摘要：本文介绍了高频正弦波振荡器的设计方法，主要应用了LC振荡电路产生正弦波，再经丙类高频功率放大器进行功率放大，并用multisim10仿真软件进行仿真，经过反复的调试最终得到满足课题要求的电路，该电路具有应用器件少，输出波形不易失真，方便调节等优点。

关键词：正弦波；振荡器；高频功率放大器。

一、概述该研究课题主要涉及了振荡器的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，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。

设计任务为：①、设计一个振荡器，产生高频正弦波，并且输出信号必须经高频功率放大器放大。

已知用于放大器的晶体管参数：Vcc=+12V，β=60，C b`c=5pF，C b`e=205pF，Uces=1.5V，三极管的损耗功率Pcm=1W；②、用于振荡器电路的三极管，根据设计的实际电路情况自行选择；③、高频功率放大器的输出采用互感变压器耦合方式，负载电阻为51Ω。

=6.5~8.5MHz可调；②、高技术指标：①、振荡器振荡频率变化范围fη70%。

频功率放大器输出功率P≥500mW，效率≥二、工作原理说明1、振荡器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f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、高频功率放大器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。

3、电路设计原理框图如图1所示。

图1 原理框图图1 正弦波振荡器原理框图三、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4321R R R R 、、、决定。

即βcQ bQ e CQ BE BQ EQ ce ccQcc cQ cc b b b bQ I I R I V V V R R V V I V R R R V =≈-=+-=+=212 综上所述，可以取振荡器的静态工作点CQ I =1.4mA ，V V CEQ 7.0=，设三极管=β60。

得 Ω=-=+k I V V R R CQ CEQCC 843为了提高电路的稳定性，3R 的值可适当增大，取3R =Ωk 5.2，则Ω=k R 5.54。

所以 V R I V CQ EQ 5.33==若取流过2R 的电流===βCQ BQ I I I 101020.23mA则 Ω≈=k I V R BQ 1022所以 CC BQ V V R R R =+)(212即 Ω≈-=k V V R R BQ CC 75121振荡器的静态工作电流通常选在（1~4）mA ，CQ I 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，CQ I 过小会使uo A 较小，起振困难。

谐振频率的计算，∑=C L f 1021π，∑C 为5432C C C C 、、、总电容，如果选择3C 远大于2C ，4C 远大于2C ，则52C C C +≈∑。

根据题目要求振荡器振荡频率变化范围0f =6.5~8.5MHz ，所以取101=L uH ，302=C pF ，5C 变化范围是5~30pF.。

（2）、频率稳定性稳频措施为一是减少外界因素的变化。

二是合理选择元器件。

例如，选择f T 高且性能稳定可靠的振荡管，不但有利于起振（因在振荡频率上β较高），而且由于极间电容小，相移小，使振荡频率更接近回路的固有谐振频率，有利于提高频率稳定度；选择温度系数小、Q 值高的回路电感L （如在高频瓷骨架上用烧渗银法制成的电感）和电容C ，一方面使L 和C 在温度改变时变化很小，振荡频率的变化也很小，另一方面由于Q 值高，其频率稳定度也高；采用贴片元器件，可减小分布参数的影响，有利于振荡频率的稳定。

此外，L 一般具有正温度系数，若选用适当负温度系数的电容（如陶瓷电容器）进行温度补偿，就可以使温度改变时振荡频率的变化大大减小。

为了防止元器件老化带来的振荡频率变化，在组装电路前应对元器件进行老化处理。

三是合理设计振荡电路。

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。

用数学表示为负值=∆∆=0ωωωϕAB写成偏导数形式，则为00<∂∂=ωωωϕAB（3）、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AB<1，振幅会衰减；若AB=1，则振幅维持不变。

因此，当电路中出现增幅现象时，必定满足振幅条件下的AB>1。

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<1。

要使振幅不继续减小下去，必须使电路的AB 值能随振幅的减小而增大，自动调整到AB=1。

这就是说，欲使振荡器的振幅在发生某种变化时能自动趋于稳定，电路的反馈系数AB 应具有下述特性：振幅变化使AB 值随之变化，AB 变化再次造成的振幅变化应与原振幅变化相反。

如果用数学式子表示既OU AB ∆=负值 写成偏导数的形式为0<∂∂OU AB 2、高频功率放大器的设计高频功率放大器电路如图3所示。

图3 高频功率放大器电路图（1）、确定放大器的工作状态图中65R R 、的作用是得到基极偏压，76C C 、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η和最大的输出功率o p ，选丙类放大器的工作状态为临界状态， 60=c θ，所以39.0)60(1= α，18.0)60(0= α。

集电极输出功率pcm m c cm o R U I U p 212121== V U V U ces cc 5.10cm =-=；所以谐振电阻 Ω=⨯=-=25.1105.025.102)(22）（o ces cc p p U V R ； 集电极基波电流振幅mA R p I po m c 2.9521==； 集电极电流脉冲最大值mA I I m c cm 2.244)60(11== α；直流分量mA I I cm co 2.53)60(0== α；直流功率mA I V p co cc z 4.6382.5312=⨯==；总效率%3.784.638500≈==z o p p η； 计算线圈砸数比 LP R R N N =2221 所以47.15125.11021≈=N N 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、性能的测试1、振荡器振荡频率为6.5MHz正弦波振荡器的电路图4所示，振荡器振荡频率为6.5MHz时的示波器图形和频率计示数如图5所示。

图4 正弦波振荡器电路图图5 示波器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6.5MHz。

2、振荡器振荡频率为8.5MHz振荡器振荡频率为8.5MHz时的示波器图形和频率计示数如图6所示。

图6 示波器和频率器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8.5MHz。

3、高频功率放大器电路如图7所示，当高频功率放大器的输入信号是振荡器C的大小，使LC回路达到谐振状态，此输出6.5MHz的正弦波时，通过调节9时的电极输出波形如图8所示。

图7 高频功率放大器电路图8 集电极输出波形4、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 mV U R R U P L L LL182,51,2≈Ω==输出所以 mW mW P 500650>≈输出 满足任务要求。

五、结论、性价比通过该实验电路最后得到振荡器谐振频率范围f 0=6.5~8.5MHz 并且是可调的， 高频功率放大器输出功率P ≥500mW ，效率≥η70%。

总体来说，通过对比可以明确本次课程设计基本上达到了任务要求。

因为在仿真过程中没有找到能准确满足实验要求的的晶体管，所以存在一定的误差。

此外，还有一部分误差可能是由于各电器件或者导线的相互影响造成的，另外multisim 软件本身存在一定的误差。

这次设计的电路，主要由正弦波振荡器和高频功率放大器两部分构成。

用到了许多以前所学的和本学期所学习的知识，综合性比较强。

六、课设体会及合理化建议通过本次课程设计，使我巩固了以前所学的大部分电路基础和模拟电子线路方面的知识，同时也加深了本学期的通信电子线路方面的知识。

在设计过程中，通过老师孜孜不倦的讲解和翻阅相应的参考资料，最终完成了本次课程设计的原理设计方面。

在此对本次课程设计的理论方面有了极大的认知。

我相信这对我以后的学习和工作都有非常大的帮助。

在Mutisim 仿真过程中也遇到了很大的问题，那就是在仿真软件中没有找到设计原理图中的元器件。

因此就必须想办法通过其他途径予以解决，为此我询问的了许多同学，终于在老师和同学的帮助下解决了此问题。

此外仿真过程中的图形也有一定的失真情况，经过不断的调整各个元器件的位置，最后得到了想要的波形。

本次课程设计对我专业知识的运用进行了全方面的考核与检测，经过本次课设认识到了自身的不足，同时更加强了学习专业知识的决心，以及对以后从事电子方面的信心。

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