第一章 设计内容第一节：设计题目：正弦波振荡电路的设计与实现 第二节：设计指标振荡频率: f=7MHZ ；频率稳定度:小时/105/30-⨯≤∆f f ； 电源电压：V=12V ； 波形质量 较好；第三节： 方案设计与选择LC 振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。

所以选择电容反馈三点式振荡器是不容置疑的，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。

本次课程设计我们选择考毕兹振荡器,因为此振荡电路适用于较高的工作频率。

第二章 设计原理第一节 自激振荡的工作原理正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。

LC 回路中的自由振荡如图1(a)所示。

自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。

阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。

图1(b)所示。

等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图1(c)所示。

这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即LC f π=210图1 LC 回路中的电振荡一、自激振荡的条件振荡电路如图2所示。

振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。

1．相位平衡条件反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180︒的偶数倍，即 ϕ=2n π 。

其中，ϕ 为vf 与vi 的相位差，n 是整数。

vi 、vo 、vf 的相互关系参见图3。

2.振幅平衡条件反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。

即AVF=1图2 变调谐放大器为振荡器 图3 自激振荡器方框图二、自激振荡建立过程自激振荡器：在图2中，去掉信号源，把开关S 和点“2”相连所组成的电路。

图4 振荡的建立过程自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入端产生瞬间扰动信号vi，振荡管V产生集电极电流iC，因iC具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。

经LC 并联电路选出频率为f0的信号，由输出端输出vo，同时通过反馈电路回送到输入端，经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由弱到强的建立起来。

当信号幅度进入管子非线性区域后，放大器的放大倍数降低到AVF=1时，振幅不再增加，自动维持等幅振荡。

如图4所示。

第二节正弦波振荡器的电路组成基本电路组成：(1)放大电路：保证放大信号，并向电路提供能量。

(2)反馈网络：引入正反馈，使之满足相位和幅度平衡条件。

(3)选频网络：选择某一频率，满足起振条件，保证输出为单一频率的正弦波信号(4)稳幅措施的电路：保证正弦波振荡器输出具有稳定幅度的正弦波信号。

三点式振荡电路的基本模型电路图5 三点式振荡电路第三章 选择合适的振荡电路振荡电路的组成：振荡回路模块、偏置电路模块、输出缓冲电路模块。

振荡电路的选择主要是根据所给定的工作频率（或工作频段）频率稳定度的要求。

因为设计的电路要求是高频信号，故选择LC 振荡电路。

LC 正弦波振荡电路：一、变压器耦合式LC 振荡器电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。

常用的有以下两种。

1．共发射极变压器耦合LC 振荡器 (1) 电路结构如图6(a)所示。

图中V 为振荡放大管，电阻R1、R2、R3为分压式稳定工作点偏置电路，C1、C2为旁路电容，LC 并联回路为选频振荡回路，L3-4为反馈线圈，L7-8为振荡信号输出端，电位器RP 和电容C1组成反馈量控制电路。

(2) 工作原理交流通路如图6(b)所示。

对频率f=f0的信号，LC 选频振荡回路呈纯阻性，此时o v '和vf ，反相，即φ1为180º。

输出电压vo '再通过反馈线圈L3-4，使4端为正电位，即fv '与o v '的φ2为180º。

于是︒=︒+︒=+36018018021ϕϕ，保证了正反馈，满足了相位条件。

如果电路具有足够大的放大倍数，满足振幅条件，电路就能振荡。

调节RP 可改变输出幅度。

图6 共发射极变压器耦合振荡器2．共基极变压器耦合LC 振荡器 (1) 电路结构如图7(a)所示。

图中V 为振荡放大管，电阻R1、R2、R3为分压式稳定工作点偏置电路，C1为基极旁路电容，C2为隔直耦合电容，L2为反馈线圈，L 与C 串联组成选频振荡电路。

(2) 工作原理交流通路如图7(b)所示。

接通电源瞬间，LC 回路振荡电压加到管子基射之间，形成输入电压，经V 放大后，输出信号经反馈线圈L2与L 之间的互感耦合反馈到管子基射之间，若形成正反馈。

在满足振幅平衡条件下，电路产生振荡。

综上分析，变压器反馈电路的反馈强度，可通过L2与L1之间的距离来调节。

变压器耦合振荡电路的振荡频率为LC f π=210 若调节L 、C ，可改变振荡频率。

图7 共基极变压器耦合振荡电路二、三点式LC振荡电路电路特点：LC振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。

图8 电感三点式振荡器图9 电容三点式振荡器1．电感三点式振荡器电路如图8(a)，交流通路如图8(b)所示。

相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”，此时2端电位低于1端而高于3端，即vf与vo反相，经倒相放大后，形成正反馈，即满足相位条件。

振幅条件：适当选择Ｌ2和Ｌ1的比值。

使1>F A V ，满足振幅条件。

电路就能振荡。

由于反馈电压vf 取自Ｌ2两端，故改变线圈抽头位置，可调节振荡器的输出幅度。

Ｌ2越大，反馈越强，振荡输出越大，反之，Ｌ2越小，反馈越小，不易起振。

电路振荡频率为CM L L LCf )2(212121++π=π=其中M 是Ｌ1与Ｌ2之间的互感系数。

优点：工作频率范围为几百kHz~几MHz ；反馈信号取自于L2， 其对f0的高次谐波的阻抗较大，因而引起振荡回路的谐波分量增大，使输出波形不理想； 缺点：波形失真较大。

2．电容三点式振荡器电容三点式振荡器电路如图9(a)所示，交流通路如图9(b)所示。

相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”。

此电压经Ｃ1、Ｃ2分压后，2端电位低于1端而高于3端，即vf 与vo 反相，经V 倒相放大后，使1端获“+”电位，形成正反馈，满足相位条件。

振幅条件：适当的选择Ｃ1、Ｃ2的数值，使电路具有足够大的放大倍数，电路可产生振荡。

电路振荡频率为C L f 'π≈210 而2121C C C C C +='电路特点：频率较高，可达100MHz 以上; 反馈电压中高次谐波分量较小;电容三点式电路的反馈系数决定于两个电容容抗的比值，调节振荡频率，电容三点式电路反馈系数就会随着频率改变而改变。

优点：输出波形好;电路的频率稳定度较高。

工作频率可以做得较高，可达到几十MHz 到几百MHz 的甚高频波段范围.缺点：调节频率不方便。

第四章设计的结果与分析第一节静态工作点对振荡器的影响分析：对于一个振荡器，当其负载阻抗及反馈系数F已经确定的情况，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小、波形好坏）有着直接或间接的关系。

工作点偏高，振荡器工作范围容易进入饱和区，输出的阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时甚至是振荡器停振。

工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但不能太低，否则不易起振。

第二节设计合适的偏置电路及静态工作点分析静态工作点的选择及偏置电路元件的估算合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。

－般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。

根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在0.5~2mA之间选取，各极电压大致可取为：集电极对地电压：Vco=(1~0.6)Vcc；发射极对地电压：Veo=0.2Vcc图10振荡管的偏置电路对于振荡器来说，稳定静态工作点的主要措施是采用高稳定度的偏置电路。

目前广泛采用的是混合反馈式偏置电路。

对于这种电路，各偏置元件可按下列公式选取：Ic Vec VE ≈21Rb Vbq Vbq Vcc Rb -= Rb2>(2~6)Re 发射极电阻旁路电容CE 可按下式计算：12102)1(102⨯+≥hie C πβ。

为了满足 Cb 1<<Rb 的关系,隔直电容CB 可按下面经验公式进行计算：6103~5.1⨯≥fRb Cb 。

其中，Rb=Rb1//Rb2//hie ；f 为工作频率，单位为MHz 。

需要指出的是，CERE 之值不能太大，否则将会产生间歇振荡现象。

静态工作点的确立：ICQ=2mA ，VCEQ=6V ，β=60，则：RC+RE=3K,取RC=2K ，RE=3.6K ，RB1=150K ，RB2=30K ，IBQ=33.3UA第三节 振荡频率分析图11中L 1、L 2、C 1组成谐振回路,L 2兼作反馈网络,通过耦合电容C2将L 2上反馈电压送到三极管的基极。

由交流通路看出,谐振回路有三个端点与三极管的三个电极相连,而且与发射极相接的是L 1、L 2,与基极相接的是L 2、路必然满足相位平衡条件。

当回路的Q 值较高时,该电路的振荡频率基本上等于LC 回路的谐振频率,即式中L = L1＋L2＋2M 为回路总电感。

该电路的特点与变压器反馈式振荡电路极为相似。

须指出：它的输出波形较差,这是由于反馈电压取自电感的两端,而电感对高次谐波的阻抗较大,不能将它短路,从而使U f 中含有较多的谐波分量,因此,输出波形中也就含有较多的高次谐波。

不难证明其振荡频率为：图11第五章、 振荡电路总原理图及元件清单一、 设计的考毕兹振荡器的振荡电路原理图：图12 考毕兹振荡器理论计算振荡器的频率f ≈21212)(21C C C C L +π≈7MHz 调解C 1C 2改变频率时，反馈系数改变。

频率稳定度：小时/105/30-⨯≤∆f f 。

LC 谐振回路的标准性和Q 值都不高，频率稳定度不高于410-数量级。

二、元件清单第六章设计体会第十九周，我们进行通信高频电子线路的课程设计。

通过此次课程设计，我能对正弦波振荡器的原理有了比较深刻的认识，加深了对这门课的理解。

在这次的正弦波振荡电路的设计任务中，我是负责设计LC振荡电路画图这一环节，是本次课程设计不可或缺的部分。

当然，在设计中，遇到过不少的困难，但是，通过网上查找相关资料，及参考书本，得到了意想不到的结果。

通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。