高频正弦波振荡器的设计

高频正弦波振荡器的设计

专业班级 XXXXXX 姓 名学 号 XXXXXXXX

2011-9-12

一、设计要求

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。

设计要求：选择合适的高频正弦波振荡器形式；

从理论上分析振荡器的各个参数及起振条件；

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。

二、工作原理说明

振荡器概念

振荡器是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路叫振荡电路。

低频振荡器是指产生频率在0.1赫兹到10赫兹之间交流讯号的振荡器。这个词通常用在音讯合成中，用来区别其他的音讯振荡器。

振荡器主要可以分成两种：谐波振荡器与弛张振荡器。

能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。 主要适用于各大中院校、医疗、石油化工、卫生防疫、环境监测等科研部门作生物、生化、细胞、菌种等各种液态、固态化合物的振荡培养。

自激多谐振荡器也叫无稳态电路.两管的集电极各有一个电容分别接到另一管子的基极，起到交流耦合作用,形成正反馈电路，当接通电源的瞬间,某个管子先通，另一只管子截止,这时，导通管子的集电集有输出,集电极的电容将脉冲信号耦合到另一只管子的基极使另一只管子导通.这时原来导通的管子截止.这样两只管子轮流导通和截止，就产生了震荡电流。

确定静态工作点

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)。 检查起振

(1)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。 (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)

(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。

电路设计原理框图

三、电路设计

正弦波振荡器

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，c1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c5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R1、R2、R3、R4决定。即

VbQIcQ

Rb2

Vcc

Rb1Rb2VccVccQReRcIcQ

VEQVBQVBEICQRe

IbQ



综上所述，可以取振荡器的静态工作点ICQ=1.4mA，VCEQ0.7V，设三极管60。得

R3R4

VCCVCEQ

ICQ

8k

为了提高电路的稳定性，取R3=2.5k，则R45.5k。 R3的值可适当增大， 所以 VEQICQR33.5V

若取流过R2的电流

I210IBQ10ICQ0.23mA 则 R2VBQI210k 所以 R2R1R2)VBQCC 即 R1R2VCCBQ175k

振荡器的静态工作电流通常选在（1~4）mA，ICQ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，ICQ过小会使Auo较小，起振困难。

谐振频率的计算，f0

1

，C为C2、C3、C4、C5总电容，如果选

2L1C

择C3远大于C2，C4远大于C2，则CC2C5。根据题目要求振荡器振荡频率变化范围f0=2~4MHz，所以取L110uH， C5变化范围是5~30pF.。C230pF，

频率稳定性

稳频措施为减少外界因素的变化，合理选择元器件。

电路的相位特性应该满足这样的条件：由某一频率变化所引起的相位变化，两个变化量的符号必须相反，才能使频率趋于稳定。用数学表示为

AB



0

负值

写成偏导数形式，则为

AB

0

0

振幅稳定性

在分析振荡的产生过程中了解到：如果电路的环反馈系数AB>1，振幅增大，如果AB1。要使振幅不继续增大而趋于稳定，必须使电路的AB值随振幅的增大而减小，自动调整到AB=1。与此相反，当电路中出现减幅现象时，必定满足在该振幅条件下的AB

AB

=负值 UO

写成偏导数的形式为

AB

0 UO

高频功率放大器

高频功率放大器电路

确定放大器的工作状态

图中R5、R6的作用是得到基极偏压，C6、C7是直流供电电源的高频旁路电容，用来使有用信号在供电电源两端产生的电压忽略不计。为了获得较高的效率和最大的输出功率po，选丙类放大器的工作状态为临界状态，c60，所以1(60)0.39，0(60)0.18。 集电极输出功率

2

11Ucm

poUcmIc1m

22Rp

UcmVccUces10.5V；

所以谐振电阻

2

(VccUces)2（10.5）Rp110.25

； 2po20.5

集电极基波电流振幅

Ic1m

2po

95.2mA； Rp

集电极电流脉冲最大值

Icm

Ic1m

1(60)

244.2mA；

直流分量

IcoIcm0(60)53.2mA；

直流功率

pzVccIco1253.2638.4mA；

总效率



计算线圈砸数比

po50078.3%； pz638.4

N12RP

2

N2RL所以

N1110.251.47 N251

根据上面所得数据选择可调式耦合线圈，把初级线圈电感设置为10uH，通过调节初级回路中的电容值以到达谐振频率，并且设置初级与次级线圈匝数比为1.47:1。

四、振荡器性能

振荡器振荡频率为2MHz

正弦波振荡器的电路图4所示，振荡器振荡频率为2MHz时的示波器图形和频率计示数如图。

因为仪器本身原因和计算的误差，所以调节可变电容不能准确使谐振频率达到4MHz。

振荡器振荡频率为4MHz

同理可得振荡器振荡频率为4MHz时的示波器图形和频率计示数。

因为仪器本身原因和计算的误差，所以调节可变电容不能准确使谐振频率达到4MHz。

高频功率放大器电路

如图示，当高频功率放大器的输入信号是振荡器输出4MHz的正弦波时，通过调节C9的大小，使LC回路达到谐振状态，此时的电极输出波形如图示。

输出功率

测量高频功率放大器耦合输出电压为182mV 根据公式

2UL

P输出,RL51,UL182mV

RL

所以 PmW500mW 输出650满足任务要求。

五、课设体会

本次课程实际总共花了两个星期才告一段落，一方面由于《通信基本电路》是上学期结的课，大部分知识有所遗忘，在再者手能力不强，有所迟缓。总的来时，首先花了4—5天对课业知识进行了快速的复习，在此基础上开始课程设计，设计过程中也不断查阅课本知识和相关的网站，保证做好此次设计。

课程的设计过程中，各个方面对认真处理，不懂不会的方面都积极请教同

学和老师，做到做一步、对一步、会一步，虽然是首次应用相关软件，遇见问题不少，但最终都很好的解决难题。另外，此次还学到了不少软件的应用办法，收获颇丰。

这次课程设计对已学过的知识、原理，及动手能力、思考能力、知识实际运用能力，起到了很好的检查作用，也对自身知识体系做能很好的评估。此间，了解到了自身的不足，在以后的专业知识学习方面，会进行相关方面的倾向和补充。

八、参考文献

1. 李秀人.电子技术实训指导. [M]北京:国防工业出版社,2006年。

2. 张肃文，高频电子线路（第四版），北京：高等教育出版社，2004 第 10 页

高频正弦波振荡器的设计

专业班级 XXXXXX 姓 名学 号 XXXXXXXX

2011-9-12

一、设计要求

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。

设计要求：选择合适的高频正弦波振荡器形式；

从理论上分析振荡器的各个参数及起振条件；

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。

二、工作原理说明

振荡器概念

振荡器是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路叫振荡电路。

低频振荡器是指产生频率在0.1赫兹到10赫兹之间交流讯号的振荡器。这个词通常用在音讯合成中，用来区别其他的音讯振荡器。

振荡器主要可以分成两种：谐波振荡器与弛张振荡器。

能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。 主要适用于各大中院校、医疗、石油化工、卫生防疫、环境监测等科研部门作生物、生化、细胞、菌种等各种液态、固态化合物的振荡培养。

自激多谐振荡器也叫无稳态电路.两管的集电极各有一个电容分别接到另一管子的基极，起到交流耦合作用,形成正反馈电路，当接通电源的瞬间,某个管子先通，另一只管子截止,这时，导通管子的集电集有输出,集电极的电容将脉冲信号耦合到另一只管子的基极使另一只管子导通.这时原来导通的管子截止.这样两只管子轮流导通和截止，就产生了震荡电流。

确定静态工作点

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)。 检查起振

(1)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。 (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)

(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。

电路设计原理框图

三、电路设计

正弦波振荡器

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，c1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c5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R1、R2、R3、R4决定。即

VbQIcQ

Rb2

Vcc

Rb1Rb2VccVccQReRcIcQ

VEQVBQVBEICQRe

IbQ



综上所述，可以取振荡器的静态工作点ICQ=1.4mA，VCEQ0.7V，设三极管60。得

R3R4

VCCVCEQ

ICQ

8k

为了提高电路的稳定性，取R3=2.5k，则R45.5k。 R3的值可适当增大， 所以 VEQICQR33.5V

若取流过R2的电流

I210IBQ10ICQ0.23mA 则 R2VBQI210k 所以 R2R1R2)VBQCC 即 R1R2VCCBQ175k

振荡器的静态工作电流通常选在（1~4）mA，ICQ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，ICQ过小会使Auo较小，起振困难。

谐振频率的计算，f0

1

，C为C2、C3、C4、C5总电容，如果选

2L1C

择C3远大于C2，C4远大于C2，则CC2C5。根据题目要求振荡器振荡频率变化范围f0=2~4MHz，所以取L110uH， C5变化范围是5~30pF.。C230pF，

频率稳定性

稳频措施为减少外界因素的变化，合理选择元器件。

电路的相位特性应该满足这样的条件：由某一频率变化所引起的相位变化，两个变化量的符号必须相反，才能使频率趋于稳定。用数学表示为

AB



0

负值

写成偏导数形式，则为

AB

0

0

振幅稳定性

在分析振荡的产生过程中了解到：如果电路的环反馈系数AB>1，振幅增大，如果AB1。要使振幅不继续增大而趋于稳定，必须使电路的AB值随振幅的增大而减小，自动调整到AB=1。与此相反，当电路中出现减幅现象时，必定满足在该振幅条件下的AB

AB

=负值 UO

写成偏导数的形式为

AB

0 UO

高频功率放大器

高频功率放大器电路

确定放大器的工作状态

图中R5、R6的作用是得到基极偏压，C6、C7是直流供电电源的高频旁路电容，用来使有用信号在供电电源两端产生的电压忽略不计。为了获得较高的效率和最大的输出功率po，选丙类放大器的工作状态为临界状态，c60，所以1(60)0.39，0(60)0.18。 集电极输出功率

2

11Ucm

poUcmIc1m

22Rp

UcmVccUces10.5V；

所以谐振电阻

2

(VccUces)2（10.5）Rp110.25

； 2po20.5

集电极基波电流振幅

Ic1m

2po

95.2mA； Rp

集电极电流脉冲最大值

Icm

Ic1m

1(60)

244.2mA；

直流分量

IcoIcm0(60)53.2mA；

直流功率

pzVccIco1253.2638.4mA；

总效率



计算线圈砸数比

po50078.3%； pz638.4

N12RP

2

N2RL所以

N1110.251.47 N251

根据上面所得数据选择可调式耦合线圈，把初级线圈电感设置为10uH，通过调节初级回路中的电容值以到达谐振频率，并且设置初级与次级线圈匝数比为1.47:1。

四、振荡器性能

振荡器振荡频率为2MHz

正弦波振荡器的电路图4所示，振荡器振荡频率为2MHz时的示波器图形和频率计示数如图。

因为仪器本身原因和计算的误差，所以调节可变电容不能准确使谐振频率达到4MHz。

振荡器振荡频率为4MHz

同理可得振荡器振荡频率为4MHz时的示波器图形和频率计示数。

因为仪器本身原因和计算的误差，所以调节可变电容不能准确使谐振频率达到4MHz。

高频功率放大器电路

如图示，当高频功率放大器的输入信号是振荡器输出4MHz的正弦波时，通过调节C9的大小，使LC回路达到谐振状态，此时的电极输出波形如图示。

输出功率

测量高频功率放大器耦合输出电压为182mV 根据公式

2UL

P输出,RL51,UL182mV

RL

所以 PmW500mW 输出650满足任务要求。

五、课设体会

本次课程实际总共花了两个星期才告一段落，一方面由于《通信基本电路》是上学期结的课，大部分知识有所遗忘，在再者手能力不强，有所迟缓。总的来时，首先花了4—5天对课业知识进行了快速的复习，在此基础上开始课程设计，设计过程中也不断查阅课本知识和相关的网站，保证做好此次设计。

课程的设计过程中，各个方面对认真处理，不懂不会的方面都积极请教同

学和老师，做到做一步、对一步、会一步，虽然是首次应用相关软件，遇见问题不少，但最终都很好的解决难题。另外，此次还学到了不少软件的应用办法，收获颇丰。

这次课程设计对已学过的知识、原理，及动手能力、思考能力、知识实际运用能力，起到了很好的检查作用，也对自身知识体系做能很好的评估。此间，了解到了自身的不足，在以后的专业知识学习方面，会进行相关方面的倾向和补充。

八、参考文献

1. 李秀人.电子技术实训指导. [M]北京:国防工业出版社,2006年。

2. 张肃文，高频电子线路（第四版），北京：高等教育出版社，2004 第 10 页