LC振荡器电路图与习题

通信电路实验实验二、压控LC电容三点式振荡器设计与仿真姓名：学号：班级：专业：一、实验目的1、了解和掌握LC 电容三点式振荡器电路组成和工作原理。

2、了解和掌握压控振荡器电路原理。

3、理解电路元件参数对性能指标的影响。

二、实验准备1、学习LC 电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理。

2、学习压控振荡器的工作原理。

3、认真学习附录相关内容，熟悉电路分析软件的基本使用方法。

三、设计要求及主要指标1、采用电容三点式西勒振荡回路，实现振荡器正常起振，平稳振荡。

2、实现电压控制振荡器频率变化。

3、分析静态工作点，振荡回路各参数影响，变容二极管参数。

4、振荡频率范围：50MHz~70MHz，控制电压范围3~10V。

5、三极管选用MPSH10（特征频率最小为650MHz，最大IC 电流50mA，可满足频率范围要求），直流电压源12V，变容二极管选用MV209。

四、设计步骤（频率变化范围为50MHz~70MHz）1、整体电路的设计框图整个设计分三个部分，主体为LC 振荡电路，在此电路基础上添加压控部分，设计中采用变容二极管MV209 来控制振荡器频率，由于负载会对振荡电路的频率产生影响，所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响。

2、LC 振荡器设计首先应选取满足设计要求的放大管，本设计中采用MPSH10 三极管，其特征频率T f =1000MHz。

LC 振荡器的连接方式有很多，但其原理基本一致，本实验中采用电容三点式西勒振荡电路的连接方式，该振荡电路在克拉泼振荡电路的基础上进行了细微的改良，增加了一个与电感L 并联的电容，主要利用其改变频率而不对振荡回路的分压比产生影响的特点。

电路如图,根据工程估算法则，振荡器的振荡频率是由谐振回路频率所决定的谐振回路中心频率：查表：结果调试以后，取得C3=200pF，C2=40pF，C4=16pF.最终电路图如下：当控制电压为3V时的仿真波形：当控制电压为3V时的FFT频谱波形：当控制电压为10V时的仿真波形：当控制电压为10V时的FFT频谱波形：。

5.3 LC正弦波振荡器定义：采用LC谐振回路作为选频网络的反馈型振荡电路称为LC振荡器，按其反馈方式，LC振荡器可分为互感耦合式振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型，其中后两种通常称为三点式振荡器。

5.3.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器利用互感耦合实现反馈振荡。

根据LC谐振回路与三极管不同电极的连接方式分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。

图5 —17 三种互感耦合振荡电路集电极调谐型电路的高频输出方面比其它两种电路稳定，而且输出幅度大，谐波成分小。

基极调谐型电路的振荡频率可以在较宽的范围内变化，且能保持输出信号振荡幅度平稳。

我们只讨论集电极调谐型电路（用得最多）。

而集电极调谐型又分为共射和共基两种类型，均得到广泛应用。

两者相比，共基调集电路的功率增益较小，输入阻抗较低，所以难于起振，但电路的振荡频率比较高，并且共基电路内部反馈较小，工作比较稳定。

互感耦合电路，变压器同名端的位置必须满足振荡的相位条件，在此基础上适当调节反馈量M总是可以满足振荡的振幅条件。

振荡起振和平衡的相位条件？判断互感耦合振荡器是否可能振荡，通常是以能否满足相位平衡条件，即是否构成正反馈为判断准则。

判断方法采用“瞬时极性法”。

瞬时极性法：首先识别放大器的组态，即共射、共基、共集。

然后根据同名端的设置判断放大器是否满足正反馈。

放大器组态的判别方法：观察放大器中晶体管与输入端和输出回路相连的电极，余下的电极便是参考端。

（后面以实例说明）①输入端接基极端，输出端接集电极，发射极为参考点（接地点），是共射组态。

共射组态为反相放大器，输入、输出信号的瞬时极性相反，如图5 —18（a）所示。

②输入端接发射极，输出端接集电极，基极为参考点（接地点），是共基组态。

共基组态为同相放大器，输入、输出信号的瞬时极性相同，如图5 —18（b）所示。

③共集：输入端接基极端，输出端接发射极，集电极为参考点（接地点），是共集组态。

最简单的LC振荡电路图大全（五款最简单的LC振荡电路设计原理LC振荡电路，是指用电感L、电容C组成选频网络的振荡电路，用于产生高频正弦波信号，常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路、电感三点式LC振荡电路和电容三点式LC振荡电路。

LC 振荡电路的辐射功率是和振荡频率的四次方成正比的，要让LC振荡电路向外辐射足够强的电磁波，必须提高振荡频率，并且使电路具有开放的形式。

LC振荡电路工作原理LC振荡电路运用了电容跟电感的储能特性，让电磁两种能量交替转化，也就是说电能跟磁能都会有一个最大最小值，也就有了振荡。

由于所有电子元件都会有损耗，能量在电容跟电感之间互相转化的过程中要么被损耗，所以实际上的LC振荡电路都需要一个放大元件，要么是三极管，要么是集成运放等数电IC，利用这个放大元件，通过各种信号反馈方法使得这个不断被消耗的振荡信号被反馈放大，从而最终输出一个幅值跟频率比较稳定的信号。

最简单的LC振荡电路图（一）电容三点式LC振荡电路又叫做考毕兹振荡电路。

它与电感三点式LC振荡电路类似，所不同的是电容元件与电感元件互换位置。

如图1所示。

图1 电容三点式LC振荡电路在LC谐振回路Q值足够高的条件下，电路的振荡频率为这种振荡电路的特点是振荡频率可做得较高，一般可达到100MHz以上，由于C2对高次谐波阻抗小，使反馈电压中的高次谐波成分较小，因而振荡波形较好。

电路的缺点是频率调节不便，这是因为调节电容来改变频率时，（既使C1、C2采用双连可变电容）C1与C2也难于按比例变化，从而引起电路工作性能的不稳定。

因此，该电路只适宜产生固定频率的振荡。

最简单的LC振荡电路图（二）图（a）是变压器反馈LC振荡电路。

晶体管VT是共发射极放大器。

变压器T的初级是起选频作用的LC谐振电路，变压器T的次级向放大器输入提供正反馈信号。

接通电源时，LC回路中出现微弱的瞬变电流，但是只有频率和回路谐振频率f0相同的电流才能在回路两端产生较高的电压，这个电压通过变压器初次级L1、L2的耦合又送回到晶体管V的基极。

实验 LC 电容反馈三点式振荡器正弦波振荡器是指振荡波形为正弦波或接近正弦波的振荡器，它广泛应用于各类信号发生器中，如高频信号发生器、电视遥控器等。

产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，则主要有RC 、LC 和晶体振荡器三种形式。

本实验主要研究LC 电容反馈三点式振荡器。

一、实验目的1、理解LC 三点式振荡器的工作原理，掌握其振荡性能的测量方法。

2、理解振荡回路Q 值对频率稳定度的影响。

3、理解晶体管工作状态、反馈深度、负载变化对振荡幅度与波形的影响。

4、了解LC 电容反馈三点式振荡器的设计方法。

二、实验仪器1、高频实验箱 1台2、高频信号发生器 1台3、双踪高频示波器 1台4、扫频仪 1台5、万用表 1块6、LC 电容反馈三点式振荡器实验板 1块三、预习要求1、复习正弦波振荡器的工作原理及技术指标的计算方法。

2、分析实验电路，理解各元件的作用并计算相关技术指标。

四、实验原理三点式振荡器的交流等效电路如图4-1所示。

图中，ce X 、be X 、cb X 为谐振回路的三个电抗。

根据相位平衡条件可知，ce X 、be X 必须为同性电抗，cb X 与ce X 、be X 相比必须为异性电抗，且三者之间满足下列关系：)(be ce cb X X X +-= (4-1)这就是三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。

在满足式(4-1)的前提下，若ce X 、be X 呈容性,呈感性，则振荡器为电容反馈三点式振荡器；若ce X 、be X 呈感性，cb X 呈容性，则为电感反馈三点式振荡器。

下面以“考毕兹”电容三点式振荡器为例分析其原理。

1、“考毕兹”电容三点式振荡器工作原理“考毕兹”电容三点式振荡器电路如图4-2所示，图中L 和C 1、C 2组成振荡回路，反馈电压取自电容C 2的两端，C b 和C c 为高频旁路电容，L c 为高频扼流圈，对直流可视为短路，对交流可视为开路。

显然，该振荡器的交流通路满足相位平衡条件。

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，谐振频率为为二熹5 (推导过程如下)公式推导过程：电路导纳为/= —i—我十_R g令式中虚部为零，就可求出谐振角频率_ 1 1式中Q为品质因数当Q>>1时，"^赤，所以谐振频率Q-①在将上式代入,—三，得出当Q>>1时，1卜。

也，代入° ”耳虫7,整理可得y =___ _ .在信号频率较低时，电容的容抗（'心i很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的c^~ 青感抗（莅=j尤）很大，网络呈容性；只有当f=f0时，T r网络才呈纯阻性，且阻抗最大。

这时电路产生电O~ ——流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的口.1 ■：十H.•的网期：磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。

」-井底情堪实际的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y =/疣十一：—R + j就回路的品质因数跳E 1巧2 = — = ^^ （推导过程如下）公式推导过程：电路导纳为r = JQ+ ------------我十j^L_R r^_ 皿〔—炉令式中虚部为零，就可求出谐振角频率次并联网络当f=f时，电抗（⑷考虑电路损耗时的网络式中Q为品质因数当Q>>1时，/总京，所以谐振频率2JT4LC将上式代入口一R，得出小1 KQ fcj — J—H R^C当f=f0时，电抗1।闻鼠当Q>>1时，禹卜炉区，代入口"/A，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。

实验3 电容三点式LC振荡器一、实验准备1．做本实验时应具备的知识点：●三点式LC振荡器●西勒和克拉泼电路●电源电压、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响2．做本实验时所用到的仪器：●LC振荡器模块●双踪示波器●万用表二、实验目的1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能；3．熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响；4．熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响。

三、实验电路基本原理1.概述ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。

ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。

从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。

如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。

在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。

2.ＬＣ振荡器的起振条件一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振平衡条件和相位平衡条件。

3.LC振荡器的频率稳定度频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf ０／f ０来表示（f ０为所选择的测试频率；Δf ０为振荡频率的频率误差，Δf ０＝f ０２－f ０１；f ０２和f ０１为不同时刻的f ０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。

由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q 值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。

第八章测试题（分析与计算题部分 13-20题）窗体顶端13、变压器耦合LC振荡电路如图P8.13所示，旁路电容 C b 和 C e 视为短路，试判断电路能否发生振荡？若不能，应作如何改动？本题参考答案：（a）用瞬时极性法判别的结果为负反馈，不满足自激振荡条件。

为满足条件，可将变压器原边或副边中的同名端改变任何一个即可。

（b） C b 和 C e 使得三极管的基极和发射极交流短路，故三极管对交流不会起到放大作用。

再者，电感线圈的直流电阻很小，其中心抽头连向三极管发射极，对直流而言造成短路，即 U ce =0，因此，三极管也无法放大。

为消除这两种不合理现象，可采取如下措施：（1）去掉旁路电容 C e ；（2）在反馈线中串连一个隔直电容，对交流构成电路，而对直流相当于开路。

修正后，成为电感三点式振荡电路，满足自激振荡相位条件。

窗体底端窗体顶端14、图 P8.14 所示电路为石英晶体振荡器原理电路，图中微调电容C与石英晶体支路串连，作用是调整石英晶体支路的谐振频率与LC并联谐振频率一致，试问：（1）石英晶体工作在何种状态时，才能满足振荡的相位平衡条件？（2）该电路是什么类型的振荡电路本题参考答案：（1）只有当石英晶体所在支路阻抗最小，且无相移时，才满足正反馈，即石英晶体工作在串联谐振状态。

（2）该电路是电容三点式正弦波振荡电路。

窗体底端窗体顶端15、正弦波振荡电路如图 P8.15 所示，试解答：（1）在何种情况下才满足振荡的相位条件？（2）要满足振幅平衡条件，四个电阻R1、R2、R3、R4应满足何种关系？（3）计算振荡频率f。

本题参考答案：（1）只有LC串联谐振时，才满足相位平衡条件。

（2） R 2 R 1 = R 3 R 4（3） f 0 = 1 2π LC =1.78× 10 3 H Z窗体底端窗体顶端16、由滞后比较器构成的方波发生器如图P8.16 所示，已知方波的频率f=2.38× 10 3 Hz ,试求电阻R。