晶体振荡器设计报告 - 图文

晶体振荡器设计报告

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一、设计方案论证

振荡器常用于高频发射机和接收机，频率稳定性是衡量振荡器性能的重要参数之一，而石英晶体因其频率的高稳定性得到广泛的应用，依据右图所示的晶体的电抗特性曲线，在串并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，它呈现电感性，因而石英谐振器或者工作在感性区，或者工作于串联谐振频率

上，不能工作在容性区，因为此时无法判断晶体是否工作，从而也不能保证频率的稳定度。因此，根据晶体在电路中的作用原理，振荡器可分为两类：一类是石英晶体在振荡器线路中作为等效电感元件使用，称为并联谐振型晶体振荡器；另一类是把石英晶体作为串联谐振元件使用，使它工作于串联谐振频率上，串联谐振型晶体振荡器。

1. 晶体振荡器连接方式的选取

并联谐振c-b型晶体振荡器的典型电路如右图所示。振荡管的基极对高频接地，晶体管接在集电极和基极之间，C2与C5为回路的另外两个电抗元件，它类似于克拉泼振荡器，晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容非常弱，从而使频率稳定性大大提高，因此本设计实验采用这种连接方案。 2. 输出缓冲级设计

输出缓冲级主要完成对所产生的振荡信号进行输出，不管是并联谐振晶振电路还是串联谐振晶振电路，它们的带负载能力都不是很强，负载值改变时可能造成振荡器的输

出频率变化，也可能影响振荡器的输出幅度，输出缓冲级的作用就是提高整个振荡器的带负载能力，即使得振荡器的输出特性不受负载影响，或影响较小。

常用的输出缓冲级是在电路的输出端加一射极跟随器，从而提高回路的带负载能力。设计跟随器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数略低于1，带负载能力强，具有较高的电流放大能力，它可以起到阻抗变换和级间隔离的作用，因而可以减小负载对于振荡回路的影响，射极跟随器的典型电路如右图所示。

3. 系统原理图设计

依据各部分的方案设计并结合设计要求，综合考虑各种影响因素，设计系统原理图如下图所示。

图中R1和R2分压为三极管T1提供偏置电压，通过改变Rp1阻值的大小可以改变T1的静态工作点，C1用于在振荡器起振时将R1短路从而可以使振荡器正常振荡，C2、C5组成反馈分压，用于为振荡器提供反馈信号，它们与石英晶振共同构成了电容三点式振荡器电路，此时晶体相当于一等效电感，T2连接成射极跟随器，用于提高系统的带负载能力，RL1、RL2、RL3为三组负载。

二、参数计算

为使所设计的振荡器能够正常的工作，必须对所选电路中的元件参数进行计算，使其满足振荡器正常工作的条件，下面叙述第一级放大管偏置电路元件参数的计算。

正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。

振荡器主电路的静态工作点主要由R1、R2、R4、R5和Rp1决定，将电容断路，得到电路的直流通路如右图所示。

三极管正常工作是时射极电流一般为mA级，基级电流一般为uA级，计算时取射极电流为mA,此时，若三极管的电流放大倍数为100，则基极电流为uA,可以认为基极电流很小，R4上的压降为：

三极管基极和射极之间的压降Ube=0.7V,从而可以得到三极管的基极电压为：

R1、R2主要为三极管提供基极偏置电压，从而有

Ub=Vcc〃R1/(R1+R2)

若取R1=5.6k,则可求得R2=12k,为方便调节，将R2用一12k的电阻和一47k的电位器串联组成。

三、电路调试

1.静态工作点测试 T1 T2 Ube(V) Ucb(V) Vcc(V) 从静态工作点的测试结果看，T1和T2均工作在正常的放大状态，满足振荡器的振荡条件。

2.晶体振荡器输出测试 ∞ 负载（Ω） 输出频率为： 从输出的测试结果看，晶体振荡器已经正常起振，输出为一频率为的稳定正弦波。但由于射极跟随器电路的电阻参数设置过于固定，未连接电位器进行调节，使输出幅度达不到设计所要求的4V。

四、心得体会

本次高频课程设计旨在设计一晶体振荡器，但其原理仍然是三点式振荡器的原理，设计的关键在于电路中元件参数的计算，元件的选择是振荡器能否正常工作的关键，且高频电路的性能受环境的影响因素较大。

通过本次高频电路的课程设计，我有很大的收获，耐性和细致能力得到了提升。在电路板刚刚制作完成时，无法测试出正弦波形，但两级三极管都已正常工作，经过不断地检查校验，终于查出来问题所在——原理图上有一节点未连接，导致印制出来的电路板上亦没有接通，用导线将亮点连接后，便观察到了稳定的正弦波形。

虽然本次设计大家都基本采用同一原理图，但生成的ＰＣＢ图却各有不同，由于我是单独一人采用一种ＰＣＢ图，没有与同学共用，在电路出现问题时也只能自己独立解决，但这恰恰使我发现和解决问题的能力得到了锻炼。