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高频正弦波振荡器的设计

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福建农林大学东方学院 课程设计报告 课程名称： 数字信号处理课程设计 课程设计题目： 高频正弦波振荡器设计与仿真 姓 名： 系： 计算机系 专 业： 电子信息工程 年 级： 学 号： 指导教师： 职 称： 2015年 12月 30日 .

'. 高频正弦波振荡器的设计 目录 目录 .............................................................. 1 摘要： ............................................................ 2 一、设计要求 ...................................................... 3 二、总体方案设计 .................................................. 3 三、工作原理说明 .................................................. 3 1、振荡器概念 ................................................. 3 2、静态工作点的确定 ........................................... 4 3、振荡器的起振检查 ........................................... 4 4、高频功率放大器 ............................................. 5 5、电路设计原理框图如图1所示。 ............................... 5 四、电路设计 ...................................................... 6 1、正弦波振荡器的设计 ......................................... 6 2、高频功率放大器的设计 ....................................... 9 五、性能的测试 ................................................... 11 1振荡器振荡频率为2MHz ....................................... 11 2振荡器振荡频率为4MHz ....................................... 11 3高频功率放大器电路 .......................................... 12 4输出功率 .................................................... 13 六、结论、性价比 ................................................. 13 七、课设体会及合理化建议 ......................................... 14 八、参考文献 ..................................................... 14 .

'. 摘要： 本次课程设计通过对课本知识的运用，简单介绍了高频正弦波振荡器的设计方法，主要应用LC振荡电路产生正弦波，再经高频功率放大器进行功率放大，并用仿真软件进行仿真，以及对其性能进行测试，经过反复的调试最终得到满足课题要求的电路。

关键词：正弦波；振荡器；高频功率放大器。.

'. 一、设计要求 设计要求： 1. 选择合适的高频正弦波振荡器形式； 2. 从理论上分析振荡器的各个参数及起振条件； 3. 设计高频振荡器，选取电路各元件参数，使其满足起振条件及振幅条件。 主要技术指标：电源电压12V，工作频率2M-4MHz，输出电压1V，频率稳定度较高。

二、总体方案设计 该课程设计主要涉及了振荡器的相关内容还有高频功率放大器的内容，正弦波振荡器非常具有实用价值，通过该课题的研究，可以加深对振荡器以及丙类高频功率放大器的了解。

三、工作原理说明 1、振荡器概念 振荡器主要分为RC，LC振荡器和晶体振荡器。其中电容器和电感器组成的LC回路，通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。要维持振荡还要有具有正反馈的放大电路，LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器，现在很多应用石英晶体的石英晶体振荡器 ，还有用集成运放组成的LC振荡器。 振荡器的作用主要是将直流电变交流电.它有很多用途.在无线电广播和通信设备中产生电磁波.在微机中产生时钟信号.在稳压电路中产生高频交流电.。 题目要求产生高频正弦波，所以选用电容三点式电路，进一步考虑从而选用并联改进型电容三点式振荡器（西勒电路），因为它具有输出波形不易失. '. 真，作为可变0f振荡器使用非常方便，而且幅度平稳，频率稳定性高，最高振荡频率可达百兆至千兆等特点。 2、 静态工作点的确定 静态工作点的确定直接影响着电路的工作状态和振荡波形的好坏。由于振荡幅度稳定下来后，电路必然工作到非线性区，也就是说，可能进入截止区，也可能进入饱和区，静态工作点偏高，易进入饱和区．实践证明：当晶体管进入饱和区后，晶体管的输出阻抗将急剧下降(由原来的线性工作区几十千欧或几百千欧下降为几百欧姆)，使谐振回路Q值大为降低，不仅使振荡波形严重失真，而且频率稳定度大为降低，甚至停振，为了避免上述情况发生，一般小功率振荡器将静态工作点设计得远离饱合区而靠近截止区，所以，c取1～4mA之间(可调整风确定)。

3、振荡器的起振检查 (1)用三用表检查 由于本振荡电路采用基极自给偏置，起始工作点在晶体管的放大区，故发射极应有正向偏置，接通电源后，调节电位器R ，使振荡管的静态电流lco=(1～4)nlA(可用测发射极电压Ve来得知，Ico的大小) 若 Vb—Ve<0V可判定电路已起振，工作在丙类状态，而且振荡很强。 若Vb—Ve=0.4V，可断定已起振，工作在甲乙类状态，振荡比较强。 若Vb—Ve=0.4-0.8V，工作状态可能在甲类，但不能判定是否起振，需进一步检查。 (2)用高频毫伏表检查 用高频毫伏表接在振荡器的输出端，有读数即有高频电压输出，则起振，否则未起振。 (3)用示波器检查 用示波器接于振荡器的输出端，如有高频振荡波形显示，说明起振，否则未起振。 在实验室条件下，可应用示波器检查起振，因为示波器不但能判定是否起. '. 振，还能观察波形结构，是否有失真及间歇振荡现象，以致还可判断是否有寄生振荡产生。 若用上述方法检查时，发现振荡器未起振，可从两方面着手解决： (1)检查 是否过小，难以满足起振条件。(2)调整反馈系数的大小。

4、高频功率放大器 高频功率放大器的主要作用是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器,将直流电源供给的能量转换为大功率高频能量输出, 它主要应用于各种无线电发射机中。 信号的放大实质是能量的转换，是将电源提供的直流电能转换为交流信号电能。大功率的放大器，消耗功率大，所以效率的高低就变得非常重要，这不仅表现在放大器输出相同功率时，高频率工作可以节约直流电源的电能，还在于采用相同器件的条件下高效率工作可以输出更大的功率，所以该电路选用丙类高频放大器。

5、电路设计原理框图如图1所示。

图1 正弦波振荡器原理框图 振荡电路将直流转换为交流正弦波 高频功率放大器输出采用互感耦合的方式 将正弦波经过高频功率放大器 .

'. 四、电路设计

1、正弦波振荡器的设计 （1）、正弦波振荡器电路如图2所示。

图2 正弦波振荡器电路图 LC振荡部分是由晶体管组成的电容三点式振荡器，所用改进型电路既西勒电路，1c对交流短路，因此是基极接地（共集）电路。对于振荡电路选择共集组态主要考虑电容5c的改变来调节频率，因为变容二极管加反向偏置电压和调制电压，需要有公共接地点，通常选用共基电路在电路连接上比较方便，晶体管的静态工作点由4321RRRR、、、决定。即 .

'. cQbQeCQBEBQEQceccQcccQccbbbbQIIRIVVVRRVVIVRRRV212 综上所述，可以取振荡器的静态工作点CQI=1.4mA，VVCEQ7.0，设三极管60。得 kIVVRRCQCEQCC843

为了提高电路的稳定性，3R的值可适当增大，取3R=k5.2，则kR5.54。 所以 VRIVCQEQ5.33 若取流过2R的电流 CQBQIII101020.23mA 则 kIVRBQ1022 所以 CCBQVVRRR)(212 即 kVVRRBQCC75121 振荡器的静态工作电流通常选在（1~4）mA，CQI偏大可使输出电压幅度增加，但波形失真加重。频率稳定度差，CQI过小会使uoA较小，起振困难。 谐振频率的计算，CLf1021，C为5432CCCC、、、总电容，如果选择3C远大于2C，4C远大于2C，则52CCC。根据题目要求振荡器振荡频率变化范围0f=2~4MHz，所以取101LuH，302CpF，5C变化范围是5~30pF.。 （2）、频率稳定性

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浅析电容三点式正弦波振荡器的设计

浅析电容三点式正弦波振荡器的设计

浅析电容三点式正弦波振荡器的设计电容三点式正弦波振荡器是一种常用的电子电路，用于产生稳定的正弦波信号。

它广泛应用于通信、测量和科学研究领域。

本文将对电容三点式正弦波振荡器的设计原理和关键要素进行浅析，以帮助读者更好地理解该电路的工作原理和设计方法。

一、电容三点式正弦波振荡器的基本原理电容三点式正弦波振荡器是一种基于频率选择性反馈的振荡器电路。

它由一个运放、几个电容和几个电阻组成。

其基本原理是利用电容和电阻的组合，将一部分信号反馈到输入端，从而使电路产生自激振荡。

当振荡器达到稳定状态时，输出波形将是一个稳定的正弦波信号。

1. 运放选择在电容三点式正弦波振荡器中，选择合适的运放对于振荡器的性能至关重要。

一般来说，采用增益高、输入阻抗大、输出阻抗小的运放能够提高振荡器的性能。

常用的运放有通用型运放、高速运放和运算放大器等。

2. 电容和电阻的选择电容和电阻的选择直接影响到振荡器的频率稳定性和波形失真程度。

在设计电容三点式正弦波振荡器时，需要根据所需的频率和波形要求选择合适的电容和电阻数值。

为了减小温度和供电波动对振荡器的影响，可采用温度补偿电容和电阻。

3. 反馈网络设计电容三点式正弦波振荡器的反馈网络决定了振荡器的频率特性和稳定性。

一般来说，采用RC网络作为反馈网络，可以实现较好的频率稳定性。

还可以根据具体应用需求选择适当的反馈网络结构，如Sallen-Key结构、MFB结构等。

4. 调节电路设计为了能够方便地调节振荡器的频率和幅度，通常需要设计调节电路。

常用的调节电路有变容二极管调谐电路、电位器调节电路等。

5. 输出波形整形电路振荡器产生的波形往往不够理想，需要经过整形电路进行处理。

常用的整形电路有限幅放大器、比较器、滤波器等。

1. 确定频率范围和波形要求在设计电容三点式正弦波振荡器时，首先需要确定所需的频率范围和波形要求。

根据具体的应用需求，选择合适的频率范围和波形要求。

根据所需的频率范围和波形要求，选择合适的运放、电容和电阻。

正弦波振荡器振荡电路分析

正弦波振荡器振荡电路分析

正弦波振荡器分析1．振荡器的振荡特性和相应特性如如下面图，试分析该振荡器的建立过程，并判定A、B两平衡点是否稳定。

解：依据振荡器的平衡稳定条件能够判定出A点是稳定平衡点，B点是不稳定平衡点。

因此，起始输进信号必须大于U iB振荡器才有可能起振。

图9.10 图2．具有自偏效应的相应振荡器如如下面图，从起振到平衡过程u BE波形如如下面图，试画出相应的i C和I c0波形。

解：相应的和波形如如下面图。

图9.12 图3．振荡电路如如下面图，试分析以下现象振荡器工作是否正常：〔1〕图中A点断开，振荡停振，用直流电压表测得V B＝3V，V E＝。

接通A点，振荡器有输出，测得直流电压V B＝，V E＝。

〔2〕振荡器振荡时，用示波器测得B点为余弦波，且E点波形为一余弦脉冲。

解：〔1〕A点断开，图示电路变为小信号谐振放大器，因此，用直流电压表测得V＝3V，V E＝。

当A点接通时，电路振荡，由图所示的振荡器从起振到平衡的过程B中能够瞧出，具有自偏效应的相应振荡器的偏置电压u BEQ，从起振时的大于零，等于零，直到平衡时的小于零〔也能够不小于零，但一定比停振时的u BEQ小〕，因此，测得直流电压V B＝，V E＝是正常的，讲明电路已振荡。

〔2〕是正常的，因为，振荡器振荡时，u be为余弦波，而i c或i e的波形为余弦脉冲，所示E点波形为一余弦脉冲。

4．试咨询仅用一只三用表，如何判定电路是否振荡？解：由上一题分析可知，通过测试三极管的偏置电压u BEQ即可判定电路是否起振。

短路谐振电感，令电路停振，要是三极管的静态偏置电压u BEQ增大，讲明电路差不多振荡，否那么电路未振荡。

5．一相应振荡器，假设将其静态偏置电压移至略小于导通电压处，试指出接通电源后应采取什么措施才能产生正弦波振荡，什么缘故？解：必须在基极加一个起始鼓舞信号，使电路起振，否那么，电路可不能振荡。

6．振荡电路如如下面图，试画出该电路的交流等效电路，标出变压器同名端位置；讲明该电路属于什么类型的振荡电路，有什么优点。

正弦波振荡器-PPT

正弦波振荡器-PPT


2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
2001年9月--12月
7
导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
2001年9月--12月
19
1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
2001年9月--12月
9
主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。
正弦波振荡器

正弦波振荡器

正弦波振荡器振荡器——就是自动地将直流能量转换为具有一定波形参数的交流振荡信号的装臵。

和放大器一样也是能量转换器。

它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。

应用范围：在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。

主要技术指标：1.振荡频率f及频率范围2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-5~10-7左右标准信号源:10-6~10-12要实现与火星通讯:10-11要为金星定位:10-123.振荡的幅度和稳定度一、反馈式振荡器的工作原理1.反馈振荡器的组成反馈振荡器由放大器和反馈网络两大部分组成。

反馈型振荡器的原理框图如图4-1所示。

由图可见, 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, 是一调谐放大器, 反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。

自激振荡：没有外加输入信号,但输出端有一定幅度的电压.oU输出，即实现了自激振荡。

自激振荡只可在某一频率上产生，不能在其它频率上产生。

当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大→反馈→放大→反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。

随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。

2. 反馈式正弦振荡器分类LC 振荡器 RC 振荡器 石英晶体振荡器 3. 平衡和起振条件 （1）平衡条件平衡状态——反馈电压.f U 等于.i U 时，振荡器能维持等幅振荡，且有稳定的电压输出，称此时电路达到平衡状态看电路可知：电压放大系数...io U A U =反馈系数：..f .oU F U =达到平衡状态时：..f i U U =则平衡条件为：......f f ....i i1o o o o U U U UAF U U U U ∙∙＝＝＝而根据数学中复数分析：..A F A F ϕϕ∠+＝AF 可得出振幅平衡条件为：AF =1相位平衡条件为：A F A F ϕϕϕϕ∠++＝＝+ 2(0123.......)n n π=、、、 （2）起振条件——为了振荡器振荡起来必需满足的条件由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压U f 与输入电压Ui 在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求U f ＞U i ， 即：振幅起振条件：AF >1相位起振条件：A F A F ϕϕϕϕ∠++＝＝+ 2(0123.......)n n π=、、、4. 主要性能指标（1）振荡器的平衡稳定条件平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。