壓控LC電容三點(diǎn)式振蕩器設(shè)計(jì)及仿真

1、實(shí)驗(yàn)二 壓控 LC 電容三點(diǎn)式振蕩器設(shè)計(jì)及仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解和掌握LC 電容三點(diǎn)式振蕩器電路組成和工作原理。2、了解和掌握壓控振蕩器電路原理。3、理解電路元件參數(shù)對(duì)性能指標(biāo)的影響。4、熟悉電路分析軟件的使用。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1、學(xué)習(xí)LC 電容三點(diǎn)式西勒振蕩器電路組成和工作原理。2、學(xué)習(xí)壓控振蕩器的工作原理。3、認(rèn)真學(xué)習(xí)附錄相關(guān)內(nèi)容，熟悉電路分析軟件的基本使用方法。三、設(shè)計(jì)要求及主要指標(biāo)1、采用電容三點(diǎn)式西勒振蕩回路，實(shí)現(xiàn)振蕩器正常起振，平穩(wěn)振蕩。2、實(shí)現(xiàn)電壓控制振蕩器頻率變化。3、分析靜態(tài)工作點(diǎn)，振蕩回路各參數(shù)影響，變?nèi)荻O管參數(shù)。4、振蕩頻率范圍：50MHz70MHz，控制電壓范圍310V

2、。5、三極管選用MPSH10（特征頻率最小為650MHz，最大IC 電流50mA，可滿足頻率范圍要求），直流電壓源12V，變?nèi)荻O管選用MV209。四、設(shè)計(jì)步驟1、整體電路的設(shè)計(jì)框圖整個(gè)設(shè)計(jì)分三個(gè)部分，主體為L(zhǎng)C 振蕩電路，在此電路基礎(chǔ)上添加壓控部分，設(shè)計(jì)中采用變?nèi)荻O管MV209 來控制振蕩器頻率，由于負(fù)載會(huì)對(duì)振蕩電路的頻率產(chǎn)生影響，所以需要添加緩沖器隔離以使振蕩電路不受負(fù)載影響。2、LC 振蕩器設(shè)計(jì)首先應(yīng)選取滿足設(shè)計(jì)要求的放大管，本設(shè)計(jì)中采用MPSH10 三極管，其特征頻率fT =1000MHz。LC 振蕩器的連接方式有很多，但其原理基本一致，本實(shí)驗(yàn)中采用電容三點(diǎn)式西勒振蕩電路的連接方式，

3、該振蕩電路在克拉潑振蕩電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)微的改良，增加了一個(gè)與電感L 并聯(lián)的電容，主要利用其改變頻率而不對(duì)振蕩回路的分壓比產(chǎn)生影響的特點(diǎn)。電路圖如下所示：圖2-2 LC 電容三點(diǎn)式西勒振蕩器 圖中變?nèi)荻O管MV209 與電感L1 并聯(lián)，構(gòu)成了西勒振蕩電路形式。R1R2為靜態(tài)偏置電阻，C1C2 為反饋分壓電容，C3 即為克拉潑振蕩電路中與C1C2 串聯(lián)的小電容，L1C1C2C3 共同構(gòu)成諧振回路。C4C5 為隔直電容，其中放大管基極通過C4 交流接地，同時(shí)保證其基極的偏置電壓；而C5 主要防止加載于變?nèi)荻O管的直流電壓影響前級(jí)電路。電感L2 為扼流圈，用來防止振蕩回路的振蕩電壓會(huì)對(duì)變?nèi)荻O管所

4、加的反向偏壓產(chǎn)生影響，采取上面這類隔離措施使得反向偏置電壓與振蕩回路分離。 接下來應(yīng)該確定電路中振蕩元器件的取值。根據(jù)振幅起振條件可知，振蕩器開環(huán)增益，而開環(huán)增益與電容 C1/C2組成的反饋網(wǎng)路的反饋系數(shù)、負(fù)載大小以及放大管靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。其中,反饋系數(shù)太小會(huì)使變小，影響起振；反饋系數(shù)太大則會(huì)影響回路Q 值，而且取值過大也同樣會(huì)降低，也會(huì)停振，所以應(yīng)選擇比較合理的反饋系數(shù)，一般取值范圍為1/101/4，在振蕩電路能正常起振的情況下，反饋系數(shù)較大，起振時(shí)間較短。而靜態(tài)工作點(diǎn)較高，可提高，容易起振，但不宜過大，否則造成回路有載品質(zhì)因數(shù)過低，影響振蕩頻率穩(wěn)定度。一般ICQ 取值15mA。負(fù)載阻值不能

5、過小，否則同樣造成過低不能起振，圖2-2 中振蕩電路未接負(fù)載，可視為無窮大。 根據(jù)工程估算法則，振蕩器的振蕩頻率是由諧振回路頻率所決定的諧振回路中心頻率：其中，Cj 是變?nèi)荻O管的等效電容值,根據(jù)設(shè)計(jì)要求：通過計(jì)算，取,則，由于電壓控制部分主要元件是選用MV209 變?nèi)荻O管，其反向電壓與電容CVR 如下圖所示：圖2-3 MV209 特性圖 可以看出電容與電壓變化不是呈線性變化，而是非線性變化的，只有在取值3到10V之間其電容值與電壓值最近似線性，即Cj的取值為 1030pF。因此，的取值約為9pF，由C1C2C3 串聯(lián)而得?？紤]到克拉潑電路中要求C3 取值不能過小，否則會(huì)降低，無法起振，并考

6、慮放大管結(jié)電容的影響，最后確定各個(gè)電容值（此處需要反復(fù)調(diào)整以取得較佳取值），如下圖所示：3、緩沖器設(shè)計(jì) 在電容三點(diǎn)式振蕩電路分析中有,可以看到負(fù)載對(duì)振蕩器的穩(wěn)定度會(huì)造成影響，甚至影響電路能否正常起振。盡管采用改進(jìn)后的西勒電路能減少這種影響，但為了進(jìn)一步提高振蕩器的振蕩穩(wěn)定性，以及驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，需要設(shè)計(jì)緩沖器來實(shí)現(xiàn)與低阻抗的負(fù)載相連。緩沖器采用共集電極電路，也即高輸入阻抗低輸出阻抗的射隨器來實(shí)現(xiàn)。4、整體電路圖 圖中C6，R5 是為了防止射隨器對(duì)諧振回路產(chǎn)生影響而串接在兩級(jí)之間，但會(huì)造成射隨器輸入電壓的衰減；為了使電路容易起振，一般在電路中增加一個(gè)起始激勵(lì)脈沖V3。圖2-5 整體電路圖5、仿真分析圖2-6/圖2-7 分別表示控制電壓為10V 和3V 時(shí)的仿真波形圖2-6(a) 控制電壓為10V 時(shí)候負(fù)載上的振蕩波形圖2-6(b) 控制電壓為10V 時(shí)候負(fù)載上的振蕩波形頻譜圖2-7(a) 控制電壓為3V 時(shí)候負(fù)載上的振蕩波形圖2-7(b) 控制電壓為3V 時(shí)候負(fù)載上的振蕩波形頻譜表2-1 壓控電壓與頻率關(guān)系控制電壓 （V）345678910振蕩頻率 MHz50.0054.5058.50