電容三點(diǎn)式振蕩器

1概述振蕩器是不需外信號(hào)激勵(lì)、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。一個(gè)振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號(hào)是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個(gè)特定頻率f0能通過(guò)，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。振蕩器能不能振蕩起來(lái)并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)是反饋電壓U和輸入電壓U要相等，這是振幅平衡條件。二是U和U必須相位相同，這是fifi相位平衡條件，也就是說(shuō)必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個(gè)振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。振蕩器的用途十分廣泛，它是無(wú)線電發(fā)送設(shè)備的心臟部分，也是超外差式接收機(jī)的主要部分各種電子測(cè)試儀器如信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字式頻率計(jì)等，其核心部分都離不開(kāi)正弦波振蕩器。功率振蕩器在工業(yè)方面（例如感應(yīng)加熱、介質(zhì)加熱等）的用途也日益廣闊。正弦波是電子技術(shù)、通信和電子測(cè)量等領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的波形之一。能夠產(chǎn)生正弦波的電路稱為正弦波振蕩器。通常，按工作原理的不同，正弦振蕩器分為反饋型和負(fù)載型兩種，前者應(yīng)用更為廣泛。在沒(méi)有外加輸入信號(hào)的條件下，電路自動(dòng)將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交變振蕩信號(hào)輸出。三點(diǎn)式電容振蕩器反饋振蕩器的原理和分析反饋振蕩器原理方框圖如圖2.1所示。反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路，放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路)作負(fù)載，是一個(gè)調(diào)諧放大器。圖2.1圖2.1反饋振蕩器方框圖為了能產(chǎn)生自激振蕩，必須有正反饋，即反饋到輸入端的自你好與放大器輸入端的信號(hào)相位相同。定義A(S)為開(kāi)環(huán)放大器的電壓放大倍數(shù)：A(S)U(S)A(S)F(S)為反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)：F(S)U(s)U'(S)F(S)U(s) i U(S)AfAf(S)為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：A(S)二o二fU(s) 1-A(S)-F(S)i在振蕩開(kāi)始時(shí)，由于激勵(lì)信號(hào)較弱，輸出電壓的振幅U則比較小，此后經(jīng)過(guò)不斷放大o與反饋循環(huán)，輸出幅度U開(kāi)始逐漸增大，為了維持這一過(guò)程使輸出振幅不斷增加，應(yīng)使反o饋回來(lái)的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大，即振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩，即：T(jw)1因此起振的振幅條件是：起振的相位條件是：p+p二2n兀AF要使振蕩器起振必須同時(shí)滿足起振的振幅條件和相位條件。其中起振的相位條件即為正反饋條件。2.2電容三點(diǎn)式參數(shù)三點(diǎn)式電容振蕩器是自激振蕩器的一種。由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋放大器組成。因振蕩回路兩串聯(lián)電容的三個(gè)端點(diǎn)與振蕩管三個(gè)管腳分別相接而得名。它的優(yōu)點(diǎn)是：反饋電壓取自電容C，而電容對(duì)晶體管非線性特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻2抗，所有反饋電壓中高次諧波分量很小，因而輸出波形很好；其缺點(diǎn)是：反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)，如果用改變電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率，必將改變反饋系數(shù)，從而影響起振。三點(diǎn)式電容振蕩器的電路原理圖如圖2.2所示。圖2.2電容三點(diǎn)式振蕩電路由振蕩器諧振頻率計(jì)算公式：14lc根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，f=6MHz分配合適的電容和電感。LC振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分組成。為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應(yīng)該等于1,即AF=1，因?yàn)樵谥C振頻率上振蕩器的反饋系數(shù)為所以維持振蕩所需的電壓增益應(yīng)該是：電容三點(diǎn)式振蕩器的諧振頻率為f1Lccf=—兀、L-—1―2—

o2C+C12在實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)測(cè)量周期T來(lái)測(cè)定諧振頻率，即f=-oT放大器的電壓增益可通過(guò)測(cè)量峰值輸出電壓V和輸入電壓V來(lái)確定，即op ip所以，可以得出V=V-Aopip當(dāng)知道輸入V,A等于多少的時(shí)候，由公式可以求出V的具體參數(shù)值。ip op電路設(shè)計(jì)西勒振蕩器為了提高穩(wěn)定度，需要對(duì)電路作改進(jìn)，以減少晶體管極間電容的影響，可以通過(guò)采用減弱晶體管與回路之間耦合的方法，可以運(yùn)用西勒振蕩器。圖3.1是西勒振蕩器實(shí)際電路和圖3.2是交流電路。它是用電感L與C并聯(lián)并且和電圖3.1西勒振蕩器電路圖圖3.1西勒振蕩器電路圖容C串聯(lián)代替原電容反饋振蕩器中的電感構(gòu)成的。圖中C C,C，因此晶體管與回路3312之間耦合較弱，頻率穩(wěn)定度較高。與電感L并聯(lián)的可變電容C是用來(lái)改變振蕩器的工作波4段，其中C，C，L支路在振蕩器的震蕩點(diǎn)上呈感性，故滿足電感三端式的組成原則。34由圖3.2可知，回路的總電容為：+C?C441+C?C44TOC\o"1-5"\h\z1 1 1++-\o"CurrentDocument"C C C123故得振蕩器的振蕩頻率為：\o"CurrentDocument"丁

wUw= ?1oLCLC4在電路中，知道其中兩個(gè)參數(shù)就可以求出另一個(gè)參數(shù)。3.2總電路設(shè)計(jì)振蕩器在接通電源的一瞬間，晶體管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)從零到某一數(shù)值的電流階躍，該電流階躍的成分十分豐富，選頻網(wǎng)絡(luò)會(huì)選出滿足正反饋的頻率在經(jīng)過(guò)正反饋建立信號(hào)。設(shè)計(jì)總電路圖如圖3.3所示.圖3.3總電路圖偏置電阻參數(shù)如圖所示，其中R2起到扼流圈的作用，基極偏置電壓可調(diào)節(jié)R5得到。在電路中，加入一個(gè)射極跟隨器，使電壓增益幾乎為1；輸入阻抗高；輸出阻抗低；失真系數(shù)低。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大，使輸出信號(hào)保持一定的數(shù)值。其中，R10的電阻改變?nèi)龢O管偏置電壓，用于調(diào)整波形，R9的電阻用于調(diào)整放大倍數(shù)。在連接電路時(shí)，直流電源旁邊需加上去耦電容C6；級(jí)間耦合電容均為100pF；通過(guò)C5連接正反饋電路。

調(diào)試與總結(jié)仿真在設(shè)計(jì)完成電路后，運(yùn)用mutisium軟件對(duì)振蕩電路進(jìn)行仿真，對(duì)其產(chǎn)生的波形進(jìn)行分析。振蕩器波形圖如圖4.1所示。T1>行分析。振蕩器波形圖如圖4.1所示。T1>72±2.222ms通?世A1.340V通.道_日T2-T1□.通沽A出*1色\x7Div.通道B比何|5匚H七|巧B附叭丫垃：E0電平0 1弋財(cái)°塑1H~1r定臨埒痕1g級(jí)無(wú)圖4.1振蕩電路波形圖在仿真的過(guò)程中，經(jīng)常遇到不能產(chǎn)生波形，或者波形出現(xiàn)失真，說(shuō)明電路不起振。這需要我們?nèi)シ治觯瑢?duì)電路元件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并最終得到結(jié)果。在波形出現(xiàn)失真飽和失真，要減小R的值，消除飽和失真。c設(shè)計(jì)總結(jié)在這個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們學(xué)會(huì)振蕩電路的一些基本內(nèi)容和基本理論知識(shí)。在設(shè)計(jì)電路元件參數(shù)的時(shí)候，首先要計(jì)算是否符合振蕩電路的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)是電感反饋三點(diǎn)式振蕩網(wǎng)絡(luò)中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使統(tǒng)偏差不斷增大，使系統(tǒng)振蕩，可以放大控制作用，維持振蕩電路所消耗的能量。5心得體會(huì)在本次課程設(shè)計(jì)中，我從各方面的設(shè)計(jì)和構(gòu)思中學(xué)到了許多知識(shí)，了解到理論和實(shí)踐結(jié)合的難度。在本學(xué)期學(xué)習(xí)高頻這門(mén)課程時(shí)，芯片的使用只是很局限的運(yùn)用。在課程設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)很多芯片，元器件，電路都有很奇妙的作用。它們以前的作用只是一個(gè)最基本的運(yùn)用，更多的運(yùn)用會(huì)出現(xiàn)在各個(gè)實(shí)際電路中。對(duì)于電路的設(shè)計(jì)過(guò)程我以為電容三點(diǎn)式振蕩器的設(shè)計(jì)很難，設(shè)計(jì)比較煩瑣，有靜態(tài)工作點(diǎn)的要求，各電阻、電容值的設(shè)計(jì)，還有好多要求，看起來(lái)十分復(fù)雜。后來(lái)通過(guò)查資料，才了解到先要計(jì)算好各電阻的值，再根據(jù)各電容的作用，確定電容的值，畫(huà)出電路圖，一切都會(huì)變得簡(jiǎn)單。同樣，在這次課程設(shè)計(jì)中也遇到了不少問(wèn)題，集中體現(xiàn)在word運(yùn)用極不熟練，尤其是編輯公式時(shí)，操作不靈便，編輯好的文檔沒(méi)有及時(shí)保存，以至于從頭再來(lái)，浪費(fèi)了很多時(shí)間。但吃一塹長(zhǎng)一智，現(xiàn)在遇到這些問(wèn)題，及時(shí)解決，以后再做這類事情就會(huì)多一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，就會(huì)少出一些類似問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)前面的路有了更多的信心，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到了不少實(shí)用的東西，對(duì)于高頻電子電路有了更深層次的掌握，并且提高了獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。雖然這次課程設(shè)計(jì)中我對(duì)電路進(jìn)行了仿真，并且認(rèn)真的對(duì)電路的每一部分進(jìn)行了修正，但最后出來(lái)的波形還是不很穩(wěn)定。本次課程設(shè)計(jì)沒(méi)有要求制作電路板并且對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，但我相信要是調(diào)試的話也一定回去的滿意的效果。課程設(shè)計(jì)不僅僅是一項(xiàng)任務(wù)，而且是一項(xiàng)使命，我們必須靠自己的能力拿出解決問(wèn)題的方法。只有認(rèn)真，靈活，嚴(yán)謹(jǐn)才能較好的完成整個(gè)設(shè)計(jì)，整個(gè)電路。這次課程設(shè)計(jì)使我得到了多方面的鍛煉，無(wú)論從毅力，能力，還是定力都得到了大大的提高。參考文獻(xiàn)謝自美?電子線路設(shè)計(jì)?實(shí)驗(yàn)?測(cè)試（第三版）?武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006張憲、何宇斌.電子線路制作指導(dǎo).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006付家才?電子工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)?北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003賈更薪?電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與仿真?鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2006呂思忠、施齊云?數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)?哈爾濱：哈爾濱工程