實訓報告：正弦波振蕩器設計multisim

1、正弦波振蕩器設計高頻電路（實訓）報告項目：正弦波振蕩器仿真設計班級：2014級應電2班 姓名： 周杰 學號： 1405220132 摘 要自激式振蕩器是在無需外加激勵信號的情況下，能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻率和一定幅值的交變能量電路。正弦波振蕩器的作用是產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、幅度不變的正弦波輸出?；陬l率穩(wěn)定、反饋系數(shù)、輸出波形、起振等因素的綜合考慮，本次課程設計采用電容三點式振蕩器，運用multisim軟件進行仿真。根據(jù)靜態(tài)工作點計算出回路的電容電感取值，得出輸出頻率與輸出幅度有效值以達到任務書的要求。 關(guān)鍵詞：電容三點式；振蕩器；multisim；目 錄1、緒論12、方案的確定23、工

2、作原理、硬件電路的設計和參數(shù)的計算33.1 反饋振蕩器的原理和分析33.2. 電容三點式振蕩單元43.3 電路連接及其參數(shù)計算54、總體電路設計和仿真分析64.1組建仿真電路64.2仿真的振蕩頻率和幅度75、參數(shù)調(diào)整對比/結(jié)論9附錄10附錄元器件清單10附錄電路總圖11171、簡介振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。一個振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡。放大器能對振蕩器輸入端所加的輸入信號予以放大使輸出信號保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻

3、網(wǎng)絡則只允許某個特定頻率 能通過，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個條件決定的；一個是反饋電壓 和輸入電壓 要相等，這是振幅平衡條件。二是 和 必須相位相同，這是相位平衡條件，也就是說必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。本次課程設計我設計的是電容反饋三點式振蕩器， 電容三點式振蕩器，也叫考畢茲振蕩器，是自激振蕩器的一種，這種電路的優(yōu)點是輸出波形好。電容三點式振蕩器是由串聯(lián)電容與電感回路及正反饋放大器組成。因振蕩回路兩串聯(lián)電容的三個端點與振蕩管三個管腳分別相接而得名。本

4、課題旨在根據(jù)已有的知識及搜集資料設計一個正弦波振蕩器，要求根據(jù)給定參數(shù)設計電路，并利用multisim仿真軟件進行仿真驗證，達到任務書的指標要求，最后撰寫課設報告。報告內(nèi)容按照課設報告文檔模版的要求進行，主要包括有關(guān)理論知識介紹，電路設計過程，仿真及結(jié)果分析等。主要技術(shù)指標：輸出頻率9 MHz，輸出幅度（有效值）5V。2、方案的確定正弦波振蕩器分為LC振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類型。其中LC和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波，RC振蕩器用于產(chǎn)生低頻正弦波。LC振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，由晶體管等有源器件和具有選頻作用的無源網(wǎng)絡及反饋網(wǎng)絡組成LC振蕩器的電路種類比較多，根據(jù)不同的反饋方式，又可分

5、為互感反饋振蕩器，電感反饋三點式振蕩器，電容反饋三點式振蕩器，其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形理想，振蕩頻率可以做得較高。由課程設計的技術(shù)指標來看本次正弦波振蕩器課程設計選擇電容反饋三點式振蕩器。電容反饋的三點式振蕩器主要是通過電容反饋，所以可減弱高次諧波的反饋，使振蕩產(chǎn)生的波形得到改善，又適用于較高波段工作，目前已被廣泛的應用于本振，調(diào)頻，VCO壓控振蕩器等高頻電路中。3、工作原理、硬件電路的設計和參數(shù)的計算3.1 反饋振蕩器的原理和分析反饋振蕩器原理方框圖如圖3.1所示。反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡組成的一個閉合環(huán)路，放大器通常是以

6、某種選頻網(wǎng)絡（如振蕩回路）作負載，是一個調(diào)諧放大器。圖3.1反饋振蕩器方框圖為了能產(chǎn)生自激振蕩，必須有正反饋，即反饋到輸入端的自你好與放大器輸入端的信號相位相同。定義A（S）為開環(huán)放大器的電壓放大倍數(shù)：F(S)為反饋網(wǎng)絡的電壓反饋系數(shù)：為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：在振蕩開始時，由于激勵信號較弱，輸出電壓的振幅則比較小，此后經(jīng)過不斷放大與反饋循環(huán)，輸出幅度開始逐漸增大，為了維持這一過程使輸出振幅不斷增加，應使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大，即振蕩開始時應為增幅振蕩，即：因此起振的振幅條件是：起振的相位條件是：要使振蕩器起振必須同時滿足起振的振幅條件和相位條件。其中起振的相位條件即為正反饋條件。3.

7、2. 電容三點式振蕩單元該單元由放大器、反饋網(wǎng)絡和選頻網(wǎng)絡組成，放大單元由2N2923三極管構(gòu)成放大電路，將反饋信號放大，反饋網(wǎng)絡起正反饋，將信號反饋到放大單元輸入，進一步放大，選頻網(wǎng)絡根據(jù)自身參數(shù)，在復雜的頻譜中選取與自身諧振頻率相同的頻率將其反饋，所以此信號得以不斷放大最終由輸出端輸出。其單元電路圖如圖3.2。圖3.2振蕩電路3.3 電路連接及其參數(shù)計算如圖3.3為電容反饋三點式原理電路，圖中L，C4和C5組成振蕩器回路，作為晶體管放大器的負載阻抗，反饋信號從C5兩端取得，送回放大器輸入端。 圖3.3電容三點式振蕩器對于晶體管靜態(tài)工作點，合理地選取振蕩器的靜態(tài)工作點，對振蕩器的起振，工作的

8、穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系。一般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點應選在遠離飽和區(qū)而 靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流 ICQ大約在 0.8-4mA 之間選取，故本設計電路中選取ICQ=1mA VCEQ=ICQ*R2=0.001*2000=2V =100由圖可知發(fā)射極與兩個同性質(zhì)電抗相連，集電極與基極間連接一個異性質(zhì)電抗，滿足了相位平衡條件。技術(shù)指標給出f0=9MHz，令L=4H，通過學習可知電路的振蕩頻率公式f0為: f0=1/2L(C2C1/ (C2+C1)1/2圖3.3中的C4 與C5分別為公式中的C1 和C2 ,通過計算可得出總電容CC = C2C1/ (C2

9、+C1)=7.83*10-11F令C1 =150pF，則通過公式C = C2C1/ (C2+C1)可以計算出C2 150pF由以上數(shù)值可以計算出電路的理論計算振蕩器的頻率為f09.19MHz引起振蕩頻率不穩(wěn)定的原因有諧振回路的參數(shù)隨時間、溫度和電源電壓的變化而變化、晶體管參數(shù)的不穩(wěn)定，以及振蕩器負載的變化等。為了得到穩(wěn)定的振蕩頻率，除選用高質(zhì)量的電路原件、采用直流穩(wěn)壓電源以及恒溫等措施外，還應提高振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)值，因為值越大，相頻特性曲線在附近的斜率也越大，選頻特性就越好。4、總體電路設計和仿真分析4.1組建仿真電路運用Multisim軟件，在電子平臺上組建仿真電路，連接如圖4.1所示仿真

10、電路圖4.1仿真電路4.2仿真的振蕩頻率和幅度（2）點擊電源開關(guān)電路開始進行仿真，雙擊示波器，顯示出如圖4.2所示震蕩波形。由波形可知振幅有效值大于5V。圖4.2振蕩波形（3）雙擊頻率計，顯示如圖4.3所示的頻率仿真值 圖4.3頻率仿真值電路的理論計算振蕩器的頻率為計算得出f09.19MHz而仿真的實際頻率值f0=8.997MHz，與理論值稍有偏差。4、參數(shù)調(diào)整對比/結(jié)論1、當L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF時，振蕩波形和振蕩頻率為 當L1=8uH，C4=150pF，C5=150pF時，振蕩波形和振蕩頻率為 上面這組對比說明了： L1數(shù)值越大，輸出頻率越小、輸出波形越寬。2、當

11、L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF時，振蕩波形和振蕩頻率為 當L1=4uH，C4=300pF，C5=300pF時，振蕩波形和振蕩頻率為 上面這組對比說明了：C4、C5越大，輸出頻率就越小。C4、C5越小，輸出波形就越窄。3、當L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF時，反饋系數(shù)為： 1 振蕩波形和振蕩頻率為 當L1=4uH，C4=300pF，C5=150pF時，反饋系數(shù)為： 2 振蕩波形和振蕩頻率為 當L1=4uH，C4=150pF，C5=300pF時，反饋系數(shù)為： 0.5 振蕩波形和振蕩頻率為 上面這組對比說明了： 當C4的值越大的時候，輸出來得波形也就高度也跟著增高，

12、C4的值越小，輸出來的波形的高度也跟著減?。籆4越大、C5越小，反饋系數(shù)越大，C4越小、C5越小，反饋系數(shù)越?。划敺答伒扔?的時候，輸出頻率是最高，效果是最好的。小結(jié)：電容三點式振蕩電路優(yōu)缺點： 電容三點式振蕩器的優(yōu)點是輸出波形好。這是由于反饋電壓取自電容支路，而電容對高次諧波的阻抗很小，因而輸出波形中因非線性產(chǎn)生的高次諧波的成分較小，當振蕩器較高時，可以直接利用晶體管三點式振蕩電力的振蕩頻率。這種電路的缺點是改變電容來調(diào)節(jié)振蕩頻率時，反饋系數(shù)F也會隨之改變，嚴重時會影響輸出電壓的穩(wěn)定和起振條件。此次設計主要針對各種電容反饋三點式電路提出自己的設計方案，并利用仿真軟件Multisim來實現(xiàn)自己的設計電路圖。設計中用到了考畢茲振蕩器，克拉波振蕩器，西勒振蕩器電路等在通信電子電路課程中學到的知識。通過對上述振蕩器的設計與仿真，了解了正弦波振蕩器在結(jié)構(gòu)上的利與弊，是我們在選擇正弦波振蕩器時更