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电容反馈三点式振荡器电路工作原理及设计方案解析.doc
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2019-09-14
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电容反馈三点式振荡器电路工作原理及设计方案解析doc,本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器,而电容反馈三点式振荡器是自激振荡器的一种,因此更好进行设计了。振荡器是不需要外加信号激励,自身将直流电能转换为交流电的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。
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电容反馈三点式振荡器
一、摘要
随着社会的发展,通讯工具在我们的生活中的作用越来越重要。通信工程专
业的发展势头也一定会更好,为了自己将来更好的适应社会的发展,增强自己
对知识的理解和对理论知识的把握,本次课程设计我准备制作具有实用价值的
电容反馈三点式振荡器。
振荡器简单地说就是一个频率源,一般用在锁相环中能将直流电转换为
具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。详细说就是一个不需要外信
号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负
阻型两种。所谓“振荡”,其涵义就暗指交流,振荡器包含了一个从不振荡到振
荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的转化,这样的装置就可以
称为“振荡器”。
二、总体方案
2.1 电路工作原理
本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器,而电容反馈三点式振荡器
是自激振荡器的一种,因此更好进行设计了。振荡器是不需要外加信号激励,
自身将直流电能转换为交流电的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作
为振荡器。
由我们所学过的知识知道,构成一个振荡器必须具备下列一些最基本的条
件:
(1)任何一个振荡回路,包含两个或两个以上储能元件。在这两个储能
元件中,当一个释放能量时,另一个就接收能量。接收和释放能量可以往返进
行,其频率决定于元件的数值。
(2)电路中必须要有一个能量来源,可以补充由振荡回路电阻所产生的
损耗。在电容三点式振荡器中,这些能量来源就是直流电源。

(3)必须要有一个控制设备,可以使电源在对应时刻补充电路的能量损
失,以维持等幅震荡。这是由有源器件(电子管,晶体管或集成管)和正反馈
电路完成的。
对于本次课程设计,所用的最基本原理如下:
(1)振荡器起振条件为 AF>1(矢量式),振荡器平衡条件为:AF=1
(矢量式),它说明在平衡状态时其闭环增益等于 1。在起振时 A>1/F,当振
幅增大到一定的程度后,由于晶体管工作状态有放大区进入饱和区,放大倍数
A 迅速下降,直至 AF=1(矢量式),此时开始谐振。假设由于某种因素使
AF<1,此时振幅就会自动衰减,使 A 与 1/F 逐渐相等。
(2)振荡器的平衡条件包括两个方面的内容:振幅稳定和相位稳定 。
我们可以假设横坐标是振荡电压,而纵坐标分别是放大倍数 K 和反馈系数
F,假设因为某种情况使电压增长,这时 K.F<1,振荡就会自动衰减。反之,
若电压减少,出现 KF>1 的情况,振荡就会自动增强,而又回到平衡点。由此
可知结论为:在平衡点,若 K 曲线斜率小于 0,则满足振荡器的振幅稳定条件。
过 K 曲线的斜率为正,则不满足稳定条件。
对于相位稳定条件来说,它和频率稳定实质上是一回事,因为振荡的角频
率就是相位的变化率,所以当振荡器的相位发生变化时,频率也发生了变化。
(3)我们知道 LC 振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分
组成。为了维持震荡,放大器的环路增益应该等于 1,即 AF=1,因为在谐振
频率上振荡器的反馈系数为 C
1
/C
2
,所以维持振荡所需的电压增益应该是
A=C
2
/C
1
电容三点式振荡器的谐振频率为
f0=1/2π[L(C1C2/C1+C2)]
1/2
在实验中可通过测量周期 T 来测定谐振频率,即
f
0
=1/T
放大器的电压增益可通过测量峰值输出电压 Vop 和输入电压 Vip 来确定,即
A=V
op
/V
ip
(4)2N2221A 三极管的工作原理
2N2221A 三极管是一种控制元件,主要用来控制电流的大小,以共发射极

接法为例(信号从基极输入,从集电极输出,发射极接地),当基极电压 UB
有一个微小的变化时,基极电流 IB 也会随之有一小的变化,受基极电流 IB 的
控制,集电极电流 IC 会有一个很大的变化,基极电流 IB 越大,集电极电流 IC
也越大,反之,基极电流越小,集电极电流也越小,即基极电流控制集电极电
流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多,这就是三极管的放大作用。
IC 的变化量与 IB 变化量之比叫做三极管的放大倍数 β(β=ΔIC/ΔIB, Δ 表示变
化量。),三极管的放大倍数 β 一般在几十到几百倍。三极管在放大信号时,
首先要进入导通状态,即要先建立合适的静态工作点,也叫建立偏置,否则会
放大失真。
2.2 电路方框图及说明:
(见下页)
滤波网络:滤除电源中的交流成分是外加电源中只含有直流成分,因为振荡器
所要求的加在电路上的电能是直流电能,而实际电源很难达到纯粹的直流,所
以需要加这样一个电路将其中可能的交流成分滤除。
放大网络:放大网络就是通过加在基极的直流电压来控制集电极的电压输出。
放大网络对于靠近谐振频率的信号,有较大的增益,对于远离谐振频率的信号,
增益迅速下降。
选频网络:由电感及电容组成的选频网络分为两类,一类是串联谐振回路,
另一类是并联谐振回路,回路谐振时,电感线圈中的磁能与电能中的磁能周期
性的转换着。电抗元件不消耗外交电动势能量。外加电动势只提供回路电阻所
消耗的能量,以维持回路中的等幅振荡。所以在串联谐振时,回路中电流达到
滤波网络
放大网络
选频网络
正反馈网络
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