實(shí)訓(xùn)報(bào)告：正弦波振蕩器設(shè)計(jì)multisim

1、正弦波振蕩器設(shè)計(jì)高頻電路（實(shí)訓(xùn)）報(bào)告項(xiàng)目：正弦波振蕩器仿真設(shè)計(jì)班級(jí)：2014級(jí)應(yīng)電2班 姓名： 周杰 學(xué)號(hào)： 1405220132 摘 要自激式振蕩器是在無(wú)需外加激勵(lì)信號(hào)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(shè)計(jì)采用電容三點(diǎn)式振蕩器，運(yùn)用multisim軟件進(jìn)行仿真。根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)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(dá)到任務(wù)書(shū)的要求。 關(guān)鍵詞：電容三點(diǎn)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(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算33.1 反饋振蕩器的原理和分析33.2. 電容三點(diǎn)式振蕩單元43.3 電路連接及其參數(shù)計(jì)算54、總體電路設(shè)計(jì)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(duì)比/結(jié)論9附錄10附錄元器件清單10附錄電路總圖11171、簡(jiǎn)介振蕩器是不需外信號(hào)激勵(lì)、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(gè)振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)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(hào)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(luò)則只允許某個(gè)特定頻率 能通過(guò)，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。振蕩器能不能振蕩起來(lái)并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)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(shuō)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(gè)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(shè)計(jì)我設(shè)計(jì)的是電容反饋三點(diǎn)式振蕩器， 電容三點(diǎn)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(diǎn)是輸出波形好。電容三點(diǎn)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(gè)端點(diǎn)與振蕩管三個(gè)管腳分別相接而得名。本

4、課題旨在根據(jù)已有的知識(shí)及搜集資料設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波振蕩器，要求根據(jù)給定參數(shù)設(shè)計(jì)電路，并利用multisim仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，達(dá)到任務(wù)書(shū)的指標(biāo)要求，最后撰寫(xiě)課設(shè)報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容按照課設(shè)報(bào)告文檔模版的要求進(jìn)行，主要包括有關(guān)理論知識(shí)介紹，電路設(shè)計(jì)過(guò)程，仿真及結(jié)果分析等。主要技術(shù)指標(biāo)：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L(zhǎng)C振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類(lèi)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(wú)源網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)組成LC振蕩器的電路種類(lèi)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(diǎn)式振蕩器，電容反饋三點(diǎn)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(diǎn)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(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)來(lái)看本次正弦波振蕩器課程設(shè)計(jì)選擇電容反饋三點(diǎn)式振蕩器。電容反饋的三點(diǎn)式振蕩器主要是通過(guò)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(yīng)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(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)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(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路，放大器通常是以

6、某種選頻網(wǎng)絡(luò)（如振蕩回路）作負(fù)載，是一個(gè)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(hào)相位相同。定義A（S）為開(kāi)環(huán)放大器的電壓放大倍數(shù)：F(S)為反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)：為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：在振蕩開(kāi)始時(shí)，由于激勵(lì)信號(hào)較弱，輸出電壓的振幅則比較小，此后經(jīng)過(guò)不斷放大與反饋循環(huán)，輸出幅度開(kāi)始逐漸增大，為了維持這一過(guò)程使輸出振幅不斷增加，應(yīng)使反饋回來(lái)的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大，即振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)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(shí)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(diǎn)式振蕩單元該單元由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)組成，放大單元由2N2923三極管構(gòu)成放大電路，將反饋信號(hào)放大，反饋網(wǎng)絡(luò)起正反饋，將信號(hào)反饋到放大單元輸入，進(jìn)一步放大，選頻網(wǎng)絡(luò)根據(jù)自身參數(shù)，在復(fù)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(hào)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(jì)算如圖3.3為電容反饋三點(diǎn)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(fù)載阻抗，反饋信號(hào)從C5兩端取得，送回放大器輸入端。 圖3.3電容三點(diǎn)式振蕩器對(duì)于晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)，合理地選取振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)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(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)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(shè)計(jì)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(gè)同性質(zhì)電抗相連，集電極與基極間連接一個(gè)異性質(zhì)電抗，滿足了相位平衡條件。技術(shù)指標(biāo)給出f0=9MHz，令L=4H，通過(guò)學(xué)習(xí)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(guò)計(jì)算可得出總電容CC = C2C1/ (C2

9、+C1)=7.83*10-11F令C1 =150pF，則通過(guò)公式C = C2C1/ (C2+C1)可以計(jì)算出C2 150pF由以上數(shù)值可以計(jì)算出電路的理論計(jì)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(shí)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(fù)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(yīng)提高振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)值，因?yàn)橹翟酱?，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(shè)計(jì)和仿真分析4.1組建仿真電路運(yùn)用Multisim軟件，在電子平臺(tái)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(diǎn)擊電源開(kāi)關(guān)電路開(kāi)始進(jìn)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(jì)，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(jì)算振蕩器的頻率為計(jì)算得出f09.19MHz而仿真的實(shí)際頻率值f0=8.997MHz，與理論值稍有偏差。4、參數(shù)調(diào)整對(duì)比/結(jié)論1、當(dāng)L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF時(shí)，振蕩波形和振蕩頻率為 當(dāng)L1=8uH，C4=150pF，C5=150pF時(shí)，振蕩波形和振蕩頻率為 上面這組對(duì)比說(shuō)明了： L1數(shù)值越大，輸出頻率越小、輸出波形越寬。2、當(dāng)

11、L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF時(shí)，振蕩波形和振蕩頻率為 當(dāng)L1=4uH，C4=300pF，C5=300pF時(shí)，振蕩波形和振蕩頻率為 上面這組對(duì)比說(shuō)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(dāng)L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF時(shí)，反饋系數(shù)為： 1 振蕩波形和振蕩頻率為 當(dāng)L1=4uH，C4=300pF，C5=150pF時(shí)，反饋系數(shù)為： 2 振蕩波形和振蕩頻率為 當(dāng)L1=4uH，C4=150pF，C5=300pF時(shí)，反饋系數(shù)為： 0.5 振蕩波形和振蕩頻率為 上面這組對(duì)比說(shuō)明了： 當(dāng)C4的值越大的時(shí)候，輸出來(lái)得波形也就高度也跟著增高，

12、C4的值越小，輸出來(lái)的波形的高度也跟著減??；C4越大、C5越小，反饋系數(shù)越大，C4越小、C5越小，反饋系數(shù)越??；當(dāng)反饋等于1的時(shí)候，輸出頻率是最高，效果是最好的。小結(jié)：電容三點(diǎn)式振蕩電路優(yōu)缺點(diǎn)： 電容三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是輸出波形好。這是由于反饋電壓取自電容支路，而電容對(duì)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(dāng)振蕩器較高時(shí)，可以直接利用晶體管三點(diǎn)式振蕩電力的振蕩頻率。這種電路的缺點(diǎn)是改變電容來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)F也會(huì)隨之改變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響輸出電壓的穩(wěn)定和起振條件。此次設(shè)計(jì)主要針對(duì)各種電容反饋三點(diǎn)式電路提出自己的設(shè)計(jì)方案，并利用仿真軟件Multisim來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)電路圖。設(shè)計(jì)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(xué)到的知識(shí)。通過(guò)對(duì)上述振蕩器的設(shè)計(jì)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?cè)谶x擇正弦波振蕩器時(shí)更