压控LC电容三点式振荡器设计及仿真.docx

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：50MHz~70MHz，控制电压范围3~10V。
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MV209。
四、设计步骤
1、整体电路的设计框图

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
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fT=1000MHz。LC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：

图2-2LC电容三点式西勒振荡器
图中变容二极管MV209与电感L1并联，构成了西勒振荡电路形式。R1\R2
为静态偏置电阻，C1\C2为反馈分压电容，C3即为克拉泼振荡电路中与C1\C2串
联的小电容，L1\C1\C2\C3共同构成谐振回路。C4\C5为隔直电容，其中放大管基极通过C4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，振荡器开环增益，而开环增益与电容C1/C2组成的反馈网路的反馈系数、负载大小以及放大管静态工作点有关。其中,反馈系数太小会使变小，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，也会停振，所以应选择比较合理的反馈系数，一般取值范围为1/10~1/4，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。而静态工作点较高，可提高，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1~5mA。负载阻值不能过
小，否则同样造成过低不能起振，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：

其中，Cj是变容二极管的等效电容值,
根据设计要求：

通过计算，取,则，，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—VR如下图所示：

图2-3MV209特性图

可以看出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10~30pF。因此，的取值约为9pF，由C1\C2\C3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，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），，，如下图所示：

3、缓冲器设计
在电容三点式振荡电路分析中有,可以看到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，但为了进一步提高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V3。

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

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

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