克拉泼改进型电容三点式振荡器

目录

前言 .............................................................. 1 工程概况 .......................................................... 1 正文 .............................................................. 1 3.1设计的目的和意义 ............................................... 1 3.1.1设计目的 .................................................... 1 3.1.2设计意义 .................................................... 1 3.2克拉泼电容三点式振荡电路的基本原理 ............................. 1 3.2.1 振荡器组成原则 .............................................. 1 3.3.2改进型电容三点式（克拉泼振荡器）的由来 ....................... 2 3.2.3 克拉泼振荡器的电路分析 ...................................... 2 3.2.4克拉泼振荡器的起振条件 ....................................... 3 3.2.5克拉泼振荡器的振荡频率 ....................................... 3 3.2.6克拉泼振荡器的电容参数影响 ................................... 4 3.3设计方法和内容 ................................................. 5 3.3.1电容三点式和改进型电容三点式仿真比较 ......................... 5 3.3.2克拉泼振荡器电容参数改变对波形的影响 ......................... 6 3.5结论 .......................................................... 7 致谢 .............................................................. 7 参考文献 .......................................................... 8

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前言

振荡器用于产生一定频率和幅度的信号，它不需要外加输入信号的控制，就能自动的将直流电能转化为所需要的交流能量输出。振荡器的种类很多，根据产生振荡波形的不同，可分为正弦波振荡器和非正弦波震荡器。正弦波振荡器从组成原理来看，可分为反馈振荡器和负阻振荡器。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。以LC谐振回路作为选频网络的反馈振荡器称为LC正弦振荡器。三点式振荡器属于LC振荡器的一种，由于电容三点式频率调节不便引起电路工作性能的不稳定使该电路只适宜产生固定频率的振荡，所以选择了改进型电容三点式（克拉泼电路），即在电容三点式电路的基础上，在谐振回路的电感支路上串联一个可调电容。此次设计的电路是建立在反馈电路基础之上的，在熟悉了改进型电容三点式的原理下，对电路进行仿真，由输出波形比较它们的不同，最后得出可调电容的值越大，振荡频率稳定度越高。振荡器在现代科学技术领域有着广泛的应用，例如，在无线电通信、广播、电视设备中来产生所需要的载波和本机振荡信号；在电子测量仪器中用来产生各种频段的正弦信号。

工程概况

此次课程设计是在multisim软件下对改进型电容三点式克拉泼电路的输出波形进行仿真。由于振荡器的种类很多，适用的范围也不相同，但它们的基本原理都是相同的，都由放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。本次课程设计要求振荡器的输出频率为10Mhz，属于高频范围。所以选择LC振荡器作为参考对象，再考虑输出频率和振幅的稳定性，最终选择了克拉泼振荡器。此次可设用了两周的时间，对改进型电容三点式克拉泼电路进行仿真，发现了克拉泼电路的优缺点。

正文

3.1设计的目的和意义

3.1.1设计目的

熟悉multisim软件，运用软件里的一些元器件连接电路图，完成课程设计：改变型电容三点式（克拉泼电路）设计仿真。

1.对改进型电容三点式（克拉泼电路）进行输出波形仿真，并分析。 3.调节可变电容的值，观察输出波形的变化，并与实际理论值进行比较。 3.1.2设计意义

设计的改进型电容三点式电路克服了电容三点式电路的频率高的缺点，在实际应用中的范围更加广泛。

3.2克拉泼电容三点式振荡电路的基本原理

3.2.1 振荡器组成原则

振荡器LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接构成的电路即为三点式振荡器，如图所示：

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图3-1三点震荡器一般形式

三点式LC正弦波振荡器的组成法则是：与晶体管发射极相连的两个电抗元件应为同性质的电抗，而与晶体管集电极—基极相连的电抗元件应与前者性质相反。也就是说上图中

Zbe、Zce与Zbc的性质必须相反振荡器才能起振。

3.3.2改进型电容三点式（克拉泼振荡器）的由来

在电容三点式电路中，要减小极间电容在回路总电容中的比重，可以采用部分接入的方法。一种电容三点式振荡器的改进型电路——克拉泼振荡器就是从这一点出发得到的。在电容三点式振荡器电路的回路中仅多加一个与C1、C2相串联的电容C3即构成了克拉泼振荡器。

3.2.3 克拉泼振荡器的电路分析

???

(a) 实际电路 (b)交流通路

图3-2 克拉泼振荡器原理图

图1（a）和（b）分别是克拉泼振荡器的实际电路和相应的交流通路。由图3-2（a）可

C3相串联的电容C3。知，克拉泼电路与电容三点式电路的差别，仅在回路中多加一个与C1、

通常C3取值较小，满足C3??C1，C3??C2，回路总电容主要取决于C3。而回路中的不

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稳定电容主要是三极管的极间电容Cce、Cbe、Ccb，它们又都直接并接在C1、C2上，不影响C3值，结果是减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响，而且C3越小，这种影响就越小，环路增益就越小，回路标准性就越高。实际情况下，克拉泼电路的频稳度大体上比电容三点式电路高一个量级，达10?4~10?5。

3.2.4克拉泼振荡器的起振条件

（a）克拉泼电路 （b）开环电路

图3-3克拉泼电路及其开环电路

在如图（a）所示的克拉泼电路中，L、C3的串联支路呈感性，符合三点式电路的组成法则，即与发射极连接的为C1和C2，而不与发射极连接的为感性电抗。该电路满足相位平衡条件。在×处断开，可以得到如图（b）所示的开环电路。它的反馈网络的反馈系数保持

?)，C2??C2?Cb?e，不同的仅是RL?(?RL//Re0)需要通过C3不变，仍为n?C1/(C1?C2?/(C1?C2?))的电容分压网路折算到集电极上，折算后的数值为n2RL?（或和C1,2(?C1C22?/n2?）gLgL，其中n2?C3/(C3?C1,2)。因此，该电路的振幅起振条件为

2gmgL/n?n2gi其中，gi?1re。

'22n?1

3.2.5克拉泼振荡器的振荡频率

克拉泼振荡电路是在电容三点式振荡电路的基础上，采用L和C3的串联电路代替原来的L而构成的。由图3-2（b）可知，在工作频率上，L与C3串联支路应等效为一个电感，

C1和C2以及并接在C1，C2上的Cce，Cbe只是整个回路电容的一部分，晶体管以部分接入

的方式与回路联接，这样就减弱了晶体管与回路的耦合。由于C3??C1，C3??C2，因而

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回路总电容近似等于C3，振荡器的振荡频率?osc为

?OSC?1LC?1LC3

C?1111??C1?CceC2?CbeC3?C3

显然，管子的结电容对?osc的影响是很小的，而且C3越小，结电容对振荡频率的影响就越小。但是，由于C1，C2只是整个振荡回路的一部分，晶体管是以部分接入的方式与回

Ube?C1路连接，减弱了晶体管与回路之间的耦合。而晶体管的电压反馈系数为：F?。

UceC2?: 如果设回路L两端的等效负载为RL，则折合到集电极回路作为集电极负载电阻RL?C????3?RL?p2RL RL?C1?2'p为回路总阻抗反映到管子ce端的接入系数，其值为

C2C3C2?C3?C3p?C2C3C1C1?C2?C3

?也减小，从而导致放大倍数下降，会影响起振条件。 可见C3减小RL?变化，由于通过改变C3来改变振荡频率的同时会影响负载电阻RL进而影响振荡器的性

能，故克拉泼振荡器不适合用作频率可变振荡器。

3.2.6克拉泼振荡器的电容参数影响

如图3-2（a）所示，在电容三点式振荡电路中接入C3后，虽然振荡器的反馈系数不变，

?(?RL//Re0)折算到振荡管集基极间的数值（设为RL?）减小，但是接在AB两端的电阻RL其值为

2C3)'2''' RL?n2RL?(RL

?C3C1,2式中，C1,2是C1、C2和包括各极间电容在内的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小。显然，C3越小，环路增益就越小。可知，在这种振荡电路中，减小C3来可

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