浅析电容三点式正弦波振荡器的设计

吕紫薇 赵楠 郑向阳 孙晚婷 李彤

摘要：振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路，本论文主要根据设计目的、技术指标和必要的选择原则，进行电路的设计，元器件的选择，最终设计出高频电容三点式正弦波振荡器。

关键词：反馈振荡器;电容三点式振荡电路;振荡频率

一、设计目的

（1）熟悉LC正弦振荡器的工作原理;

（2）掌握LC正弦振荡器的基本设计方法;

（3）了解外界因素，元件参数对振蕩器工作稳定性及频率稳定度的影响情况，以便提高振荡器的性能。

二、实验仪器及设备

直流稳压电源1台，示波器1台，万用表1块，面包板1块，三极管、电容、电感、电阻等若干。

三、振荡器的工作原理

振荡器工作原理。反馈振荡器是由主网络与反馈网络构成的闭合环路，主网络为谐振放大器，一般以选频网络作为负载，反馈网络是由无源器件组成的线性网络。为了能产生自激振荡，必须为正反馈;为了产生等幅振荡，必须满足三个条件起振、平衡、稳定三个条件。

（一）起振条件

刚通电时，由于电流的突变、电路中的固有噪声等使电路存在电的扰动，而具有较宽频谱，且谐振回路的选频功能使特定的角频率分量在回路中产生较大电压。电压器的绕向正确，也可使电路为正反馈，刚开始激励信号较弱，输出电压振幅较小，但经过不断的放大，使输出电压振幅不断增大，从而产生振荡，所以起振条件应满足环路增益大于1，环路增益相角为360的整数倍。

（二）平衡条件

为了使振荡器可以达到平衡状态，刚开始通电时，输入电压很小，放大器工作在小信号状态，但此时增益较大，输入电压不断增大，但当输入电压增大到一定程度之后，放大器又进入大信号工作状态，又由于非线性，致使环路增益不断减小，达到平衡状态。所以，振荡器的平衡条件为环路增益模为1，相角为360的整数倍。

（三）稳定条件

振荡电路中存在着湿度、电源电压变化，引起回路参数变化等外部因素，或固有噪声等内部因素，这些干扰都将致使振荡电路偏离原来的平衡状态，导致振荡器突变到新的平衡状甚至停振，所以必须满足环路增益随着输入电压的增大而负增长，回路增益相角随着角度的增大而减小的条件，使振荡器可以处在一个稳定的平衡状态。

四、设计步骤

设计一个由分立元件构成的振荡电路：设计振荡电路主要是选择有源器件、确定振荡器电路形式、确定偏置参数及振荡回路参数的选择。

（一）电路形式的选择

选择原则：主要是根据工作频率及对频率稳定度的要求，在满足①振荡频率：f0=5MHZ;②频率稳定度：（f-f0）f0<0.005小时;③输出幅度：U0>0.5V的技术指标下，选择电容三点式振荡电路。

（二）选有源器件

选择原则：（1）一般我们选用具有放大能力的分立三极管，选振荡器的振荡管主要根据工作频率，要求晶体管特性频率fT大于工作频率fA三倍以上，通常要满足以下关系式：fT（3～10）fA。（2）选择振荡回路参数主要是根据振荡频率、起振条件、足够的振荡幅度和规定的频稳度等因素综合考虑，C不能太大也不能太小，反馈系数F一般取。经计算，选择C1=680pf，C2=2200pf，C3=10000pf，C4=10000pf，L1=10uh。

（三）偏置参数选择

选择原则：对于一般小功率自稳幅的振荡器，静态工作点要远离饱和区，接近截止区，根据具体电路和电源电压大小，ICQ一般取1～5mA，但在实际偏置参数选定时，在可能的情况下，发射极偏置电阻尽可能取大一些，不要太小（一般在1kΩ）左右。最终选择R1=28k欧姆，R2=6.2k欧姆，R3=1k欧姆，R4=13k欧姆，R5=4.7k欧姆。经计算发现VEQ=0.2VCC;IBRB2=（5～10）IBQ（基级静态电流）;ICQ≈IEQ），符合要求。

五、调试

（1）加电后首先用万用表测量各级静态工作点，包括VBQ、VEQ、VCEQ、VBEQ、ICQ，并尽量使ICQ靠近2mA。

（2）用示波器观察输出波形，微调偏置电位器使输出波形不失真且幅度最大。

（3）如果振荡器不振荡可以从以下四个方面检查：a.电路设计是否正确;b.管子是否损坏;c.电感是否开路;d.电路中元件值错误或元件没有接地等。

（4）在上述调整好的基础上，把输出波形好、幅度大时的各个工作点的电压值记录下来。

（5）用万用表判断振荡器的起振情况;判断方法：①看Vb-Ve的大小;②短路振荡回路元件，测Ve电压的变化是否减小。

参考文献：

[1]吴友宇，伍时和，凌玲.模拟电子技术基础.北京：清华大学出版社，2009.4.

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[3]曾兴雯，刘乃安.高频电路原理与分析[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.8.

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