淺析電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)

呂紫薇 趙楠 鄭向陽(yáng) 孫晚婷 李彤

摘要：振蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子線路，本論文主要根據(jù)設(shè)計(jì)目的、技術(shù)指標(biāo)和必要的選擇原則，進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，元器件的選擇，最終設(shè)計(jì)出高頻電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器。

關(guān)鍵詞：反饋振蕩器;電容三點(diǎn)式振蕩電路;振蕩頻率

一、設(shè)計(jì)目的

（1）熟悉LC正弦振蕩器的工作原理;

（2）掌握LC正弦振蕩器的基本設(shè)計(jì)方法;

（3）了解外界因素，元件參數(shù)對(duì)振蕩器工作穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定度的影響情況，以便提高振蕩器的性能。

二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)，示波器1臺(tái)，萬(wàn)用表1塊，面包板1塊，三極管、電容、電感、電阻等若干。

三、振蕩器的工作原理

振蕩器工作原理。反饋振蕩器是由主網(wǎng)絡(luò)與反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的閉合環(huán)路，主網(wǎng)絡(luò)為諧振放大器，一般以選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載，反饋網(wǎng)絡(luò)是由無(wú)源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。為了能產(chǎn)生自激振蕩，必須為正反饋;為了產(chǎn)生等幅振蕩，必須滿(mǎn)足三個(gè)條件起振、平衡、穩(wěn)定三個(gè)條件。

（一）起振條件

剛通電時(shí)，由于電流的突變、電路中的固有噪聲等使電路存在電的擾動(dòng)，而具有較寬頻譜，且諧振回路的選頻功能使特定的角頻率分量在回路中產(chǎn)生較大電壓。電壓器的繞向正確，也可使電路為正反饋，剛開(kāi)始激勵(lì)信號(hào)較弱，輸出電壓振幅較小，但經(jīng)過(guò)不斷的放大，使輸出電壓振幅不斷增大，從而產(chǎn)生振蕩，所以起振條件應(yīng)滿(mǎn)足環(huán)路增益大于1，環(huán)路增益相角為360的整數(shù)倍。

（二）平衡條件

為了使振蕩器可以達(dá)到平衡狀態(tài)，剛開(kāi)始通電時(shí)，輸入電壓很小，放大器工作在小信號(hào)狀態(tài)，但此時(shí)增益較大，輸入電壓不斷增大，但當(dāng)輸入電壓增大到一定程度之后，放大器又進(jìn)入大信號(hào)工作狀態(tài)，又由于非線性，致使環(huán)路增益不斷減小，達(dá)到平衡狀態(tài)。所以，振蕩器的平衡條件為環(huán)路增益模為1，相角為360的整數(shù)倍。

（三）穩(wěn)定條件

振蕩電路中存在著濕度、電源電壓變化，引起回路參數(shù)變化等外部因素，或固有噪聲等內(nèi)部因素，這些干擾都將致使振蕩電路偏離原來(lái)的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致振蕩器突變到新的平衡狀甚至停振，所以必須滿(mǎn)足環(huán)路增益隨著輸入電壓的增大而負(fù)增長(zhǎng)，回路增益相角隨著角度的增大而減小的條件，使振蕩器可以處在一個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

四、設(shè)計(jì)步驟

設(shè)計(jì)一個(gè)由分立元件構(gòu)成的振蕩電路：設(shè)計(jì)振蕩電路主要是選擇有源器件、確定振蕩器電路形式、確定偏置參數(shù)及振蕩回路參數(shù)的選擇。

（一）電路形式的選擇

選擇原則：主要是根據(jù)工作頻率及對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求，在滿(mǎn)足①振蕩頻率：f0=5MHZ;②頻率穩(wěn)定度：（f-f0）f0<0.005小時(shí);③輸出幅度：U0>0.5V的技術(shù)指標(biāo)下，選擇電容三點(diǎn)式振蕩電路。

（二）選有源器件

選擇原則：（1）一般我們選用具有放大能力的分立三極管，選振蕩器的振蕩管主要根據(jù)工作頻率，要求晶體管特性頻率fT大于工作頻率fA三倍以上，通常要滿(mǎn)足以下關(guān)系式：fT（3～10）fA。（2）選擇振蕩回路參數(shù)主要是根據(jù)振蕩頻率、起振條件、足夠的振蕩幅度和規(guī)定的頻穩(wěn)度等因素綜合考慮，C不能太大也不能太小，反饋系數(shù)F一般取。經(jīng)計(jì)算，選擇C1=680pf，C2=2200pf，C3=10000pf，C4=10000pf，L1=10uh。

（三）偏置參數(shù)選擇

選擇原則：對(duì)于一般小功率自穩(wěn)幅的振蕩器，靜態(tài)工作點(diǎn)要遠(yuǎn)離飽和區(qū)，接近截止區(qū)，根據(jù)具體電路和電源電壓大小，ICQ一般取1～5mA，但在實(shí)際偏置參數(shù)選定時(shí)，在可能的情況下，發(fā)射極偏置電阻盡可能取大一些，不要太小（一般在1kΩ）左右。最終選擇R1=28k歐姆，R2=6.2k歐姆，R3=1k歐姆，R4=13k歐姆，R5=4.7k歐姆。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)VEQ=0.2VCC;IBRB2=（5～10）IBQ（基級(jí)靜態(tài)電流）;ICQ≈IEQ），符合要求。

五、調(diào)試

（1）加電后首先用萬(wàn)用表測(cè)量各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)，包括VBQ、VEQ、VCEQ、VBEQ、ICQ，并盡量使ICQ靠近2mA。

（2）用示波器觀察輸出波形，微調(diào)偏置電位器使輸出波形不失真且幅度最大。

（3）如果振蕩器不振蕩可以從以下四個(gè)方面檢查：a.電路設(shè)計(jì)是否正確;b.管子是否損壞;c.電感是否開(kāi)路;d.電路中元件值錯(cuò)誤或元件沒(méi)有接地等。

（4）在上述調(diào)整好的基礎(chǔ)上，把輸出波形好、幅度大時(shí)的各個(gè)工作點(diǎn)的電壓值記錄下來(lái)。

（5）用萬(wàn)用表判斷振蕩器的起振情況;判斷方法：①看Vb-Ve的大小;②短路振蕩回路元件，測(cè)Ve電壓的變化是否減小。

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