正弦波振蕩器總結(jié)

1、正弦波振蕩器總結(jié) 模塊參數(shù)要求：設(shè)計(jì)制作20MHZ石英晶體振蕩器、30MHZ克拉潑（串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器）震蕩器，40MHZ西勒（并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器）震蕩器頻率，工作電壓+5V。模塊完成情況：設(shè)計(jì)制作了20MHZ石英晶體振蕩器、24.1MHZ-38.7MHZ克拉潑震蕩器、38.9MHZ-40.5MHZ西勒震蕩器。模塊涉及的理論知識(shí)：振蕩器是一種能自動(dòng)地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換電路，它無需外加激勵(lì)信號(hào)。為了使振蕩器在接通直流電源后能夠自動(dòng)起振，要求反饋電壓在相位上與放大器輸入電壓同相在幅度上則要求Uf>Ui，即 n=0，1，2， 式中，A0為振蕩器

2、起振時(shí)放大器工作于甲類狀態(tài)時(shí)的電壓放大倍數(shù)。振蕩建立起來之后，振蕩幅度會(huì)無限制地增長下去嗎？不會(huì)的，因?yàn)殡S著振蕩幅度的增長，放大器的動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)延伸到非線性區(qū)，放大器的增益將隨之下降，振蕩幅度越大，增益下降越多，最后當(dāng)反饋電壓正好等于原輸入電壓時(shí)，振蕩幅度不再增大而進(jìn)入平衡狀態(tài)。 綜上所述，為了確保振蕩器能夠起振，設(shè)計(jì)的電路參數(shù)必須滿足A0F>1的條件。而后，隨著振蕩幅度的不斷增大，A0就向A過渡，直到AF=1時(shí)，振蕩達(dá)到平衡狀態(tài)。顯然，A0F越大于1，振蕩器越容易起振，并且振蕩幅度也較大。但A0F過大，放大管進(jìn)入非線性區(qū)的程度就會(huì)加深，那么也就會(huì)引起放大管輸出電流波形的嚴(yán)重失真。所以當(dāng)

3、要求輸出波形非線性失真很小時(shí)，應(yīng)使A0F的值稍大于1。當(dāng)振蕩器受到外部因素的擾動(dòng)（如電源電壓波動(dòng)、 溫度變化、噪聲干擾等），將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化破壞原來的平衡狀態(tài)。如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài)，則表明原來的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。反之，如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的趨勢，并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài)， 則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。一個(gè)振蕩器除了它的輸出信號(hào)要滿足一定的幅度和頻率外，還必須保證輸出信號(hào)的幅度和頻率的穩(wěn)定，而頻率穩(wěn)定度更為重要。評(píng)價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)有兩個(gè)，即準(zhǔn)確度和穩(wěn)

4、定度。LC振蕩器振蕩頻率主要取決于諧振回路的參數(shù)，也與其它電路元器件參數(shù)有關(guān)。因此，任何能夠引起這些參數(shù)變化的因素，都將導(dǎo)致振蕩頻率的不穩(wěn)定。這些因素有外界的和電路本身的兩個(gè)方面。其中，外界因素包括：溫度變化、電源電壓變化、負(fù)載阻抗變化、機(jī)械振動(dòng)、濕度和氣壓的變化、外界磁場感應(yīng)等。這些外界因素的影響，一是改變振蕩回路元件參數(shù)和品質(zhì)因數(shù)；二是改變晶體管及其它電路元件參數(shù)，而使振蕩頻率發(fā)生變化的。因此要提高振蕩頻率的穩(wěn)外界因素定度可以從兩方面入手：一是盡可能減小外界因素的變化；二是盡可能提高振蕩電路本身抵御外界因素變化影響的能力。設(shè)計(jì)考慮：1振蕩器電路選擇 LC振蕩器一般工作在幾百千赫茲至幾百兆赫

5、茲范圍。振蕩器線路主要根據(jù)工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。在短波范圍，電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。在中、短波收音機(jī)中，為簡化電路常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。 2晶體管選擇 從穩(wěn)頻的角度出發(fā)，應(yīng)選擇fT較高的晶體管，這樣晶體管內(nèi)部相移較小。通常選擇fT>(310) fmax。同時(shí)希望電流放大系數(shù)大些，這既容易振蕩，也便于減小晶體管和回路之間的耦合。3直流饋電線路的選擇 為保證振蕩器起振的振幅條件，起始工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū)；從穩(wěn)頻出發(fā)，穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū)，而不應(yīng)在飽和區(qū)，否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)Q L將降低。所以,通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū)，電路應(yīng)采用自偏

6、壓。4振蕩回路元件選擇從穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能大，但C過大，不利于波段工作；電感L也應(yīng)盡可能大，但L大后，體積大，分布電容大，L過小，回路的品質(zhì)因數(shù)過小，因此應(yīng)合理地選擇回路的L、C。在短波范圍，C一般取幾十至幾百pF，L一般取0.1至幾十H。5反饋回路元件選擇由前述可知,為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以及容易起振，在靜態(tài)工作點(diǎn)通常應(yīng)按下式選擇 當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后，yf的值就一定，對(duì)于小功率晶體管可以近似為 反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇 F=0.01-0.5克拉潑振蕩器： 圖2.4.1 (a) 為克拉潑振蕩器原理電路，(b)為其交流等效電路。它的特點(diǎn)是在前述的電容三點(diǎn)式振蕩諧振回

7、路電感支路中增加了一個(gè)電容C3，其取值比較小，要求C3<< C1，C3<< C2。(a) 原理電路(b) 交流等效電路VTC1C2LC3ReRb2CbRb1RcVCCLC3C1C2CieCoeVTCcb 圖2.4.1 克拉潑振蕩器先不考慮各極間電容的影響，這時(shí)諧振回路的總電容量C為C1、C2 和C3的串聯(lián)，即 (2-9)于是，振蕩頻率為 (2-10)使式(2-10)成立的條件是C1和C2都要選得比較大，由此可見，C1、C2對(duì)振蕩頻率的影響顯著減小，那么與C1、C2并接的晶體管極間電容的影響也就很小了，提高了振蕩頻率的穩(wěn)定度。西勒振蕩器：VTLReCbRb1RcVCCLC

8、3C1C2CbeCceVTC4(a) 原理電路(b) 交流等效電路C4C3C1C2Rb2圖2.4.2 西勒振蕩器 所以振蕩頻率 L為諧振放大器電路的電感線圈的電感量；C為諧路的總電容。在LC諧振回路中，電感L（H）/電容C（F）=105106，可達(dá)到較好的效果。 并聯(lián)晶體振蕩： 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)書中P408頁上有振蕩電路圖8.1.29如圖2所示,是并聯(lián)型石英晶體振蕩電路,該并聯(lián)型石英晶體振蕩電路中,石英晶體必須等效為電感,否則振蕩電路就無意義了,圖2的等效電路如圖3所示.則振蕩電路的振蕩頻率為所以,并聯(lián)型石英晶體振蕩電路的振蕩頻率為設(shè)計(jì)制作過程：克拉潑振蕩器： 克拉潑振蕩器由上理論知

9、識(shí)可知：當(dāng)要求輸出波形非線性失真很小時(shí)，應(yīng)使A0F的值稍大于1。因此使用50K的可調(diào)電阻RES1，調(diào)節(jié)RES1，致使三極管靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化，影響三極管的放大倍數(shù)A0。C1、C2的選擇較為重要，并非是比例合適就可以。經(jīng)試驗(yàn)：C1、C2過大、過小時(shí)，放大器的電壓增益都會(huì)降低，振幅下降，甚至?xí)Ｕ?。最終選擇C1=110pF，C2=1000pF，反饋系數(shù)F=110/1000（未考慮三極管節(jié)電容）。由于設(shè)定振蕩頻率為30MHZ左右，因此電感L=1uH（可調(diào)），電容C=20pF（可調(diào)）。振蕩器輸出波形有些失真，這是因?yàn)槠浜卸啻沃C波，為使輸出波形較理想，輸出我使用諧振放大器。振蕩器輸出加了諧振放大器，跟

10、隨器或者諧振放大器的輸入阻抗不可過小，應(yīng)盡量大一些，否則會(huì)影響振蕩器的工作。調(diào)板過程總，我修改諧振放大器發(fā)射極電阻R7，不接諧振放大器發(fā)射極電阻放大倍數(shù)最大。西勒振蕩器：西勒振蕩器設(shè)計(jì)思路與方法與克拉潑振蕩器一樣，在此不重復(fù)。并聯(lián)晶體振蕩：同理，可以使用50K的可調(diào)電阻RES1，調(diào)節(jié)RES1，致使三極管靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化，影響三極管的放大倍數(shù)A0。 使用20MHZ無源晶振，調(diào)節(jié)CL6，可以微調(diào)振蕩電路的振蕩頻率，使振蕩頻率剛好達(dá)到20MHZ。 頻率穩(wěn)定，但可能由于電路參數(shù)設(shè)計(jì)問題，波形不理想，輸出失真比較大?？死瓭娬袷幤鳎簠?shù)測量：振蕩頻率一級(jí)輸出幅度Vp-p（未接二級(jí)）一級(jí)輸出幅度Vp-p（

11、以接二級(jí)）二級(jí)輸出幅度Vp-p放大倍數(shù)24.1MHZ0.304Vp-p0.192Vp-p3.18Vp-p16.830MHZ0.224Vp-p0.128Vp-p2.008Vp-p15.638.7MHZ0.200Vp-p0.120Vp-p2.420Vp-p20.2由表可知，頻率可調(diào)范圍為34.1MHZ-38.7MHZ，不同頻率，其最佳工作點(diǎn)電壓不一樣。所以在調(diào)節(jié)頻率過程中，要調(diào)節(jié)電阻RES1，使放大器工作在最佳的狀態(tài)，達(dá)到最好的效果。如若不調(diào)節(jié)電阻RP1，達(dá)到一定頻率時(shí)，有可能使振蕩器停振。測試圖：克拉潑24.1MHZ時(shí)輸出克拉潑30MHZ時(shí)輸出克拉潑38.7MHZ時(shí)輸出西勒振蕩器：參數(shù)測量：振蕩

12、頻率一級(jí)輸出幅度mVp-p（未接二級(jí)）一級(jí)輸出幅度Vp-p（以接二級(jí)）二級(jí)輸出幅度Vp-p放大倍數(shù)38.9MHZ56mVp-p示波器無法檢測（太雜）0.532Vp-p無法求40MHZ56mVp-p示波器無法檢測（太雜）0.408Vp-p無法求40.5MHZ48mVp-p示波器無法檢測（太雜）0.104Vp-p無法求從表格可以看出，振蕩頻率范圍21.5MHZ-32.2MHZ，各靜態(tài)工作點(diǎn)電壓基本一樣。由此可知，西勒振蕩器效果比克拉潑差了許多。在調(diào)節(jié)頻率過程中，仍需調(diào)節(jié)電阻RES2，使放大器工作在最佳的狀態(tài)，達(dá)到最好的效果。可能參數(shù)設(shè)計(jì)有問題修改L、C的參數(shù)，對(duì)調(diào)節(jié)提高振蕩器的頻率效果不大。 測試

13、圖：西勒39.0MHZ時(shí)輸出西勒40.0MHZ時(shí)輸出西勒40.6MHZ時(shí)輸出并聯(lián)晶體振蕩振蕩頻率一級(jí)輸出幅度Vp-p（未接二級(jí)）一級(jí)輸出幅度Vp-p（以接二級(jí)）二級(jí)輸出幅度Vp-p放大倍數(shù)20.0MHZ0.320Vp-p0.248Vp-p2.720Vp-p10.97(嚴(yán)重失真)20.0MHZ未測到0.168Vp-p2.520Vp-p15從表格可以看出，并聯(lián)晶體振蕩并不是頻率一樣放大倍數(shù)就一樣大，輸出越大的，并不一定是你想要的。需調(diào)節(jié)電阻RES1，使放大器工作在最佳的狀態(tài)，達(dá)到最好的效果。測試圖：并聯(lián)晶體振蕩20.0MHZ輸出總結(jié)以及心得體會(huì)：本次設(shè)計(jì)花費(fèi)一周多，快兩周的時(shí)間，雖然波形已經(jīng)出來了，但是還有許多地方還需要改進(jìn)，但是時(shí)間已經(jīng)不應(yīng)許了。如一級(jí)幅度并不是很大，加了二級(jí)之后一級(jí)的振蕩幅值也下降了許多，這是因?yàn)槎?jí)輸入電阻變成了一級(jí)的輸出電阻，與一級(jí)輸出電阻相連分壓。尤其是西勒加了二級(jí)之后看到的就是十幾毫伏的雜波了，只有放大輸出才能看到好的波形。帶負(fù)載能力差，加上負(fù)載