《实训报告：正弦波振荡器设计multisim.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实训报告：正弦波振荡器设计multisim.docx（22页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、高频电路实训报告工程：正弦波振荡器仿真设计班级：2021级应电2班:周杰学号： 1405220212自激式振荡器是在无需外加鼓励信号的情况下，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、反响系数、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软件进展仿真。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到达任务书的要求。关键词：电容三点式；振荡器；multisim ；1、绪论12、方案确实定23、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算3
2、3.1反响振荡器的原理和分析33.2.电容三点式振荡单元43.3电路连接及其参数计算54、总体电路设计和仿真分析74.1组建仿真电路74.2仿真的振荡频率和幅度85、参数调整比照/结论9附录17附录I元器件清单17附录U电路总图181、简介振荡器是不需外信号鼓励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。但凡可以完成这 一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三局部：放大器、正反响电路和选 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。 正反响电路保证向振荡器输入端提供的反响信号是相位一样的，只有这样才能使振荡维持 下去。选频网络那么只允许某个特定频率f0能通
3、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；一个是反响电压 Uf和输入电压U.要相等，这是振幅平衡条件。二是Uf和U.必须相位一样，这是才目位 平衡条件，也就是说必须保证是正反响。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响三点式振荡器，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响放大器组成。 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
4、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仿真软件进展仿真验证，到达任务书的指标要求，最后撰写课设 报告。报告容按照课设报告文档模版的要求进展，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N5V。2、方案确实定正弦波振荡器分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。其中LC和晶体振荡 器用于产生高频正弦波，RC振荡器用于产生低频正弦波。LC振荡器是一种能量转换器， 由晶体管等有源器件和具有选频作用的无源网络及反响网络组成LC振荡器的电路种类比拟多，根据不同的反响方式，又可分为
5、互感反响振荡器，电感 反响三点式振荡器，电容反响三点式振荡器，其中互感反响易于起振，但稳定性差，适用 于低频，而电容反响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。由课程设计的技术指标来看本次正弦波振荡器课程设计选择电容反响三点式振荡器。电容反响的三点式振荡器主要是通过电容反响，所以可减弱高次谐波的反响，使振荡 产生的波形得到改善，又适用于较高波段工作，目前已被广泛的应用于本振，调频，VCO 压控振荡器等高频电路中。3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算3.1反响振荡器的原理和分析反响振荡器原理方框图如图3.1所示。反响型振荡器是由放大器和反响网络组成的一 个闭合环路，放大器通
6、常是以某种选频网络如振荡回路作负载，是一个调谐放大器。Us (S) Ui(S)Ua(S-弓放大电路_r A (S) 4反畿电路口 F ($)甲 jrUf (S) p图3.1反响振荡器方框图为了能产生自激振荡，必须有正反响，即反响到输入端的自你好与放大器输入端的信号相位一样。定义AS为开环放大器的电压放大倍数:A( S)F(S)为反响网络的电压反响系数:U (S) 1 Uo (S)A(S)为闭环电压放大倍数:Af(S)U (s)oU (s)A( S)1 - A(S) - F (S)在振荡开场时，由于鼓励信号较弱，输出电压的振幅那么比拟小，此后经过不断放 大与反响循环，输出幅度U开场逐渐增大，为了
7、维持这一过程使输出振幅不断增加，应使 反响回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开场时应为增幅振荡，即:T(jw)|1因此起振的振幅条件是:起振的相位条件是：中+中=2n兀A F要使振荡器起振必须同时满足起振的振幅条件和相位条件。其中起振的相位条件即为正反响条件。3.2.电容三点式振荡单元该单元由放大器、反响网络和选频网络组成，放大单元由2N2923三极管构成放大电路，将反响信号放大，反响网络起正反响，将信号反响到放大单元输入，进一步放大，选频网 络根据自身参数，在复杂的频谱中选取与自身谐振频率一样的频率将其反响，所以此信号 得以不断放大最终由输出端输出。其单元电路图如图3.2。Q1C215
8、0pF1n 2I.例p：4uH：图3.2振荡电路3.3电路连接及其参数计算如图3.3为电容反响三点式原理电路，图中L，C4和C5组成振荡器回路，作为晶体管放大器的负载阻抗，反响信号从C5两端取得，送回放大器输入端。R1 izugL21Qlkt-G1-11 1D0pFQ12N2923R22.QkR3 100ST1mF250pF =150p图3.3电容三点式振荡器对于晶体管静态工作点，合理地选取振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的 稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。一般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱 和区而 靠近截止区的地方。根据上述原那么，一般小功率振荡器集电极电流ICQ大约在
9、0.8-4mA 之间选取，故本设计电路中选取ICQ=1mA VCEQ=ICQ*R2=0.00!*2000=2Vp=100由图可知发射极与两个同性质电抗相连，集电极与基极间连接一个异性质电抗，满足 了相位平衡条件。技术指标给出fo=9MHz，令L=4pH，通过学习可知电路的振荡频率公 式f0为：f0=1/2nL(C2Ci/ (C2+C)i/2图3.3中的C4与C5分别为公式中的q和q,通过计算可得出总电容CC = CC/ (C+C )=7.83*10a-11F2 121令C =150pF，那么通过公式C = CC/ (C+C)可以计算出C e150pF由以上数值可以计算出电路的理论计算振荡器的频
10、率为f09.19MHz引起振荡频率不稳定的原因有谐振回路的参数随时间、温度和电源电压的变化而变 化、晶体管参数的不稳定，以及振荡器负载的变化等。为了得到稳定的振荡频率，除选用 高质量的电路原件、采用直流稳压电源以及恒温等措施外，还应提高振荡回路的品质因数 Q值，因为Q值越大，相频特性曲线在f 0附近的斜率也越大，选频特性就越好。4、总体电路设计和仿真分析4.1组建仿真电路运用Multisim软件，在电子平台上组建仿真电路，连接如图4.1所示仿真电路L2 :10m HIC 0A:C1 :-IE10EJpF七岫:ig=oa：G4：:：15ppFic=av:C5IC=QVR2 ：:C3 :1D0Q
11、=：1瑚IC=0V图4.1仿真电路4.2仿真的振荡频率和幅度2点击电源开关电路开场进展仿真，双击示波器，显示出如图4.2所示震荡波形。由波形可知振幅有效值大于5V。通谊_B时间 通谚H2S2.314 us-5.455 V252.914 ue-8.455 Vo.aoaso.aoa vV/T添加日伯雕时基标度： 100 nsjDWX轴位移格）：0反向保存刻度：IV/Div |：Y轴位移（格）：加刻度:|与津Y轴位移格）：O边沿：匡田囱回屁水平：|o| V交流|口值交流II。II直淀II二| 0单次正常W无外触发通道A 通道日触岌图4.2振荡波形3双击频率计，显示如图4.3所示的频率仿真值制室樽器-
12、XFC18.956 MHz脉冲周期交流一直流口缓衰信号 压缩比;图4.3频率仿真值电路的理论计算振荡器的频率为计算得出f09.19MHz而仿真的实际频率值f0=8.997MHz，与理论值稍有偏差。4、参数调整比照/结论1、当L1=4uH, C4=150pF, C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为通谄_B通谄工-8.455 V-3.455 V 0.000V时间252.914 us252.914 us0.000 T2-T1T1 *十时基通道A通道B8.956 MHz耦台交流一直流当L1=8uH, C4=150pF, C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为频菊樽器-XFU5.45 MHz加厘颇
13、翠一周期脉冲 上升舟降耦台I匚 信号压缩比;16上面这组比照说明了：L1数值越大，输出频率越小、输出波形越宽。2、当L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为n7SI-XSC1通道_日反向保存时基通道口 通道B触发-标度 ID。门皿抑刻度：5加v J :刻度:与加边由由田国回屋X轴位移（格）：o丫轴位移（格N口Y轴位移格）：水平：0| V丫打|添加|职II#交流|。|直流|交流II & II直淀II -1 O单次正常自幼无T1 hHSSJ甘 I 252.914 us -8.455 V2 个十 252.914 us-8.455T2-T10,000 30,000外触发
14、8.956 MHz耦台交流一直流当L1=4uH, C4=300pF, C5=300pF时，振荡波形和振荡频率为打诚器C1X上面这组比照说明了：C4、C5越大，输出频率就越小。C4、C5越小，输出波形就越窄。3、当L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF时，反响系数为： 1振荡波形和振荡频率为8.956 MHz耦台交流口缓竟信号 压缩比;当L1=4uH, C4=300pF, C5=150pF时，反响系数为： 振荡波形和振荡频率为不波嚣-XSC1X频率计数器-XFC17.603 MHz频率脉冲篷变信号压缩比：1）6当L1=4uH, C4=150pF, C5=300pF时，反响系数为： 0.
15、5振荡波形和振荡频率为T1十时间通道工通道土s-2.S91Vr2十389.1S3US-2.89 IVT2-T10.000 s0.000 V反同保存脚发时基5添加通谄由通道B触发-刻度：5 g，刻度：| 5拦边出r|lABjrtV轴位移格）：。V轴位移格）：_0术平： 0| V流|。|直流 II II 直流 | -1 O1单次II正常II自动II无上面这组比照说明了：当C4的值越大的时候，输出来得波形也就高度也跟着增高，C4的值越小，输出来的波形的高度 也跟着减小；C4 越大. C5越小，反响系数越大，C4 越小、C5越小，反响系数越小；当反响等于1的 时候，输出频率是最高，效果是最好的。小结：
16、电容三点式振荡电路优缺点：电容三点式振荡器的优点是输出波形好。这是由于反响电压取自 电容支路，而电容对高次谐波的阻抗很小，因而输出波形中因非线性产生的高次谐波的成 分较小，当振荡器较高时，可以直接利用晶体管三点式振荡电力的振荡频率。这种电路的缺点是改变电容来调节振荡频率时，反响系数F 也会随之改变，严重时会影响输出电压的稳定和起振条件。此次设计主要针对各种电容反响三点式电路提出自己的设计方案，并利用仿真软件Multisim来实现自己的设计电路图。设计中用到了考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振 荡器电路等在通信电子电路课程中学到的知识。通过对上述振荡器的设计与仿真，了解了正弦波振荡器在构造上的利
17、与弊，是我们在 选择正弦波振荡器时更加明确哪种振荡器更适合。这次技能训练，让我们更好的掌握了各种电路的测试与计算；熟悉了电子仿真的工作原理和其具体的使用方法.更深刻的理解课本 知识。附录附录I元器件清单序号编号名称型号数量1R1 R2 R3电阻12KQ 2KQ 100Q32C1 C2 C3 C4 C5电容100pF1F1F150pF150pF53L1 L2电感4uH10mH24Q1三极管2N29231电路总图R1 12k；:L2 10inMC2- laF IC-OA. . ClTPlOOpF二 HEQ12N223,R3 . .100 ： A.LI 4uH- - :1C=0A ； C4l50pFIC=0VC5.03. .:士现:- IC=OV
