● 沈阳工程学院 张 倩

在广播、通信和电视系统中，都需要高频信号振荡器，广泛应用于无线电发射、超声波焊接和核磁共振等设备中。振荡器是一种波形产生电路，能将直流能量转换为具有一定频率的交流电信号输出。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。振荡器的分类方法有很多，按振荡激励的方式可分为自激型振荡器、他激型振荡器；按电路结构可分为阻容式振荡器、电感电容式振荡器等；按照选频网络所采用元件的不同，可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。

本文应用Multisim软件对由LC振荡电路构成的电感三点式振荡电路进行了原理分析和仿真设计。

1 振荡电路仿真设计

电感三点式振荡器是指LC回路的3个端点与晶体管的3个电极分别连接而组成的一种振荡器,是一种广泛应用的振荡电路，其工作频率可达到几百兆赫。电感三点式正弦振荡电路框图如图1所示。振荡电路主要由放大器、LC选频网络和正反馈网络等部分组成。振荡的建立，需要满足振荡的建立条件，包括振幅平衡条件和相位平衡条件。需要采用稳幅措施，才能使由正反馈产生的输出基本上恒定，即振荡的平衡条件。

图1 电感三点式正弦振荡电路框图

电感三点式正弦振荡电路输出波形从三极管T的集电极取出，电感L1、电感L2和电容C2构成LC选频网络。三极管T用来放大输入端交流信号，R1、R2是以分压的形式为BJT提供基极偏压，使三极管获得稳定的静态工作点，构成共射极放大电路，其中C1、C3为交流旁路电容。Multisim电感三点式正弦振荡电路图如图2所示。这种LC并联谐振电路中的电感，有首端、中间端和尾端。反馈电压取自电感L2上末端电压，形成正反馈网络。电源Ec接通后，由于电路中存在噪声和某种扰动，经过放大与选频循环往复，振荡就逐步建立起来了。三极管的各级电流从零逐渐增大到某一数值，LC振荡电路会进行选频，从而在回路两端会感生出正弦波输出信号，然后电压经过互感耦合正反馈到晶体管的基极回路，在进行放大、选频、反馈、再放大，使小的振荡信号增长起来，这时振荡已经建立。实验中应选用放大倍数较大的三极管。

图2 Multisim电感三点式正弦振荡电路

2 LC谐振的建立与保持

电感三点式振荡电路中有一个LC谐振回路，用来产生高频振荡信号，一般在1MHz以上，具有选频作用。当LC谐振回路的固有频率与某一谐振频率相等时，电路发生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出。振荡频率近似为：

其中M为L1、L2的互感系数。

电感三点式起振需要满足的起振条件，即要满足A（jω）F（jω）＞1，振幅条件和相位条件。 振幅条件，由于 AV较大，只要适当选取L2/L1的比值，就可实现起振。相位条件，三极管T的集电极输出相位与基极输入相位相反，又由于电感中间点交流接地，所以L2电感下端与L1上端相位相反，即基极输入和反馈回来信号的相位相同，构成正反馈。为了使振荡稳定下来电路需要满足平衡条件，即A(jω)F(jω)=1。当输出增大到一定程度时，导致晶体管即将进入非线性饱和区域，在发射级e上产生自给射级偏压形成负反馈，使放大器的静态工作点下移，最后达到平衡，此时振荡幅度不再增大。一个实际的振荡电路，在反馈系数确定后，其振幅增加的主要是靠提高振荡管的静态电流值和选择合适的β晶体管。

3 波形与结果

用示波器测量电感三点式振荡器产生的正弦波波形，频率高、失真度低、电压稳定，符合正弦波信号产生电路的设计要求，正弦振荡电路输出波形如图3所示。

调整LC选频回路的电容和电感值，可以改变振荡电路的输出信号频率，调整放大电路基本参数可以改变输出信号振幅。当带负载工作后，波形基本无失真，说明该电路具有较强的带负载能力，设计合理，仿真结果正确。可以与信号处理电路配合，作为信号发生装置应用于电子通信设备中。

图3 正弦振荡电路输出波形

智能电气量测与应用技术湖南省重点实验室

1 实验室组建的必要性

智能电气量测与应用技术湖南省重点实验室成立于2017年8月，在为解决当前能源安全和可持续发展面临的严重挑战，进行智能电气量测前沿理论研究、新技术新产品研发十分必要和紧迫的时代背景下而建立。它为特高压入湘、智能化变电站、分布式能源、电动汽车的发展提供重要技术支撑。

2 实验室基础条件

实验室由国网湖南供电服务中心（计量中心）和湖南大学联合组建。占地42亩，建筑面积2.5万平方米，实验设备投资2.4亿元。具有完善的实验能力，拥有电磁兼容、气候影响、电气性能等全方位、全覆盖的高水平实验室。建成国内首条模块检测流水线、国网系统首个微型断路器试验室、华中地区第二大电波暗室、省内首个RFID电子标签检测实验室等一批特色实验室。研发了国际领先的全自动智能检定与仓储一体化系统。

实验室取得了一批领先的科技成果。承担了《基于云平台和RFID实现闭环模式下智能表全寿命周期管理关键技术研究及成套设备研制》等国家级、省部级科研项目134项。出版国内首部电子表著作《电能计量技能考核培训教材》等专著16部、发表SCI、EI等科技论文200余篇、主持或参与编写《电能表检测抽样要求》等标准27项、申请《电能表用内置负荷开关可靠性评估试验方法》等国家专利89项。荣获国家级、省部级等各层级科技奖励47项。

3 实验室研究任务与目标

实验室将“智能电能计量技术、智能检定检测技术、计量远程监测与智能诊断技术、用电信息获取及互动技术”等4个新兴交叉学科前沿作为重点研究方向。通过以上4个方向的研究，实现实验室发展总体目标：建成一个硬件设施齐全、科研实力雄厚、研究成果优异、技术转化有力的开放型重点实验室；将实验室打造成湖南省重要的自主创新研发平台、科研成果转化平台、人才培养聚集平台、学术交流开发平台。