蕩器。所謂 負阻式振蕩器， 就是利用正反饋有負阻特性的器件構(gòu)成的振蕩器， 在這種電路中， 負阻所起的作用，是將振蕩器回路的正阻抵消以維持等幅振蕩。 反饋式振蕩電路，有變壓器反饋式振蕩電路，電感三點式振蕩電路，電容三點式振蕩電路和石英晶體振蕩電路等。 本次設(shè)計我們采用的是電容三點式振蕩電路，有與電容三點式振蕩電路有一些缺陷，通過改進，得到了西勒振蕩器。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1-1電容三點式振蕩器由圖可見：與發(fā)射極連接的兩個電抗元件為同性質(zhì)的容抗元件C1和C2；與基極和集電極連接的為異性質(zhì)的電抗元件L，根據(jù)前面所述的判別準則，該電路滿足相

4、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(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)致晶體管進入非線性區(qū)域，產(chǎn)生自給偏壓，使放大器的放大倍數(shù)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為：反饋系數(shù)F為： 若要它產(chǎn)生正弦波，必須滿足F= 1/2-1/8，太小不

5、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(tài)電流值。但是如靜態(tài)電流取得太大，振蕩管工作范圍容易進入飽和區(qū)，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(tài)電流值一般ICO=0.5mA-4mA。電容三點式振蕩器的優(yōu)點是：1）振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)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(diào)C1或C2實現(xiàn)時，反饋系數(shù)也將改變。使振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高。3 改進型電容三點式電路設(shè)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

6、路復(fù)雜程度。采用西勒振蕩電路，因為西勒振蕩器的接入系數(shù)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(shù)p，所以波段內(nèi)輸出較平穩(wěn)。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(shù)較大，可達1.61.8。3.2 原理圖設(shè)計3.2.1 工作原理1震蕩信號你可以在電感L處加上變壓器即可取出2. 這個振蕩電路由電感L與電容C1組成一個震蕩電路，同時也是一個濾波器，將直流信號中的正弦波提取出來。由于信號在電路中會衰減，所以需要將信號進行放大補償，電路中的三極管就是放大用的，震蕩信號從圖中3處輸入三極管，經(jīng)過放大作用，再輸入到C1與L中，補償?shù)魮p失的部分，這樣振蕩器就

7、可以維持穩(wěn)定的振幅和頻率了。關(guān)鍵元件就是C1，L與三極管T。3.由于電容有“通交隔直”的作用，C2與C3的作用就是提供交流通路。放大器電路由晶體三極管V、高頻扼流圈ZL、高頻旁置電容Ce、集電極旁置電阻R1、基極旁置電阻R2、射極旁置電阻R3組成。放大器可選用如電子管、晶體管等，本設(shè)計采用晶體三極管V作為能量控制的放大器。選頻網(wǎng)絡(luò)用來決定震蕩頻率，本設(shè)計采用LC并聯(lián)諧振回路，由C1、C2、C3、L、C4組成，要求C1C3，C2C4。反饋網(wǎng)絡(luò)是將輸出信號送回到輸入端的電容分壓式正反饋網(wǎng)絡(luò)，C2和Cb構(gòu)成正反饋。該射極偏置電路讓三極管有合適的靜態(tài)工作點。 從穩(wěn)頻的角度出發(fā)，應(yīng)選擇fT較高的晶體管，

8、這樣晶體管內(nèi)部相移相對較小。通常選擇fT310f1max。同時希望電流放大倍數(shù)大些，這既容易震蕩，也便于減小晶體管和回路之間的耦合。雖然不要求振蕩器中的晶體管輸出多大功率，但考慮到穩(wěn)頻等因素，晶體管的額定功率也應(yīng)有足夠的余量。晶體管的靜態(tài)偏置點設(shè)置在小電流區(qū)，電路應(yīng)采用自偏壓。對于小功率晶體管，集電極靜態(tài)電流約為14mA。如上圖3.1，VB=VCC,IE=VB-VBER4，IC=/1+IE,根據(jù)要求三極管工作在小電流區(qū)，得到如上的參數(shù)。通過調(diào)節(jié)R6來微調(diào)靜態(tài)工作點。電路中通過調(diào)節(jié)C5來微調(diào)震蕩的頻率，調(diào)節(jié)C6來粗調(diào)振蕩頻率。該選頻網(wǎng)絡(luò)要求是：C3、C4C5，C3、C4C6，由于頻率f0=6MH

9、z, =11C3+1C4+1C5+C6C5+C6,故10=1LC1LC5+C6f0=0/2取C3=C4=100pF，于是得到可變電容和電感的值。 圖3-1 改進型電容三點式振蕩電路原理圖 3.2.1軟件簡介 Multisim軟件是一個專門用于電子線路仿真與設(shè)計的 EDA 工具軟件。作為 Windows 下運行的個人桌面電子設(shè)計工具， Multisim 是一個完整的集成化設(shè)計環(huán)境。Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實際動手實驗相脫節(jié)的這一問題。學(xué)生可以很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。Multis

10、im軟件特點: (1)直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。 (2)豐富的元器件庫：Multisim大大擴充了EWB的元器件庫， 包括基本元件、半導(dǎo)體器件、運算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可通過liT公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的擴充和更新服務(wù)。 (3)豐富的測試儀器：除EWB具備的數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生

11、器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與EWB不同的是：所有儀器均可多臺同時調(diào)用。 (4)完備的分析手段：除了EWB提供的直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點一零點分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim 新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計要求。 (5)強大的仿真能力：Multisim 既可對模擬電路或數(shù)字電路分別進行仿真，

12、也可進行數(shù)模混合仿真，尤其是新增了射頻(RF) 電路的仿真功能。仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出錯的原因，仿真結(jié)果可隨時儲存和打印。3.2.2仿真步驟1首先打開multisim軟件，新建電路模板2對照其電路圖進行分析，并按照電路圖所示選取相應(yīng)的元器件，調(diào)整其參數(shù)，使之達到實驗要求。若此元器件位置不便于連接電路。可對其進行旋轉(zhuǎn)處理。3元器件選好之后，按，判斷其是否合理是此軟件的主要功能，為此，加入虛擬容器中的示波器來看起輸出波照圖中的順序來連接元器件。4通過對運行結(jié)果的分析形，來驗證實驗的正確性。5連接好電路后點擊運行來為電路仿真運行，并觀察其仿真結(jié)果。6，其驗證的波形可能存在誤差，我們可調(diào)

13、節(jié)電路中的元器件具體參數(shù)來實現(xiàn)波形的輸出。7最后保存仿真正確的電路，并對輸出的波形進行截圖以便存檔。 圖3-2改進型電容三點式振蕩電路輸出信號波形3.2.3 電路結(jié)構(gòu)總的電路結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)；（由三點式回路組成）3 選頻網(wǎng)絡(luò)；（由三點式回路的諧振特性完成選頻功能）。3.2.4 電路選材由于高頻振蕩器的振蕩頻率較高，在選管時應(yīng)注意選超高頻小功率三極管。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高則管子的高頻性能好，晶體管內(nèi)部相移小，有利于穩(wěn)頻。在高頻工作時，振蕩器的增

14、益仍較大，易于起振。本次課設(shè)選用9014 NPN型號的晶體管，滿足了振蕩器的頻率和功率要求。3.2.5 振蕩回路元件的確定回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)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(jù)經(jīng)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，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標準性的觀點出發(fā)，以保證回路電容Cp遠大于總的不穩(wěn)定電容Cd原則，先選定Cp為宜。若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應(yīng)取大一些，這有利于減小并聯(lián)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(wěn)與幅度的矛盾，通常采用部分接入

15、。反饋系數(shù)F=C1/C2，不能過大或過小，適宜1/81/2。因振蕩器的工作頻率為： 當LC振蕩時，f0=4MHz L10H本電路中，則回路的諧振頻率fo主要由C4、C6決定，即有 取C4 =75pf，C6=82pf，因要遵循C2，C3C4,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(lián)一可調(diào)電容進行微調(diào)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(yīng)盡可能從電路的低阻抗端輸出。例如發(fā)射極接地的振蕩電路，輸出宜取自基極；如為基級接地，則應(yīng)從發(fā)射極輸出。結(jié)論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(fā)下才起振（硬激勵），

16、在波段振蕩器中有時只在某一頻段振蕩，而在另一頻段不振蕩等。所有這些現(xiàn)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(nèi)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(yīng)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(tài)工作點選的太小。2、電源電壓過低，使振蕩管放大倍數(shù)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、回路特性阻抗或介入系數(shù)pce太小，使回路諧振阻抗RO太低。5、反饋系數(shù)kf太小，不易滿足振幅平衡條件。但kf并非越大越好，應(yīng)適當選取。有時在某一頻段內(nèi)高頻端起振，而低頻端不起振，這多半是在用調(diào)整回路電容來改變振蕩頻率

17、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(shù)太小。在這個設(shè)計當中，我學(xué)會了振蕩電路中的一些基礎(chǔ)理論知識，在設(shè)計電路元件參數(shù)的時候首先要考慮電路起振條件和平衡條件，這分別包含振幅條件和相位條件。正反饋網(wǎng)絡(luò)是西勒振蕩器設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，真反饋使輸出起到與輸入相似的作用是系統(tǒng)偏差不斷增大，是系統(tǒng)震蕩。我還明白了普通電容三點式電路與克拉潑振蕩器以及西勒振蕩器之間的不同和優(yōu)劣。參考文獻1電子線路設(shè)計實驗測試 第三版，謝自美 主編，華中科技大學(xué)出版社2高頻電子線路實驗與課程設(shè)計，楊翠娥主編，哈爾濱工程大

18、學(xué)出版社3高頻電路設(shè)計與制作，何中庸譯，科學(xué)出版社4模擬電子線路 主編：謝沅清 出版社：成都電子科大5Radio Frequency Circuit Desigh Theory and Aplication，主編：Reinhold Ladwig，出版社：Prentice Hall Inc，出版或修訂時間：2001年致謝電子線路的課程設(shè)計比較難，所花的時間和精力較多，而且對于電子線路電路來說，經(jīng)驗起很大的幫助作用，因此設(shè)計制作的過程中，多問老師是大有裨益的，尤其是問經(jīng)驗豐富的實驗老師，一般我們碰到的問題都能解決。另外，應(yīng)該多花一些時間，這樣才能保證質(zhì)量的前提下很好完成任務(wù)。通過這次設(shè)計讓我更好的掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理