晶体振荡器电路+PCB布线设计指南

AN2867

应用笔记

ST微控制器振荡器电路

设计指南

前言

大多数设计者都熟悉基于Pierce(皮尔斯)栅拓扑结构的振荡器，但很少有人真正了解它是如何工

作的，更遑论如何正确的设计。我们经常看到，在振荡器工作不正常之前，多数人是不愿付出

太多精力来关注振荡器的设计的，而此时产品通常已经量产；许多系统或项目因为它们的晶振

无法正常工作而被推迟部署或运行。情况不应该是如此。在设计阶段，以及产品量产前的阶

段，振荡器应该得到适当的关注。设计者应当避免一场恶梦般的情景：发往外地的产品被大批

量地送回来。

本应用指南介绍了Pierce振荡器的基本知识，并提供一些指导作法来帮助用户如何规划一个好的

振荡器设计，如何确定不同的外部器件的具体参数以及如何为振荡器设计一个良好的印刷电路

板。

在本应用指南的结尾处，有一个简易的晶振及外围器件选型指南，其中为STM32推荐了一些晶

振型号(针对HSE及LSE)，可以帮助用户快速上手。

目录ST微控制器振荡器电路设计指南目录

1石英晶振的特性及模型3

2振荡器原理5

3Pierce振荡器6

4Pierce振荡器设计7

4.1反馈电阻R F7

4.2负载电容C L7

4.3振荡器的增益裕量8

4.4驱动级别DL外部电阻R Ext计算8

4.4.1驱动级别DL计算8

4.4.2另一个驱动级别测量方法9

4.4.3外部电阻R Ext计算 10

4.5启动时间10

4.6晶振的牵引度(Pullability) 10 5挑选晶振及外部器件的简易指南 11 6针对STM32?微控制器的一些推荐晶振 12

6.1HSE部分12

6.1.1推荐的8MHz晶振型号 12

6.1.2推荐的8MHz陶瓷振荡器型号 12

6.2LSE部分12 7关于PCB的提示 13 8结论14

1 石英晶振的特性及模型

石英晶体是一种可将电能和机械能相互转化的压电器件，能量转变发生在共振频率点上。它可用如下模型表示：

图1石英晶体模型

C0：等效电路中与串联臂并接的电容(译注：也叫并电容，静电电容，其值一般仅与晶振的尺寸有关)。

L m：(动态等效电感)代表晶振机械振动的惯性。

C m：(动态等效电容)代表晶振的弹性。

R m：(动态等效电阻)代表电路的损耗。

晶振的阻抗可表示为以下方程(假设R m可以忽略不计)：

图2石英晶振的频域电抗特性

其中F s的是当电抗Z=0时的串联谐频率(译注：它是L m、C m和R m支路的谐振频率)，其表达式如下：

F a是当电抗Z趋于无穷大时的并联谐振频率(译注：它是整个等效电路的谐振频率)，使用等式

(1)，其表达式如下：

在F s到F a的区域即通常所谓的：“并联谐振区”(图2中的阴影部分)，在这一区域晶振工作在并联谐振状态(译注：该区域就是晶振的正常工作区域，F a－F s就是晶振的带宽。带宽越窄，晶振品质因素越高，振荡频率越稳定)。在此区域晶振呈电感特性，从而带来了相当于180 °的相移。其频率F P(或者叫F L:负载频率)表达式如下：

从表达式(4)，我们知道可以通过调节负载电容C L来微调振荡器的频率，这就是为什么晶振制造商在其产品说明书中会指定外部负载电容C L值的原因。通过指定外部负载电容C L值，可以使晶振晶体振荡时达到其标称频率。

下表给出了一个例子来说明如何调整外部参数来达到晶振电路的8MHz标称频率：

表1等效电路参数实例

等效元件数值

R m8?

L m 14.7mH

C m 0.027pF

C0 5.57pF

使用表达式(2)、(3)和(4)，我们可以计算出该晶振的F s、F a及F P：

F s = 7988768Hz，F a = 8008102Hz

如果该晶振的C L为10pF，则其振荡频率为：F P = 7995695Hz。

要使其达到准确的标称振荡频率8MHz，C L应该为4.02pF。

AN2867 振荡器原理2 振荡器原理

振荡器由一个放大器和反馈网络组成，反馈网络起到频率选择的作用。图3通过一个框图来说明振荡器的基本原理。

图3振荡器的基本原理

其中：

● A(f)是放大器部分，给这个闭环系统提供能量以保持其振荡。

● B(f)是反馈通道，它决定了振荡器的频率。

为了起振，Barkhausen条件必须得到满足。即闭环增益应大于1，并且总相移为360°。

为了让振荡器工作，要保证|A(f)|.|B(f)| >> 1。这意味着开环增益应远大于1，到达稳定振荡所需的时间取决于这个开环增益。然而，仅满足以上条件是不够解释为什么晶体振荡器可以开始振荡。为了起振，还需要向其提供启动所需的电能。一般来说，上电的能量瞬变以及噪声可以提供所需的能量。应当注意到，这个启动能量应该足够多，从而能够保证通过触发使振荡器在所需的频率工作。

实际上，在这种条件下的放大器是非常不稳定的，任何干扰进入这种正反馈闭环系统都会使其不稳定并引发振荡启动。干扰可能源于上电，器件禁用/使能的操作以及晶振热噪声等...。同时必须注意到，只有在晶振工作频率范围内的噪声才能被放大，这部分相对于噪声的全部能量来说只是一小部分，这也就是为什么晶体振荡器需要相当长的时间才能启动的原因。

3 Pierce振荡器

皮尔斯振荡器有低功耗、低成本及良好的稳定性等特点，因此常见于通常的应用中。

图4皮尔斯振荡器电路

Inv：内部反向器，作用等同于放大器。

Q：石英或陶瓷晶振。

R F：内部反馈电阻(译注：它的存在使反相器工作在线性区, 从而使其获得增益，作用等同于放大器)。

R Ext：外部限流电阻。

C L1和C L2：两个外部负载电容。

Cs：由于PCB布线及连接等寄生效应引起的等效杂散电容(OSC_IN和OSC_OUT管脚上)。

4 Pierce振荡器设计

在这一节中，将介绍Pierce振荡器各种参数的含义及如何确定这些参数的值，从而使用户熟悉Pierce振荡器的设计。

4.1 反馈电阻R F

在大多数情况下，反馈电阻R F是内嵌在振荡器电路内的(至少在ST的MCU中是如此)。它的作用是通过引入反馈使反向器的功能等同于放大器。Vin和Vout之间增加的反馈电阻使放大器在Vout ＝ Vin时产生偏置，迫使反向器工作在线性区域(图5中阴影区)。该放大器放大了晶振的正常工作区域内的在并联谐振区内的噪声(例如晶振的热噪声)(译注：工作在线性区的反向器等同于一个反向放大器)，从而引发晶振起振。在某些情况下，如果在起振后去掉反馈电阻R F，振荡器仍可以继续正常运转。

图5反向器工作示意图

R F的典型值于下表中给出。

表2频率及对应的反馈电阻参考值

频率反馈电阻范围

32.768kHz 10 至 25M?

1MHz 5 至 10M?

10MHz 1 至 5M?

20MHz 470k?至 5M?

4.2 负载电容C L

负载电容C L是指连接到晶振上的终端电容。C L值取决于外部电容器C L1和C L2，刷电路板上的杂散电容(C s)。C L值由由晶振制造商给出。保证振荡频率精度，主要取决于振荡电路的负载电容与给定的电容值相同，保证振荡频率稳定度主要取决于负载电容保持不变。外部电容器C L1和C L2可用来调整CL，使之达到晶振制造商的标定值。

C L的表达式如下：

C L1和C L2计算实例：

例如，如果C L ＝15pF，并假定C s = 5pF，则有：

即：C L1 = C L2 = 20pF

4.3 振荡器的增益裕量

增益裕量是最重要的参数，它决定振荡器是否能够正常起振，其表达式如下：

其中：

● gm是反向器的跨导，其单位是mA/V(对于高频的情况)或者是μA/V(对于低频的情况，例如

32kHz)。

● g mcrit (g m critical)的值取决于晶振本身的参数。

假定C L1 = C L2，并假定晶振的C L将与制造商给定的值相同，则g mcrit表达式如下：

其中ESR是指晶振的等效串联电阻。

根据Eric Vittoz的理论(译注：具体可参考Eric A. Vittoz et al., "High-Performance Crystal

Oscillator Circuits: Theory and Application", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 23, No. 3, pp. 774-782, Jun. 1988)，放大器和两个外部电容的阻抗对晶振的RLC动态等效电路的电抗有补

偿作用。

基于这一理论，反向器跨导(gm)必须满足：gm > gmcrit 。在这种情况下才满足起振的振荡条

件。为保证可靠的起振，增益裕量的最小值一般设为5。

例如，如果设计一个微控制器的振荡器部分，其gm等于25mA/V。如果所选择的石英晶振(来自FOX公司)的参数如下：

频率 = 8MHz，C0 = 7pF，C L = 10pF，ESR = 80 ?

那么该晶体能否与微控制器配合可靠起振？

让我们来计算g mcrit：

如果据此来计算增益裕量，可得：

此增益裕量远大于起振条件即Gain margin>5，晶振将正常起振。

如果不能满足增益裕量起振条件(即增益裕量Gain margin小于5，晶振无法正常起振)，应尝试选择一种ESR较低或/和C L较低的晶振。

4.4 驱动级别DL外部电阻R Ext计算

这两个参数是相互联系的，这也就是为什么在同一节中描述此二者的原因。

4.4.1 驱动级别DL计算

驱动级别描述了晶振的功耗。晶振的功耗必须限制在某一范围内，否则石英晶体可能会由于过度的机械振动而导致不能正常工作。通常由晶振制造商给出驱动级别的最大值，单位是毫瓦。

超过这个值时，晶振就会受到损害。

驱动级别由下述表达式给出：

其中：

● ESR是指晶振的等效串联电阻(其值由晶振制造商给出)：

● IQ是流过晶振电流的均方根有效值，使用示波器可观测到其波形为正弦波。电流值可使用

峰－峰值(IPP)。当使用电流探头时(如图6)，示波器的量程比例可能需要设置为1mA/1mV。

图6使用电流探头检测晶振驱动电流

如先前所描述，当使用限流电位器调整电流值，可使流过晶振的电流不超过I QMAX均方根有效值(假设流过晶振的电流波形为正弦波)。

I QMAX均方根有效值表达式如下：

因此，流过晶振的电流IPP不应超过I QMAX PP(使用峰－峰值表示)，I QMAX PP表达式如下：

这也就是为什么需要外部电阻R Ext的原因(请参考4.4.3节)。当I Q超过I Qmax PP时，R Ext是必需的，并且R Ext要加入到ESR中去参与计算I Qmax。

4.4.2 另一个驱动级别测量方法

驱动级别可以由下式计算得出：

其中I QRMS是交流电流的均方根有效值。

这个电流可以通过使用小电容(<1pF)分布的示波器探头在放大器的输入端，测量电压变化得到。相对于流经C L1的电流，放大器的输入电流可以忽略不计；因此可以假定经过晶振的电流等于流经C L1的电流。这样在这个点上，电压的均方根有效值与电流的均方根有效值有如下关系：

其中：

● F = 晶体的频率

● ，这里V PP是在C L1端测量电压的峰-峰值

● C tot = C L1 + (C S/2) + C probe

其中：

─C L1是放大器输入端的外部负载电容器

─C S是分布电容

─C probe是探头的电容量

这样，驱动级别可以由下式得出：

DL数值必须超过由晶体厂家提供的驱动级别数值。

4.4.3 外部电阻R Ext计算

这个电阻的作用是限制晶振的驱动级别，并且它与C L2组成一个低通滤波器，以确保振荡器的起振点在基频上，而不是在其他高次谐波频率点上(避免3次，5次，7次谐波频率)。如果晶振的功耗超过晶振制造商的给定值，外部电阻R Ext是必需的，用以避免晶振被过分驱动。如果晶振的功耗小于晶振制造商的给定值，就不推荐使用R Ext了，它的值可以是0?。

对R Ext值的预估可以通过考虑由R Ext和C L2的电压分压R Ext/C L2实现(注意到R Ext和C L2构成了一个分压/滤波器，考虑通带宽度应不小于振荡器频率)，则有R Ext的值等于C L2的电抗：

输入：

● 振荡器频率F = 8MHz

● C L2 = 15pF

得到：R Ext = 1326?

优化R Ext值的方法推荐如下：首先根据前面的介绍确定好C L1和C L2的值，其次使用电位器来代替R Ext，R Ext值可预设为C L2的电抗值。然后调整电位器的值直到它满足晶振驱动级别的需要，此时电位器的值即是C L2值。

注意：在计算完R Ext值后要重新计算Gain margin的值(请参考4.3节)以确保R Ext值对起振条件没有影响。例如，R Ext值的值需要加入到ESR中参与g mcrit的计算，同时要保证g m >>g mcrit

注意：如果RExt值太小，晶振上可能会承担太多的功耗。如果RExt值太大，振荡器起振条件将得不到满足从而无法正常工作。

4.5 启动时间

启动时间是指振荡器启动并达到稳定所需的时间。这个时间受外部C L1和C L2电容影响，同时它随着晶振频率的增加而减少。不同种类的晶振对启动时间影响也很大，石英晶振的启动时间比陶瓷晶振的启动时间长得多。起振失败通常和Gain margin有关，过大或过小的C L1和C L2，以及过大的ESR值均可引起Gain margin不能满足起振条件。

频率为MHz级的晶振的启动时间是毫秒级的。

而32kHz的晶振的启动时间一般要1～5秒。

4.6 晶振的牵引度(Pullability)

晶振的牵引度(译注：也叫可调度)是指工作在正常并联谐振区的晶振频率的变化率。这也用于衡量随负载电容变化而导致的频率变化，负载电容的减少会导致频率的增加，反之负载电容的增加会导致频率的减小。晶振的牵引度表达式如下：

挑选晶振及外部器件的简易指南AN2867

5 挑选晶振及外部器件的简易指南

本节给出了一个挑选合适的晶振及外部器件的简易指南，一共可分为3个主要步骤：

第一步：增益裕量(Gainmargin)计算

(请参考4.3节：振荡器的增益裕量)

● 选择一个晶振(参考MCU的数据手册确定晶振的频率)

● 计算晶振的增益裕量(Gain margin)并检查其是否大于5：

如果Gain margin < 5，说明这不是一个合适的晶振，应当再挑选一个低ESR值和/或低C L值的

晶振，重新第一步。

如果Gain margin > 5，进行第二步。

第二步：外部负载电容的计算

(请参考4.2节：负载电容C L)

计算C L1和C L2的值，并检查标定为该计算值的电容是否能在市场上获得。

● 如果能找到容值为计算值的电容，则晶振可以在期望的频率正常起振。然后转到第三步。

● 如果找不到容值为计算值的电容：

─该应用对频率要求很高，你可使用一个可变电容并将其调整到计算值，然后转到第三步。

─如果对频率的要求不是特别苛刻，选择市场上能获得的电容中容值距计算值最近的电容，然后转到第三步。

第三步：驱动级别及外部电阻的计算

(请参考4.4节：驱动级别DL外部电阻R Ext计算)

● 计算驱动级别DL并检查其是否大于DL crystal：

─如果DL < DL crystal，没必要使用外部电阻，祝贺你，你找到了合适的晶振。

─如果DL > DL crystal，你应该计算R Ext使其确保DL< DL crystal并据此重新计算Gain margin。

如果Gain margin> 5，祝贺你，你找到了合适的晶振。

如果Gain margin< 5，你别无选择，再重新挑选另外一个晶振吧。然后重新回到第一步。

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针对STM32?微控制器的一些推荐晶振

6 针对STM32?微控制器的一些推荐晶振

6.1 HSE部分

6.1.1 推荐的8MHz晶振型号

表3EPSON

型号ESR C L C0增益裕量MA-406 或 MA-505 或 MA-506 (8 MHz)80? 10pF 5pF 137.4 表4HOSONIC ELECTRONIC

型号ESR C L C0增益裕量

HC-49S-8 MHz80? 10pF 7pF 107 表5CTS

型号ESR C L C0增益裕量

MP080A45? 20pF 7pF 75.4 表6Fox

型号ESR C L C0增益裕量

FOXSLF/080-2080? 20pF 7pF 43.1 6.1.2 推荐的8MHz陶瓷振荡器型号

下面是为STM32?推荐的CERALOCK? 陶瓷振荡器型号。数据由Murata(村田)提供及验证。

表7建议条件(消费应用)

型号C L

CSTCE8M00G55-R0 内嵌负载电容 C L1 = C L2 = 33pF

表8建议条件(CAN总线应用)

型号C L

CSTCE8M00G15C**-R0 内嵌负载电容 C L1 = C L2 = 33pF

6.2 LSE部分

对于STM32?的LSE部分，推荐使用CL < 7pF的晶振(译注：过大的CL会导致过大的gmcrit，从

而无法保证足够的增益裕量)。

表9Epson-Toycom

型号ESR C L C0增益裕量

C-2-Type 35k? 6pF 2pF 13.5

C-4-Type 55k? 6pF 2pF 8.5 表10JFVNY

型号ESR C L C0增益裕量

C-2-Type 50k? 6pF 2pF 9.3

C-4-Type 50k? 6pF 2pF 9.3 表11KDS

型号ESR C L C0增益裕量

DMX-26S 80k? 6pF 1.25pF 7

SM-26F 80k? 6pF 1.1pF 7.3

AN2867 关于PCB的提示

7 关于PCB的提示

1. 外部杂散电容和电感要控制在一个尽可能小的范围内，从而避免晶振进入非正常工作模式或

引起起振不正常等问题。

另外，振荡器电路旁边要避免有高频信号经过。

2. 走线长度越短越好。

3. 接地平面用于信号隔离和减少噪声。例如：在晶振的保护环(译注：(Guard ring)，指器件或

走线外围成一圈用于屏蔽干扰的导线环，一般要求理论上没有电流从该导线环上经过)下直

接敷地有助于将晶振和来自其他PCB层的噪声隔离开来。要注意接地平面要紧临晶振但只限

于晶振下面，而不要将此接地平面敷满整个PCB板(见图7)。

4. 像图7所示来布地线是一个好的作法。这种布线方法将振荡器的输入与输出隔离开来，同时

也将振荡器和临近的电路隔离开来。所有的V SS过孔不是直接连到地平面上(除晶振焊盘之

外)，就是连接到终端在C L1和C L2下方的地线上。

5. 在每一对V DD与V SS端口上连接去藕电容来平滑噪声。

图7推荐的晶振布线电路

注意：仅当晶振上的功耗超过晶振制造商给定的值，R EXT才是必需的。否则，R EXT的值应当是0(请参考4.4节：驱动级别DL外部电阻R Ext计算)。

6.即使信号位于板内层丆也不能允许信号线靠近OSC_IN 和OSC_OUT 引脚。在晶体引脚周

围使用接地保护环。在内部或板反面使用接地保护敷铜。

AN2867 结论8 结论

对于振荡器是否能够起振来说，增益裕量是最重要的参数。在针对具体应用选择合适的晶振时，首先要计算增益裕量。第二个重要的参数是根据晶振制造商提供的数据，来选择外部负载电容，这决定了晶振频率的准确性。第三个重要的参数是外部限流电阻用以限制晶振的驱动级别。对于32kHz的振荡器来说，一般不推荐使用外部限流电阻(译注：因为LSE的常见问题是振荡器驱动能力不足而非晶振被过分驱动)。

考虑到晶振设计牵涉到很多参数，使用那些已经量产过的以及已经被验证过的器件和PCB布局、布线，用户可以有效地避免振荡器的意外动作并节省时间。

(完整版)高频电子线路杨霓清答案第三章-正弦波振荡器.doc

思考题与习题 3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什 么？ 解：不正确。因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。若不满足稳定条件，振荡起就不 会回到平衡状态，最终导致停振。 3.4 分析图 3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？ 解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。 3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号 的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ 解：（ 1）起振条件： 振幅起振条件A0 F 1 相位起振条件 A F 2n (2) 平衡条件： 振幅平衡条件AF=1 相位平衡条件 A F 2n （ 3）平衡的稳定条件：（n=0,1, ）（n=0,1,） A 振幅平衡的稳定条件0 U 0 相位平衡的稳定条件Z0 振幅起振条件A0F 1 是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平衡条件AF=1 是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。 相位起振条件和相位平衡条件都是 馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。 A F2n（n=0,1,），它表明反馈是正反 振幅平衡的稳定条件A/U0<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能 保证电路参数发生变化引起 A 、F 变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅 产生变化来保证AF=1 。相位平衡的稳定条件Z /<0 表示振荡回路的相移Z 随频率增大而减小是负斜率。它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变 化来调整 A F = YF Z =0，保证振荡电路处于正反馈。 显然，上述三个条件均与电路参数有关。A是由放大器的参数决定，除于工作点 I

晶体振荡器课程设计

1石英晶体及其特性 (1) 1.1 石英晶体简介............................................... . ... 1.2石英晶体的阻抗频率特性...................................... 1 ... 2晶体管的部工作原理 (3) 3.晶体振荡器电路的类型及其工作原理 (4) 3.1串联型谐振晶体振荡器........................................ 4…??… 3.2并联谐振型晶体振荡器........................................ 6…??… 3.3泛音晶体振荡器................................................ 8 .. 4 确定工作点和回路参数（以皮尔斯电路为例） (10) 4.1主要技术指标 (10) 4.2确定工作点 (10) 4.3交流参数的确定 (11) 5提高振荡器的频率稳定度........................................... 1 2 6.总结 (13) 参考文献：........................................................ 1.4

Word 文档

1石英晶体及其特性 1.1石英晶体简介 石英是矿物质硅石的一种，化学成分是Sio2,形状是呈角锥形的六棱结晶体，具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴，电轴X,机械轴丫光轴Z。石英谐振器中的各种晶片，就是按与各轴不同角度，切割成正方形、长方形、圆形、或棒型的薄片，如图1的AT、BT、CT、DT 等切型。不同切型的晶片振动型式不，性能不同 1.2石英晶体的阻抗频率特性 石英谐振器的电路符号和等效电路如图121。C0称为静态电容，即晶体不振动时两极板间的等效电容，与晶片尺寸有关，一般约为几到几十pF。晶体作机械振动时的惯性以Lq、弹性用Cq振动时因磨擦造成的损耗用Rq来等效，它们的数值与晶片切割方位、形状和大小有关, 一般Lq为10 3102H，Cq为10 410 1pF，Rq 在几一几百欧之间。它

正弦波振荡器设计multisim(DOC)

摘要 自激式振荡器是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅值的交变能量电路。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。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，本次课程设计采用电容三点式振荡器，运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值，得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。 关键词：电容三点式；振荡器；multisim；

目录 1、绪论 (1) 2、方案的确定 (2) 3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 (3) 3.1 反馈振荡器的原理和分析 (3) 3.2. 电容三点式振荡单元 (4) 3.3 电路连接及其参数计算 (5) 4、总体电路设计和仿真分析 (6) 4.1组建仿真电路 (6) 4.2仿真的振荡频率和幅度 (7) 4.3误差分析 (8) 5、心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录 (10) 附录Ⅰ元器件清单 (10) 附录Ⅱ电路总图 (11)

1、绪论 振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持 下去。选频网络则只允许某个特定频率0f能通过，使振荡器产生单一频率的输出。 振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压 U和输入电压i U要相等，这是振幅平衡条件。二是f U和i U必须相位相同，这是相位f 平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。 本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器，电容三点式振荡器，也叫考毕兹振荡器，是自激振荡器的一种，这种电路的优点是输出波形好。电容三点式振荡器是由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。 本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器，要求根据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达到任务书的指标要求，最后撰写课设报告。报告内容按照课设报告文档模版的要求进行，主要包括有关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析等。 主要技术指标：输出频率9 MHz，输出幅度（有效值）≥5V。

高频课设电容三端式振荡器

课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 电容三端式振荡器 初始条件： 电容三端式振荡器原理，Multisim软件 要求完成的主要任务: （1）设计任务 根据电容三端式振荡器的原理，设计电路图，并在multisim软件仿真出波形结果。 （2）设计要求 ①正常工作状况时的波形图； ②起振条件的仿真，要求改变偏置电阻、相位电容和电源电压值，再观察起振波形和振荡电压的变化情况。 时间安排： 1、2014 年11月17 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2014 年11月17 日，查阅相关资料，学习基本原理。 3、2014 年11月18 日至2014 年11月20日，方案选择和电路设计。 4、2014 年11月20 日至2014 年11月21日，电路仿真和设计说明书撰写。 5、2014 年11月23 日上交课程设计报告，同时进行答辩。 课设答疑地点：鉴主13楼电子科学与技术实验室。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要 (1) Abstract (2) 1 克拉泼振荡器原理 (3) 1.1 克拉泼振荡器产生的原因 (3) 1.2 克拉泼振荡器电路分析 (3) 1.3 克拉泼振荡器起振条件 (4) 1.3.1 相位条件 (4) 1.3.2振幅条件 (4) 1.4 克拉泼振荡器的振荡频率 (5) 2 克拉泼振荡器仿真分析 (6) 2.1 正常起振的电路图 (6) 2.2改变偏置电阻的仿真 (7) 2.3改变相位电容的仿真 (8) 2.4改变电源大小的仿真 (8) 3 心得体会 (9) 参考文献 (10)

protel石英晶体振荡器课程设计

题目：基于protel 99的石英晶体 振荡器设计 学生姓名：刘菲 学生学号： 1214030219 系别：电气信息工程学院 专业：通信工程 年级： 12级 任课教师：井田 电气信息工程学院制

基于Protel99的石英晶体振荡器 学生：刘菲 指导老师：井田 电气信息工程学院12级通信工程2班 摘要 Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。想更多地了解PROTEL的软件功能或者下载PROTEL99的试用版，可以在INTERNET上。 石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。 本次实验课设是设计一个简易的石英晶体振荡器，并利用Protel 99 SE对其原理图进行绘制，PCB图制作 关键字：Protel设计；石英晶体振荡；原理图绘制；PCB制作

高频答案第五章

第五章 正弦波振荡器 5－1 把题图5－1所示几个互感反馈振荡器交流等效电路改画成实际电路，并注明变压器的同名端（极性）。 5－9 用相位平衡条件的判断规则说明题5－2所示几个三点振荡器交流等效电路中，哪个电路是正确的（可能振荡），哪个电路是错误的（不可能振荡）。 [解]： （a ）、（b ）、（c ）不能振荡。（d ）、（e ）、（f ）可能振荡，但（e ）应满足 11011C L g = >ωω （f ）应满足11221 1 C L C L > 使0201ωωω<>； （2）332211C L C L C L <<; (3 ) 332211C L C L C L ==; (4 ) 332211C L C L C L >=; (5 ) <11C L ;3322C L C L = (6 ) ;113322C L C L C L << 试问哪个情况可能振荡？等效为哪种类型的振荡器？其振荡频率与个回路的固有频率之间有什么关系？ [解]： （1）、（2）、（4）可能振荡；（3）、（5）、（6）不可能振荡。 （1）321ωωωω<<

数字集成电路(中文)电路设计题

1.在MOS晶体管级设计完成功能为) | (|BE BCD A F 的ＣＭＯＳ静态逻辑门、为了使设计 出的电路具有最小延时提出个MOS晶体管的尺寸比例。 2.分析下图电路功能，并指出其优缺点和可能存在的问题。 图1 3.版图分析题： 图2 参照图2， （a）写出版图对应的逻辑表达式；

（b）画出晶体管级电路图； （c）描述此类电路的特点和主要应用场合。 4.版图分析题： 图3 参照图3， （a）写出版图对应的逻辑表达式 （b）画出晶体管级电路图 5.版图分析题： 图4

参照图4， （a ）写出版图对应的逻辑表达式 （b ）画出晶体管级电路图 6. 逻辑设计题：请分别采用标准CMOS 设计方法、镜像电路设计方法、基于传输门的方法 设计一个两输入的XOR 电路。 7. 分析图5电路工作原理，说明该电路完成什么功能。分析该电路的建立时间、保持时间、 以及clk_q 的时间。 图5 8. 设计两输入CMOS 同或门，要求画出其晶体管电路图。 9. 分析图6，12φφ和为两相时钟，且12φφ超前，分析下面电路工作过程，并说明功能。 1 φ1 2 φ 1 φ2 φN M O S 图6

10. 电路设计题：用CMOS 传输门和反向器设计一个上升沿触发的D 触发器。 11. 使用互补CMOS 电路实现逻辑表达式()()F A B C D B E G =++++，当反相器的 NMOS W/L=2, PMOS W/L=4时输出电阻相同，根据这个确定该网络中各个器件尺寸。 12. 分析下面电路，分析其工作原理，并给出该电路实现的逻辑功能。（给出分析过程） A F B B M2 M3/M4 图2 13 考虑图3， a ． 下面的CMOS 晶体管网络实现什么逻辑功能？反相器的NMOS W/L=2, PMOS W/L=4 时输出电阻相同，根据这个确定该网络中各个器件尺寸。 b ．最初的输入模式是什么，必须采用哪一种输入才能取得最大传输延时？ 考虑在内部节点中的电容的影响。（给出分析过程）

实验 石英晶体振荡器(严选材料)

实验四石英晶体振荡器 一、实验目的 1、熟悉石英晶体振荡器的基本工作原理； 2、掌握静态工作点对晶体振荡器工作的影响。 3、掌握晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的 方法。 二、实验原理 1、电路与工作原理 一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。若将晶体短路,则L1、C2、C3就构成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF，C4=20nF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率f≈6MHz，与晶体工作频率相同。图中，C4是微调电容，用来微调振荡频率 C5是耦合电容，R5是负载电阻。很显然，R5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。 图4-1 晶体振荡器交流通路 2、实验电路

如图4-2所示。1R03、1C02为去耦元件，1C01为旁路电容，并构成共基接法。1W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。1C05为输出耦合电容。1Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。 三、实验内容 1、观察振荡器输出波形，测量振荡频率和振荡电压峰值Vp-p。 2、观察静态工作点等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。 四、实验步骤 （一）模块上电 将晶体振荡器模块⑤，接通电源，此时电源指示灯点亮。 （二）测量晶体振荡器的振荡频率 把示波器接到1P01端，顺时针调整电位器1W01，以改变晶体管静态工作点，读取振荡频率（应为6MHZ）。 （三）观察静态工作点变化对振荡器工作的影响

高频电子线路实验正弦波振荡器

. 太原理工大学现代科技学院 高频电子线路课程实验报告 专业班级信息13-1 学号2013101269 姓名 指导教师颖

实验名称 正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器） 专业班级 信息13-1 学号 2013100 0 成绩 实验2 正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器） 2-1 正弦波振荡器的基本工作原理 振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定的波形的交变振荡能量的装置。 正弦波振荡器在电子领域中有着广泛的应用。在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去。在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生的一个本地振荡信号，送入混频器，才能将高频信号变成中频信号。 振荡器的种类很多。从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。我们只讨论反馈式振荡器。根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器氛围正弦波振荡器和非正弦波振荡器。我们只介绍正弦波振荡器。 常用正弦波振荡器主要是由决定振荡频率的选项网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用的元件不同，正弦波振荡器可以分为LC 振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。 一、反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理 以互感反馈振荡器为例，分析反馈型正弦自激振荡器的基本原理，其原理电路如图2-1所示； 当开关K 接“1”时，信号源Vb 加到晶体管输入端，这就是一个调谐放大器电路，集电极回路得到了一 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

第三章正弦波振荡器习题剖析

第三章 正弦波振荡器习题解 3-5 (a) 不振。不满足正反馈；(b)能振。变压器耦合反馈振荡器；(c)不振。不满足三点式振荡电路的组成法则；(d)能振。当ω1<ωosc <ω2(ω1、ω2分别L 1C 1、L 2C 2谐振频率)，即L 2C 2回路呈感性，L 1C 1回路呈容性，组成电感三点式振荡电路；(e)能振。计入结电容e 'b C ，组成电容三点式振荡电路；(f)能振。 (b) 当ω1、ω2<ωosc (ω1、ω2分别L 1C 1并联谐振回路、L 2C 2串联谐振回路谐振频率)时，L 1C 1回路呈容性，L 2C 2回路呈感性，组成电容三点式振荡电路。 3-6 交流通路如图3-6所示。 (a)、(c)、(f)不振；不满足三点式振荡电路的组成法则；(b)、(d)、(e)、(g)能振。(b)、(d)为电容三点式振荡电路，其中(d)的管子发射结电容e 'b C 成为回路电容之一，(e)为电感三点式振荡电路，(g)LC 1o osc = ω≈ω,电路 同时存在两种反馈。由于LC 串联谐振回路在其谐振频率o ω上呈现最小的阻抗，正反馈最强，因而在o ω上产生振荡。 L 图3-7 C L 2 L 1 T C R C L 1 L 2 M T R E L C 2 C 1 T C L 1 L 2 R D T R E1 R E3 C L R C1 R C2 R T 1 T 2 C 2 C 1 L T (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

3-7 按并联谐振回路相频特性可知：在电感三点式振荡电路中ωo3<ωosc <ωo1、ωo2,在电容三点式振荡电路中ωo1、ωo2<ωosc <ωo3。振荡电路如图3-7所示，图中 1C C 、2C C 、B C 、E C 对交流呈短路。设1B R 、2B R 阻抗较大，对回路影响不大。 3-8 改正后的电路如图3-8所示。 说明，图(c)中可在2B R 两端并联旁路电容B C 。 3-9 图(a)满足正反馈条件，LC 并联回路保证了相——频特性负斜率，因而满足相位稳定条件，电路可振。图(b)不满足正反馈条件，将1T 基极开路，反馈电压f V 比1i V 滞后一个小于 90的相位。图(c)不满足正反馈条件，不振。 3-10 用万用表测量发射极偏置电阻E R 上的直流电压：先使振荡器停振（例如回路线 (a) B C C R B1 R B2 E CC C CC R B1 R B2 (b) (c) (e) (f) (g) R f

晶体管开关电路设计报告

xxx大学 开放性实验报告 （A类） 项目名称：三极管开关电路设计实验室名称：创新实验室 学生姓名：xxxxxxxx

创新实验项目报告书 实验名称 三极管开关电路设计 日期 xxx 姓名 xxx 专业 xxx 一、实验目的（详细指明输入输出） 1.最大开关频率≥10KHz（不加输出负载）； 2.其输出用以控制继电器的通断（输入信号1Hz）； 3.有效输入控制电压Vin≤0.7V 或Vin≥ 4.3V； 4.设计两种开关电路：高电平饱和导通、低电平饱和导通。 二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页) 晶体管开关电路可以有两种，分别是共射开关电路，共集电极开关电路。 共射开关电路的NPN 型晶体管电路如下图所示： 当V IN >V ON 时，晶体管基极-发射极导通，有电流流过集电极，又晶体管发射 级接地，晶体管工作在饱和区，流过集电极电流很大，V CE 很小，相当于把集电 极-发射极的一个“开关”闭合了一样，从而形成开关动作； 共集电极开关电路的NPN 型晶体管电路如下图所示： 当V BE >V ON 时，晶体管基极-发射极导通，有电流流过集电极和发射极，此时 将信号从发射极电阻取出，可以得到总比基极电压小0.7V 的电压值，于是，当基极输入标准的TTL 电平的时候，NPN 共集电极开关电路从集电极可以得到0.7V 和5V 的电压。还有一点，由于共集电极晶体管电路输出电压同输入电压同向，可以消除米勒效应的影响，因此共集电极开关电路的开关频率大大优于共射极

开关电路。 综上，我们本次试验选择共集电极开关电路作为实验电路。 三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细） a)确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图。 由于手头上只有8050和8550型晶体管，而此次开关电路设计要求对晶体管并不苛刻，因此直接拿8050和8550作为本次试验所用的晶体管。 原理图如下图所示： b)在仿真软件上进行仿真。 按照原理图搭建仿真电路，仿真结果如下图所示： 仿真结果中，输入5V正弦波给予2.5V偏置以便观察共集开关电路的特性。在仿真结果中可以看到，当输入电压大于4.4V时，管子基极-发射极关断，从射极电阻取出的电压直接为V ——在这里为5V。 CC c)按照电路原理图焊接电路板。

实验2 正弦波振荡器(LC振

实验2 正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器） 一．实验目的 1.掌握电容三点式LC振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2.掌握LC振荡器幅频特性的测量方法； 3.熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响； 4.了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。二．实验内容 1.用示波器观察LC振荡器和晶体振荡器输出波形，测量振荡器输出电压峰-峰值，并以频率计测量振荡频率； 2.测量LC振荡器的幅频特性； 3.测量电源电压变化对振荡器的影响； 4.观察并测量静态工作点变化对晶体振荡器工作的影响。 三．实验步骤 1.实验准备 插装好LC振荡器和晶体振荡器模块，接通实验箱电源，按下模块上电源开关，此时模块上电源指示灯点亮。 2.LC 振荡实验（为防止晶体振荡器对LC振荡器的影响，应使晶振停振，即将3W03顺时针调到底。） （1）西勒振荡电路幅频特性的测量 3K01拨至LC振荡器，示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3P02。调整电位器3W02，使输出最大。开关3K05拨至“P”，此时振荡电路为西勒电路。四位拨动开关3SW01分别控制3C06（10P）、3C07（50P）、3C08（100P）、3C09（200P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如开关“1”、“2”往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表2-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰-峰值V P-P），并将测量结果记于表中。 表2-1 根据所测数据，分析振荡频率与电容变化有何关系，输出幅度与振荡频率有何关系，并

(完整)高频课程设计_LC振荡器_西勒

高频电子线路课程设计报告设计题目：LC正弦波振荡器的设计 2014年1月10日

目录 一、设计任务与要求 (1) 二、设计方案 (1) 2.1电感反馈式三端振荡器 (1) 2.2电容反馈式三端振荡器 (2) 2.3克拉波电路振荡器 (3) 2.4西勒电路振荡器 (4) 三、设计内容 (5) 3.1LC振荡器的基本工作原理................................................ . (5) 3.2西勒电路原理图及分析 (6) 3.2.1振荡原理 (7) 3.2.2静态工作点的设置 (7) 3.3西勒振荡器原理图 (8) 3.4 仿真结果与分析 (8) 3.4.1软件简介 (8) 3.4.2进行仿真 (9) 3.4.3仿真结果分析 (11) 四、总结 (11) 五、主要参考文献 (13)

一、设计任务与要求 在本课程设计中，为了熟悉《高频电子线路》课程，着眼于LC正弦波振荡器的分析和研究。通过对电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）、电容反馈式三端振荡器（考毕兹振荡器）以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）的分析、对比和讨论，以达到课程设计的目的和要求。在课程设计中，为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我选用的仿真软件是Multisim11.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。 本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号，输出频率可调范围为10~20MHz。本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。 二、设计方案 通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路和西勒电路）等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。由所学知识可知，西勒电路具有该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，频率调节方便，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用并联改进型的西勒电路振荡器。 下面对几种振荡器进行分析论证： 2.1电感反馈式三端振荡器 电感三点式振荡器又称哈特莱振荡器，其原理电路如图所示:

第三章 正弦波振荡器习题解答

3-1 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什么？ 解：否。因为满足起振与平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素(T 、V CC )变化时，平衡条件受到破坏，若不满足稳定条件，振荡器不能回到平衡状态，导致停振。 3-2 一反馈振荡器，欲减小因温度变化而使平衡条件受到破坏，从而引起振荡振幅和振荡频率的变化，应增大 i osc )(V T ??ω和ω ω???) (T ，为什么？试描述如何通过自身调节建立新平衡状态的过程（振幅和相位）。 解：由振荡稳定条件知： 振幅稳定条件： 0) (iA i osc

3-5 试判断下图所示交流通路中，哪些可能产生振荡，哪些不能产生振荡。若能产生振荡，则说明属于哪种振荡电路。 解： (a) 不振。同名端接反，不满足正反馈； (b) 能振。变压器耦合反馈振荡器；

三极管放大电路课程设计

三极管放大电路课程设计 (电子1202班杨云鹏0121209330224) 参考资料：《晶体管电路设计》【日】铃木雅臣著 《电子设计从零开始》 9013的相关介绍: 9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管. 主要 用于低频放大与电子开关。 参数： 结构 NPN 材料与极性：SI-NPN 引脚：1 发射极2 基极3 集电 极。集电极发射极电压25V; 集电极基极电压45V ;发射极基极电压 5V ;集电极电流Ic Max 0.5A; 耗散功率0.625W ;工作温度-55℃ +150℃;特征频率150MHz。 课题要求：设计电压放大倍数为100倍的三极管放大电路；并且能够带动8欧和4千欧的负载。 电路设计：用2个9013三极管和一个8050pnp型三极管，前一个作为共射放大电路，放大倍数为50dB，但空载时输出电阻太大，无法带动负载为8欧的喇叭，所以后面加一个推挽型射极跟随器，不会降低放大倍数，但可使空载时输出电阻变的很小一般为几欧到十几欧，可带动8欧的喇叭。

电路设计图： 电路仿真输入输出波形： 实际测量：

出现故障及解决方法 1，在仿真的时候，出现了输出信号饱和失真和截止失真、增益不够、波形变形以及不能带动小负载的现象。解决方法：通过改变rc与re以及偏执电阻的阻值来不断的计算和调整，并加上了推挽式跟随器。最终得到了符合的波形 总结 在设计这次的BJT放大电路的过程中，我较熟练地运用了模电中的三极管放大，射极跟随器，推挽型射极跟随器以及差分放大电路和负反馈等知识。但是设计出的实物与实验要求相比还有比较大的差距。4千欧负载时三极管放大增益较符合，但是8欧的负载时信号衰减过大，不能符合设计要求。在不断地探索与试验中更深的理解了三极管放大电路中各电阻阻值变化对增益的影响。在今后学习中需再接再厉，并吸取这次的经验与教训。

通信电子线路课程设计报告——电感三点式正弦波振荡器

课程设计报告 课题名称_____通信电子线路课程设计_ 学院电子信息学院 专业 班级 学号 姓名 指导教师

目录 摘要 ............................................................................................ I 1绪论.. (1) 2正弦波振荡器 (2) 2.1 反馈振荡器产生振荡的原因及其工作原理 (2) 2.2平衡条件 (3) 2.3起振条件 (3) 2.4稳定条件 (4) 3电感三点式振荡器 (5) 3.1三点式振荡器的组成原则 (5) 3.2电感三点式振荡器 (5) 3.3 振荡器设计的模块分析 (6) 4 仿真与制作 (10) 4.1仿真. (10) 4.2分析调试 (12) 5 心得体会...................................13= 参考文献 (14)

摘要 反馈振荡器是一种常用的正弦波振荡器，主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。本文介绍了高频电感三点式振荡器电路的原理及设计，电感三点式容易起振，调整频率方便，变电容而不影响反馈系数。 正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、fT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开正弦波振荡器。根据所产生的波形不同，可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波，后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。 本文将简单介绍一种利用一款名为Multisim 11.0的软件作为电路设计的仿真软件，电容电感以及其他电子器件构成的高频电感三点式正弦波振荡器。电路中采用了晶体三极管作为电路的放大器，电路的额定电源电压为5.0 V，电流为1~3 mA，电路可输出输出频率为8 MHz（该频率具有较大的变化范围）。 关键词：高频、电感、振荡器

高频实验2：LC与晶体振荡器

实验二：LC与晶体振荡器 一．实验目的 1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。 2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能。 3．熟悉静态工作点IEQ对振荡器振荡幅度和频率的影响。 4．熟悉LC谐振回路的电容变化对振荡器振荡频率的影响。 二．实验预习要求 1．做本实验时应具备的知识点： * 三点式LC振荡器 * 克拉泼电路 * 静态工作点值对振荡器工作的影响 2．做本实验时所用到的仪器： * LC与晶体振荡模块实验板 * 双踪示波器 * 频率计 * 万用表 三．实验电路原理 1．概述 ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。 在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。 2．LC振荡器的起振条件 一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振、平衡条件和相位平衡条件。 3．C振荡器的频率稳定度 频率稳定度表示：在一定时间、或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；Δf０为振荡频率的频率误差，Δf０＝f０２－f０１；f０２和f０１为不同时刻的f０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。 4、LC振荡器的调整和参数选择 以实验采用的改进型电容三点振荡电路（西勃电路）为例 （1）静态工作点的调整 合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路，如实验电路图１２－１所示。

lc压控振荡器实验报告doc

lc压控振荡器实验报告 篇一：实验2 振荡器实验 实验二振荡器 （A）三点式正弦波振荡器 一、实验目的 1. 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。 2. 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。 3. 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。 二、实验内容 1. 熟悉振荡器模块各元件及其作用。 2. 进行LC振荡器波段工作研究。 3. 研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。 4. 测试LC振荡器的频率稳定度。 三、基本原理 图6-1 正弦波振荡器（4.5MHz） 【电路连接】将开关S2的1拨上2拨下， S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振 荡频率。振荡频率可调范围为：

?3.9799?M??f0??? ? ?4.7079?M? CCI?25p CCI? 5p 调节电容CCI，使振荡器的频率约为4.5MHz 。振荡电路反馈系数: F= C1356 ??0.12 C20470 振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。 四、实验步骤 根据图6-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。 1. 调整静态工作点，观察振荡情况。 1）将开关S2全拨下，S1全拨下，使振荡电路停振 调节上偏置电位器RA1，用数字万用表测量R10两端的静态直流电压UEQ(即测量振荡管的发射极对地电压UEQ)，使其为5.0V(或稍小，以振荡信号不失真为准)，这时表明振荡管的静态工作点电流IEQ=5.0mA（即调节W1使

高频课程设计_LC振荡器_克拉泼.(DOC)

高频电子线路课程设计报告设计题目：高频正弦信号发生器 2015年 1月 6 日

目录 一、设计任务与要求 (1) 二、设计方案 (1) 2.1电感反馈式三端振荡器 (2) 2.2电容反馈式三端振荡器 (2) 2.3克拉波电路振荡器 (6) 三、设计内容 (8) 3.1LC振荡器的基本工作原理 (8) 3.2克拉泼电路原理图 (9) 3.2.1振荡原理 (9) 3.3克拉泼振荡器仿真 (10) 3.4.1软件简介 (10) 3.4.2进行仿真 (10) 3.4.3电容参数改变对波形的影响 (11) 四、总结 (17) 五、主要参考文献 (18) 六、附录.................................................................................... .. (18)

一、设计任务与要求 为了熟悉《高频电子线路》课程中所学到的知识，在本课程设计中，我和队友（石鹏涛、甘文鹏）对LC正弦波振荡器进行了分析和研究。通过对几种常见的振荡器（电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器、改进型电容反馈式振荡器）进行分析论证，我们最终选择了克拉泼振荡器。 在本次课程设计中，设计要求产生10～20Mhz的振荡频率。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。然后通过所学的高频知识进行初步设计，由于受实践条件的限制，在设计好后，我利用了模拟软件进行了仿真与分析。为了学习Multisim软件的使用，以及锻炼电子仿真的能力，我们选用的仿真软件是Multisim11.0版本，该软件提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图和文件管理功能。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。 最后我们利用了仿真软件对电路进行了一写的仿真分析，如改变电容的参数，分析对电路产生的影响等，再考虑输出频率和振幅的稳定性，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 二：设计方案 通过学习高频电子线路的相关知识，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器（克拉波电路）等。通过老师所讲和查阅相关资料可知，克拉泼振荡电路具有该电路频率稳定性非常高，振幅稳定，适合做波段振荡器等优点。所以在本设计中拟采用改进型电容反馈式--克拉泼电路振荡器。 下面对几种振荡器进行分析论证： 2.1电感反馈式三端振荡器

高频电子线路杨霓清答案第三章正弦波振荡器汇总

思考题与习题 3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什 么？ 解：不正确。因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。若不满足稳定条件，振荡起就不会回到

平衡状态，最终导致停振。 3.4 分析图3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？ 解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路 的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。 3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号 的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ 解：（1） 起振条件： 振幅起振条件 01A F > 相位起振条件 2A F n ??π+=（n=0,1,…） (2) 平衡条件： 振幅平衡条件 AF=1 相位平衡条件2A F n ??π+=（n=0,1,…） （3） 平衡的稳定条件： 振幅平衡的稳定条件 0A U ?是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平 衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。 相位起振条件和相位平衡条件都是2A F n ??π+=（n=0,1,…），它表明反馈是正反馈，是 构成反馈型振荡器的必要条件。 振幅平衡的稳定条件A ?/0U ?<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电 路参数发生变化引起A 、F 变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。相位平衡的稳定条件Z ??/ω?<0表示振荡回路的相移Z ?随频率增大而减小是负斜率。它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整A F ??+=YF Z ??+=0，保证振荡电路处于正反馈。 显然，上述三个条件均与电路参数有关。0A 是由放大器的参数决定，除于工作点eQ I 有关外，还与晶体管的参数有关，而反馈系数F 是由反馈元件的参数值有关。对电容三点式与反馈电容1C 、2C 有关，对于电感三点式与反馈电感有关。 3.8 反馈型LC 振荡器从起振到平衡，放大器的工作状态是怎样变化的？它与电路的哪些参 数有关？

晶体振荡器的设计.

1.课程设计的目的 (3) 2.课程设计的内容 (3) 3.课程设计原理 (3) 4.课程设计的步骤或计算 (5) 5.课程设计的结果与结论 (11) 6.参考文献 (16)

一、设计的目的 设计一个晶振频率为20MHz，输出信号幅度≥5V（峰-峰值），可调的晶体振荡器 二、设计的内容 本次课程设计要求振荡器的输出频率为20Mhz，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。通过ORCAD 的设计与仿真，Protel绘制PCB版图，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 三、设计原理 1．振荡器的概述 在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路，这种电子线路就是振荡器。 振荡器是一种能量转换器，它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。 振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC振荡器﹑晶体振荡器﹑RC振荡器等。 2．振荡器的振荡条件 反馈型振荡器的原理框图如下：

图1.1 反馈型振荡器的原理框图 如图1，放大器的电压放大倍数为K(s)，反馈网络的电压反馈系数为F(s)，则闭环电压放大倍数Ku(s)的表达式为[1]： K u (s)= ) () (s Us s Uo ( 1—1) 由 K(s)= ) () (s Ui s Uo (1—2) F(s)=) ()(s Uo s i U ' (1—3) U i(s)=U s (s)+)(s i U ' (1—4) 得 K u (s)= )()(1)(s F s K s K -=) (1) (s T s K - (1—5) 其中T(s)=K(s)F(s)= ) () (s Ui s i U ' (1—6) 称为反馈系统的环路增益。用s=j ω带入就得到稳态下的传输系数和环路增益。由式(1—5)可知，若在某一频率ω=ω1上T(j ω)，Ku （j ω）将趋近于无穷大，这表明即使没有外加信号，也可以维持振荡输出。因此自激振荡的条件就是环路增益为1，即 T(j ω)=K(j ω)F((j ω)=1 (1—7) 通常称为振荡器的平衡条件。 由式(1—6)还可知|T(j ω)|>1，|)(ωj i U '|>|Ui (j ω)|,形成增幅振荡。 |T(j ω)|<1, |)(ωj i U '|<|Ui (j ω)|,形成减幅振荡。 综上，正弦波振荡器的平衡条件为： T(j ω)=K(j ω)F((j ω)=1 也可表示为|T(j ω)|=KF=1 (1—8a)