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1、电压控制 缓冲器 实验二压控LC电容三点式振荡器设计及仿真 一、实验目的 1、了解和掌握LC电容三点式振荡器电路组成和工作原理。2、了解和掌握压控振荡器电路原理。3、理解电路元件参数对性能指标的影响。4、熟悉电路分析软件的使用。二、实验准备 1、学习LC电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理。2、学习压控振荡器的工作原理。3、认真学习附录相关内容，熟悉电路分析软件的基本使用方法。三、设计要求及主要指标 1、采用电容三点式西勒振荡回路，实现振荡器正常起振，平稳振荡。2、实现电压控制振荡器频率变化。3、分析静态工作点，振荡回路各参数影响，变容二极管参数。4、振荡频率范围：50MHz70MHz,控制
2、电压范围310V。5、三极管选用MPSH10（特征频率最小为650MHz,最大IC电流50mA,可 满足频率范围要求），直流电压源12V,变容二极管选用MV209o 四、设计步骤 1、整体电路的设计框图 图2-1压控LC振荡器柜图 整个设计分三个部分，主体为LC振荡电路，在此电路基础上添加压控部分,设计中采用变容二极管MV209来控制振荡器频率，由于负载会对振荡电路的频 率产生影响，所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响。2、LC振荡器设计 LC振首先应选取满足设计要求的放大管，本设计中采用MPSH10三极管，其特征 频率r=1000MHzo LC振荡器的连接方式有很多，但其原理基本一
3、致，本实验中 采用电容三点式西勒振荡电路的连接方式，该振荡电路在克拉泼振荡电路的基础 上进行了细微的改良，增加了一个与电感L并联的电容，主要利用其改变频率而 不对振荡回路的分压比产生影响的特点。电路图如下所示：V1 图2-2 LC电容三点式西勒振荡器 图中变容二极管MV209与电感Li并联，构成了西勒振荡电路形式。RAR2 为靜态偏置电阻，C1C2为反馈分压电容，C3即为克拉泼振荡电路中与C1C2串 联的小电容，L1C1C2C3共同构成谐振回路o ClC5为隔直电容，其中放大管基 极通过G交流接地，同时保证其基极的偏置电压；而C5主要防止加载于变容二 极管的直流电压影响前级电路。电感L2为扼流
4、圈，用来防止振荡回路的振荡电 压会对变容二极管所加的反向偏压产生影响，采取上面这类隔离措施使得反向偏 置电压与振荡回路分离。接下来应该确定电路中振荡元器件的取值。根据振幅起振条件可知，振荡黠 开环增益7(.)1,而开环增益与电容C1/C2组成的反馈网路的反馈系数心、负载大小以及放大管静态工作点有关。其中心反馈系数太小会使 力 G+c?变小，影响起振；反馈系数太大则会影响回路Q值，而且取值过大也同 样会降低W 也会停振，所以应选择比较合理的反馈系数你，一般取值范 围为1/101/4,在振荡电路能正常起振的情况下，反馈系数较大，起振时间较短。握压控振荡器电路原理理解电路元件参数对性能指标的影响熟悉
5、电路分析软件的使用二实验准备学习电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理学习压控振荡器的工作原理认真学习附录相关内容熟悉电路分析软件的基本使用方法三析静态工作点振荡回路各参数影响变容二极管参数振荡频率范围控制电压范围三极管选用特征频率最小为最大电流可满足频率范围要求直流电压源变容二极管选用四设计步骤整体电路的设计框图图压控振荡器柜图整个设计分三个部频率产生影响所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响振荡器设计控制电压缓冲器振首先应选取满足设计要求的放大管本设计中采用三极管其特征频率振荡器的连接方式有很多但其原理基本一致本实验中采用电容三点式fosc nrn.1 2KJ厶(7而靜态工作点较髙
6、，可提髙丁(容易起振，但不宜过大，否则造成回路有 载品质因数过低，影响振荡频率稳定度。一般ICQ取值广5mA。负载阻值不能过 小，否则同样造成丁叽)过低不能起振，图2-2中振荡电路未接负载，可视为 无穷大。根据工程估算法则，振荡器的振荡频率是由谐振回路频率所决定的谐振回路 中心频率：f(-l I、“2兀少互2心(Cj+C)其中，Cj是变容二极管的等效电容值，=H+右 根据设计要求:fon=-=50MHZ.27ryLlCZmax 通过计算，取厶=260H,则(7工叶严33 Cm3pF.由于电压控制部分 主要元件是选用MV209变容二极管，其反向电压与电容C和如下图所示：Qd)山 ONVJLodo
7、 匚0 V R,REVERSE VOLTAGE(VOLTS)握压控振荡器电路原理理解电路元件参数对性能指标的影响熟悉电路分析软件的使用二实验准备学习电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理学习压控振荡器的工作原理认真学习附录相关内容熟悉电路分析软件的基本使用方法三析静态工作点振荡回路各参数影响变容二极管参数振荡频率范围控制电压范围三极管选用特征频率最小为最大电流可满足频率范围要求直流电压源变容二极管选用四设计步骤整体电路的设计框图图压控振荡器柜图整个设计分三个部频率产生影响所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响振荡器设计控制电压缓冲器振首先应选取满足设计要求的放大管本设计中采用三极管其特
8、征频率振荡器的连接方式有很多但其原理基本一致本实验中采用电容三点式l2Vdc C3 4-up 图2-3 MV209特性图 可以看岀电容与电压变化不是呈线性变化，而是非线性变化的，只有在取值 3到10V之间其电容值与电压值最近似线性，即Cj的取值为1030pF。因此，C的 取值约为9pF,由CiC2C3串联而得。考虑到克拉泼电路中要求C3取值不能 过小，否则会降低TgJ,无法起振，并考虑放大管结电容的影响，最后确定 各个电容值（此处需要反复调整以取得较佳取值）,C1=25pF,C2=220pF,C3=11/?F如下图所示：V5 当0 3、缓冲器设计 在电容三点式振荡电路分析中有=莅+諾，可以看到
9、负载对振荡 器的稳定度会造成影响，甚至影响电路能否正常起振。尽管采用改进后的西勒电 路能减少这种影响，但为了进一步提髙振荡器的振荡稳定性，以及驱动负载能力,需要设计缓冲器来实现与低阻抗的负载相连。缓冲器采用共集电极电路，也即高 输入阻抗 低输出阻抗的射随器来实现。4、整体电路图 图中C6,R5是为了防止射随器对谐振回路产生影响而串接在两级之间，但会宁04 0.01p R3 1k MPSH10 C2 22 Op 2 L1 260n 1 握压控振荡器电路原理理解电路元件参数对性能指标的影响熟悉电路分析软件的使用二实验准备学习电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理学习压控振荡器的工作原理认真学习附录
10、相关内容熟悉电路分析软件的基本使用方法三析静态工作点振荡回路各参数影响变容二极管参数振荡频率范围控制电压范围三极管选用特征频率最小为最大电流可满足频率范围要求直流电压源变容二极管选用四设计步骤整体电路的设计框图图压控振荡器柜图整个设计分三个部频率产生影响所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响振荡器设计控制电压缓冲器振首先应选取满足设计要求的放大管本设计中采用三极管其特征频率振荡器的连接方式有很多但其原理基本一致本实验中采用电容三点式造成射随器输入电压的衰减；为了使电路容易起振，一般在电路中增加一个起始 激励脉冲V：。图2-5整体电路图 5、仿真分析 图2-6/图2-7分别表示控制电压为
11、10V和3V时的仿真波形 图2-6(a)控制电压为10V时候负载上的振荡波形 握压控振荡器电路原理理解电路元件参数对性能指标的影响熟悉电路分析软件的使用二实验准备学习电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理学习压控振荡器的工作原理认真学习附录相关内容熟悉电路分析软件的基本使用方法三析静态工作点振荡回路各参数影响变容二极管参数振荡频率范围控制电压范围三极管选用特征频率最小为最大电流可满足频率范围要求直流电压源变容二极管选用四设计步骤整体电路的设计框图图压控振荡器柜图整个设计分三个部频率产生影响所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响振荡器设计控制电压缓冲器振首先应选取满足设计要求的放大管本设
12、计中采用三极管其特征频率振荡器的连接方式有很多但其原理基本一致本实验中采用电容三点式图2-6(b)控制电压为10V时候负载上的振荡波形频谱 图2-7(a)控制电压为3V时候负载上的振荡波形 握压控振荡器电路原理理解电路元件参数对性能指标的影响熟悉电路分析软件的使用二实验准备学习电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理学习压控振荡器的工作原理认真学习附录相关内容熟悉电路分析软件的基本使用方法三析静态工作点振荡回路各参数影响变容二极管参数振荡频率范围控制电压范围三极管选用特征频率最小为最大电流可满足频率范围要求直流电压源变容二极管选用四设计步骤整体电路的设计框图图压控振荡器柜图整个设计分三个部频率产
13、生影响所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响振荡器设计控制电压缓冲器振首先应选取满足设计要求的放大管本设计中采用三极管其特征频率振荡器的连接方式有很多但其原理基本一致本实验中采用电容三点式图2-7(b)控制电压为3V时候负载上的振荡波形频谱 表2-1压控电压与频率关系 控制电 压(V)3 4 5 6 7 8?9 10 振荡频 率 MHz 握压控振荡器电路原理理解电路元件参数对性能指标的影响熟悉电路分析软件的使用二实验准备学习电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理学习压控振荡器的工作原理认真学习附录相关内容熟悉电路分析软件的基本使用方法三析静态工作点振荡回路各参数影响变容二极管参数振荡频
14、率范围控制电压范围三极管选用特征频率最小为最大电流可满足频率范围要求直流电压源变容二极管选用四设计步骤整体电路的设计框图图压控振荡器柜图整个设计分三个部频率产生影响所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响振荡器设计控制电压缓冲器振首先应选取满足设计要求的放大管本设计中采用三极管其特征频率振荡器的连接方式有很多但其原理基本一致本实验中采用电容三点式 图2-8控制电压与振荡频率关系图 由表2-1和图2-8可以看到，在8个不同电压点实现了振荡频率的不同调 节，调节关系基本呈线性，调节范围基本满足设计要求。3 控制电压CV?9 握压控振荡器电路原理理解电路元件参数对性能指标的影响熟悉电路分析软件的使用二实验准备学习电容三点式西勒振荡器电路组成和工作原理学习压控振荡器的工作原理认真学习附录相关内容熟悉电路分析软件的基本使用方法三析静态工作点振荡回路各参数影响变容二极管参数振荡频率范围控制电压范围三极管选用特征频率最小为最大电流可满足频率范围要求直流电压源变容二极管选用四设计步骤整体电路的设计框图图压控振荡器柜图整个设计分三个部频率产生影响所以需要添加缓冲器隔离以使振荡电路不受负载影响振荡器设计控制电压缓冲器振首先应选取满足设计要求的放大管本设计中采用三极管其特征频率振荡器的连接方式有很多但其原理基本一致本实验中采用电容三点式