压控LC电容三点式振荡器设计及仿真

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：

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T(osc)1，而开环增益与电容 C1/C2组成的反馈网路的反馈系数kfv、负载大小以及放大管静态工作点有关。其中kfv

C1

,反馈系数太小会使

C1C2

T(osc)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T(osc)，也会停振，所以应选择比较合理的反馈系数kfv，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T(osc)，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T(osc)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：

fosc



其中，Cj 是变容二极管的等效电容值,根据设计要求：

1111

'

CC1C2C3

foscminfoscmax



50MHz

70MHz

33pF，C

min

13pF，由于电压控制部分

通过计算，取L1260nH,则C

max

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2-3 MV209 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，C

'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T(osc)，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11pF如下图所示：

V5

3、缓冲器设计

在电容三点式振荡电路分析中有osc

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。

0.01u

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

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。