淺析電容三點式正弦波振蕩器的設計

呂紫薇 趙楠 鄭向陽 孫晚婷 李彤

摘要：振蕩器是電子技術領域中最基本的電子線路，本論文主要根據設計目的、技術指標和必要的選擇原則，進行電路的設計，元器件的選擇，最終設計出高頻電容三點式正弦波振蕩器。

關鍵詞：反饋振蕩器;電容三點式振蕩電路;振蕩頻率

一、設計目的

（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計方法;

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

二、實驗儀器及設備

直流穩壓電源1臺，示波器1臺，萬用表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絡與反饋網絡構成的閉合環路，主網絡為諧振放大器，一般以選頻網絡作為負載，反饋網絡是由無源器件組成的線性網絡。為了能產生自激振蕩，必須為正反饋;為了產生等幅振蕩，必須滿足三個條件起振、平衡、穩定三個條件。

（一）起振條件

剛通電時，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，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生較大電壓。電壓器的繞向正確，也可使電路為正反饋，剛開始激勵信號較弱，輸出電壓振幅較小，但經過不斷的放大，使輸出電壓振幅不斷增大，從而產生振蕩，所以起振條件應滿足環路增益大于1，環路增益相角為360的整數倍。

（二）平衡條件

為了使振蕩器可以達到平衡狀態，剛開始通電時，輸入電壓很小，放大器工作在小信號狀態，但此時增益較大，輸入電壓不斷增大，但當輸入電壓增大到一定程度之后，放大器又進入大信號工作狀態，又由于非線性，致使環路增益不斷減小，達到平衡狀態。所以，振蕩器的平衡條件為環路增益模為1，相角為360的整數倍。

（三）穩定條件

振蕩電路中存在著濕度、電源電壓變化，引起回路參數變化等外部因素，或固有噪聲等內部因素，這些干擾都將致使振蕩電路偏離原來的平衡狀態，導致振蕩器突變到新的平衡狀甚至停振，所以必須滿足環路增益隨著輸入電壓的增大而負增長，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穩定的平衡狀態。

四、設計步驟

設計一個由分立元件構成的振蕩電路：設計振蕩電路主要是選擇有源器件、確定振蕩器電路形式、確定偏置參數及振蕩回路參數的選擇。

（一）電路形式的選擇

選擇原則：主要是根據工作頻率及對頻率穩定度的要求，在滿足①振蕩頻率：f0=5MHZ;②頻率穩定度：（f-f0）f0<0.005小時;③輸出幅度：U0>0.5V的技術指標下，選擇電容三點式振蕩電路。

（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，通常要滿足以下關系式：fT（3～10）fA。（2）選擇振蕩回路參數主要是根據振蕩頻率、起振條件、足夠的振蕩幅度和規定的頻穩度等因素綜合考慮，C不能太大也不能太小，反饋系數F一般取。經計算，選擇C1=680pf，C2=2200pf，C3=10000pf，C4=10000pf，L1=10uh。

（三）偏置參數選擇

選擇原則：對于一般小功率自穩幅的振蕩器，靜態工作點要遠離飽和區，接近截止區，根據具體電路和電源電壓大小，ICQ一般取1～5mA，但在實際偏置參數選定時，在可能的情況下，發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。經計算發現VEQ=0.2VCC;IBRB2=（5～10）IBQ（基級靜態電流）;ICQ≈IEQ），符合要求。

五、調試

（1）加電后首先用萬用表測量各級靜態工作點，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方面檢查：a.電路設計是否正確;b.管子是否損壞;c.電感是否開路;d.電路中元件值錯誤或元件沒有接地等。

（4）在上述調整好的基礎上，把輸出波形好、幅度大時的各個工作點的電壓值記錄下來。

（5）用萬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Ve電壓的變化是否減小。

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