电容三点式振荡器.docx

电
容
三
点
式
振
荡
电
路
设

一、概述
振荡器是一种在没有加外信号作用下的自动将直流电源的能量变换成为一定波形的交变振荡能量的装置。振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式接收机的主要部分，各种电子测试仪器如信号发生器、数字式频率计等的核心部分都离不开正弦波振荡器，功率振荡器在工业方面（例如感应加热、介质加热等）的用途也日益广阔。一个振荡器必须包括三个部分：放大器、正反馈电路和选频网络。
振荡器按波形分可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，按照工作原理可以分为反馈式型振荡器与负阻式振荡器两大类。反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡，变成振荡器。所谓产生振荡是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路相接产生振荡。
电容三点式振荡器是自激振荡器的一种，也叫考毕兹振荡电路。由于它是利用电容将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电级相连接，所以这种电路有叫做电容反馈三点式振荡器。它由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。
二、工作原理
1、 振荡器振荡条件：
（1） 平衡条件
相位平衡条件：Σφ=n*360°
　　　振幅平衡条件：KF=1
（2） 起振条件
KF>1
(3) 稳定条件
振幅稳定条件：在平衡点的K-u曲线斜率为负，即 dKdu|K=1F<0
在平衡点φ-f曲线斜率为负，即 dφdf|f=f°<0
2、对电容三点式振荡器是否满足振荡条件进行分析：
（1） 满足相位平衡条件
如图所示的电容三点式振荡器矢量图，假设在晶体管的基极和发射极间有一输入信号Ube，当振荡频率等于LC回路谐振频率时，Uce与Ube反相，电流 I 滞后于Uce 90°。C2上的反馈电压 Uf 滞后电流 I 90°。故 Uf 与Ube，满足相位平衡条件。

I

Uce Ube
Uf
电容三点式振荡器矢量图

（2） 满足起振条件
I
RS
C1+C0
C1+Ci
n2R0
RiF2
电容三点式振荡器等效电路
图中 ,RS ---- 晶体管输出电阻 Ri ----- 晶体管输入电阻
C0 ------ 晶体管输出电容 Ci ----- 晶体管输入电容 R0 ----- 回路谐振电阻
令C1+C0=C1',C2+Ci=C2',，则反馈系数 F≈C1'C2'
总电阻 RΣ
1RΣ=1RS+1n2R0+F2Ri
放大倍数K
K=βRΣRi
式中 β 是晶体管的电流放大倍数。
将上述结果带入起振条件得

KF=βRΣRi × F >1

β>RiF1RS+1n2R0+F

若n2R0≫RS ,则回路损耗可以忽略，得

β>RiF1RS+F

三、两种改进型电容三点式振荡器的比较
（1）电路图的比较
a.克拉波电路

b.西勒电路

（2）特点的比较
串联改进型电容三点式振荡器特点：把基本型的电容反馈三点线路集电极—基极支路的电感改用LC串联回路代替，又叫做克拉波电路
并联改进型电容三点式振荡器的特点：把基本型的电容反馈线路集电极—基极支路改用LC并联回路代替，又叫西勒电路。
（3）参数的比较
a.克拉波电路：电路接成共基极，Cb对交流短路，故基极接地，使C的动片接地，这种振荡器的频率：

w0=1LCΣ
其中CΣ由下式决定：

1CΣ=1C+1C1+C0+1Ci+C2
选C1≫C ,C2≫C 时，CΣ≈C ,振荡器w0可近似写
w0=1LC
b.西勒电路：回路谐振频率w0为
w0≈1LCΣ
其中CΣ由下式决定：
CΣ=C+11C3+1C1+C0+1Ci+C2
选择C1≫C3 , C2≫C3 ,则CΣ≈C+C3 ，所以消除了C0、Ci对w0的影响。
（4）其他比较
a. 这两种电路所产生的波形都很好，都比较接近于正弦波。
b．反馈系数都等于 C1C2 。
c．当将两种电路作为可变 f0 振荡器时，串联改进型电容三点式电路方便但幅度不稳定，而并联改进型电容三点式电路不仅方便，而且幅度稳定。
d. 最高振荡频率比较：串联改进型电容三点式电路最高振荡频率可达到百兆赫，但它的会幅度下降；而并联改进型电容三点式电路最高振荡频率可达到百兆赫至千兆赫。
四、考毕兹电路参数的设置
通过以上对电容三点式振荡器电路的分析，该电路满足振荡器的平衡条件及起振条件，现可将电路参数设置如下：
a. 电路除了要满足振荡器的振幅和相位平衡条件及起振条件外，还应满足振荡器的稳定条件，而L和C的变化容易引起振频率的变化，而温度是使LC回路参数不稳定的主要因素，所以为了减少温度的影响，应该采取温度系数较小的电感、电容。为了满足谐振的需要各参数可设置为：C1=16pF ，C2=720pF , L=0.8μH ，C0=4pF ，Ci=80pF ， RS=10KΩ , Ri=1KΩ
b. 根据起振条件得表达式
β>RiF1RS+1n2R0+F
可得出晶体管的电流放大系数 β >1.5 ,则可取 β=2
c. 根据起振条件的另一需满足的表达式
KF=βRΣRi× F =1.4 > 1
五、电路原理图

六、小结
本次通信电子电路课程设计，我选择的课题是电容三点式振荡器，这个课题总的来说比较简单，易于操作设计。首先，振荡器需要满足三点振荡条件：一是平衡条件，它又包括相位平衡条件和振幅平衡条件；二是起振条件；三是稳定条件，包括相位稳定条件和振幅稳定条件。而电容三点式振荡器是属于正弦振荡器的一种，通过以上的各种分析，知道电容三点式振荡器满足相位平衡条件和振幅平衡条件，又可通过参数的选择使其满足起振条件及相位稳定条件和振幅稳定条件。通过选择合适的参数，设计出合理的电容三点式振荡器电路原理图，即可完成本次设计。在振荡器方面，应当正确理解：反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡，变成振荡器。所谓产生振荡是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。
本次设计需用到Protel软件，由于是第一次使用，中间碰到了许多问题，但我本着与问题解决问题，实在解决不了的及求助于同学的原则，圆满完成了本次课程设计电路图的模块。此次设计不仅使我了解了更多的专业知识，也了解到许多电子电路仿真的相关知识。增强了自己在专业设计方面的信心，这对我们日后的深入学习中是非常有好处的。
通过此次课程设计，让我意识到我们要学习的东西还有好多，我们不能只是满足于书本上的的知识，更应该拓宽自己的视野，学习一些对自身有用的知识，同时，我们还需要把从书本上学到的只是和实际的电路联系起来，这不论对我们的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助。

参考文献：
[1] 于洪珍，通信电子线路，清华大学出版社，2006年1月
[2] 杨翠娥. 高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社.
[3] 曾兴雯. 高频电路原理与分析. 西安：西安电子科技大学出版社.
[4] 华永平.电子线路课程设计——仿真、设计与制作.南京：东南大学出版社.