高频三级项目——正弦振荡器的仿真设计.ppt

论文结构 第1章 电电容反馈馈式三端振荡荡器 第2章 电电感反馈馈式三端振荡荡器 第4章 并联联石英晶体振荡荡器 第2章 第3章 互感耦合振荡荡器 串联联石英晶体振荡荡器 三级项目（论文） 基于Multisim的正弦振荡荡器 的仿真设计设计 燕山大学 2016年11月 改进进式电电容反馈馈式三端振荡荡器 1.1基本原理图图及起振条件分析 1.2基本设计设计 流程 各元件参数的选择 1.3仿真结结果分析 1.3.1起振过程分析 1.3.2频率稳定度分析 1.3.3工作点电流对振荡波形的影响 01电电容反馈馈式三点振荡荡器 1.1基本原理图 电容反馈振荡器的原理图 （1）电路的振荡频率 （其中，C为回路的总电容 ） （2）电路的起振条件 电容反馈式三端振荡器01 1.2设计流程 振荡器的设计通常是进行一系列设计考虑和近似估算，选择合理的线路和工作点， 确定元件的数值，而工作状态和元件的准确数字需要在调整、调试中最后确定。设计设计 原则则： 1.2.1设计偏置电路 程 确定 的值值 确定 的值值 为了方便调节晶体管的工作点，将Re取为2000欧姆的可变电阻器； 确定 的值值 1.2.1设计偏置电路 为了方便调节晶体管的工作点，将Rc取为由一个680欧姆的固定电阻 和一个500欧姆的可变电阻器组成； 选选定晶体管的型号 为了方便调整三极管的各参数以及提高仿真速度，选择BJT-NPN虚拟 晶体管 1.2.1设计振荡及反馈电路 查阅资料，可得反馈系数F=0.10.5较为合适，所以取 F=1/3 由经验公式， (其中，c为光速， 为振荡频率，假设所设计的电路振 荡频率为10KHz) 通过计算，可取 由振荡频率的计算公式，可求得L=3.3uF 确定振荡荡回路C和L的 值值 电容反馈振荡器的仿真电路图 起振过程 起振阶段 振荡平衡 阶段 振荡频率 振振荡频荡频荡频荡频 率率:9.538MHz:9.538MHz 频频频频率的理率的理论值论值论值论值 ： 10.11MHz 10.11MHz 相对准确度：相对准确度： 振荡波形 Ico/(mA)4.284.214.193.533.46 波形振荡情况产生稳定的正 弦波 产生稳定的正弦 波 产生稳定的正弦 波 起振，但波形不 稳定 起振，但波形不 稳定 振荡频率9.538MHz9.538MHz9.538MHz Ico/(mA)12.98.186.615.494.35 波形振荡情况不起振起振，但波形不 稳定 起振，但波形不 稳定 起振，但波形不 稳定 产生稳定的正弦 波 振荡频率9.538MHz 通过调节电位器Re值，利用探针记录节点C的电流值，并 观察对应波形振荡的情况。 结论结论结论结论 ：偏置电路工作点的设置影响谐振回路是否能起振以及振荡是否 能稳定，但并不影响振荡频率。 1. 克拉泼振荡器 克拉泼振荡器是用电感L和可变电容C3（C3C1、C2）的串联电路代替 原来电感。 (a) 实际电 路; (b) 交流等效电路 （1）电路的振荡频率 （2）电路的反馈系数 克拉泼振荡器 当电容器C5调节至40%时，即C5=4pF，振荡频率为43.011MHz; 而此时的理论上的振荡频率为43.8058MHz，相对准确度为0.018。 C5的电电容 值值（接入 电电路的百 分数） 10% （1pF ） 20% （2pF ） 32% （3.2pF ） 35% （ 3.5pF ） 40% （4pF ） 50% （5pF ） 75% （ 7.5pF ） 波形振荡 情况 不起振不起振起振，振 荡频率不 稳定 产生稳 定的振荡 频率 产生稳定 的振荡频 率 振荡频率 不稳定 不起振 振荡频率47MHz左 右 45.8MHz43.01MH z 37MH左 右 结论结论结论结论 ：调节电 容值可改变电路的振荡频率，但当电容值过大时，振荡 电路就不能起振。 2. 西勒振荡荡器 西勒振荡荡器的主要特点, 就是与电电感L并联联一可变电变电容C4，同样样有C3C1、C2 。 (a) 实际电路; (b) 交流等效电路 （1）电路的振荡频率 西勒振荡器 20 02电感反馈式三端振荡器 电感反馈振荡器的原理图 （1）电路的振荡频率 （其中，L为回路的总电感 ） 测得的频率值为11.986MHz;理论上计算的频率值为12.58MHz，相对准 确度为-0.0472 03互感耦合调集振荡器 （1）电路的振荡频率 当两线圈的耦合系数为0.5时，通过调节电位器，电路产生稳定 的振荡频率，其振荡频率为8.115MHz （1）将k=0.5代入耦合系数的计算公式 可得两线圈的互感系数M=2.26uH （2）将L1=3.3uH，L2=6.2uH，C=100pF代入 可得理论振荡频率f=8.5MHz （3）实际测 量的振荡频率为8.115MHz，相对准确 度为0.045。 耦合系数0.10.30.50.60.7 振荡频率8.3478.2828.1158.0848.03 耦合系数（M的值）对振荡频率的影响 结论结论：由表中数据可得，耦合系数越大，互感系数M越大，稳定时振荡频率 越小。由公式可知振荡频率与M成反比，所以实验结论与理论相符合。 1并联联型晶体振荡荡器 （1）皮尔斯电电路电电容反馈馈式并联联晶体振荡荡器 振荡频荡频率在晶体的串联谐联谐振频频率和并联谐联谐振频频率之间间时时晶体呈感性。 （1）电路的振荡频率 （2）电路的反馈系数 并联石英晶体振荡器 当C3=100pF时，测得的频率值为10.093MHz; 理论上计算的频率值为9.98MHz 串联振荡频率串联振荡频率:9.86MHz 并联振荡频率并联振荡频率:10. 094MHz 并联石英晶体的准确度的计算并联石英晶体的准确度的计算 振荡频率的准确度：振荡器实际工作频率f与标称频率fo之间的偏差 绝对准确度： 相对准确度： 通过仿真中所使用的石英晶体的幅频特性曲线，可得该并联石英晶体的标 称振荡频率为10.094MHz。 相对准确度相对准确度为： 2串联联型晶体振荡荡器 通过仿真中所使用的石英晶体的幅频特性曲线，可得该并联石英晶体的标称 振荡频率为9.86MHz。 相对准确度相对准确度为： 电电容/电电感反馈馈式三端振荡电荡电 路 克拉泼泼和西勒振荡荡 器 石英晶体振荡荡器 频频率稳稳定度 + 频频率稳稳定度为为 频频率稳稳定度为为 频频率稳稳定为为 顶部“开始”面板中可以对字体、 字号、颜色、行距等进行修改。 各振荡电荡电 路的频频率稳稳定度 提高振荡回路的标准性 温度的改变,导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸将发生 变化,而且电容器介质材料的介电系数及磁性材料的导磁率 也将变化,从而使电感、电容值改变。 减少晶体管的影响 应选择fT较高的晶体管,fT越高,高频性能越好,可以保证在工 作频率范围内均有较高的跨导,电路易于起振;而且fT越高, 晶体管内部相移越小 减少电源、负载等的影响 回路的Q值越大,回路的相频特性斜率就越大,即回路的Q值 越大,相位越稳定 LOGO | COMPANY 提高回路的品质因数 振荡器电源应采取必要的稳压措施 提高频率稳定度 的措施 各LC振荡荡器适用情况 短波范围围内 电电感反馈馈振荡荡器、 电电容反馈馈振荡荡器都 可以采用。若要求 频频率可调调范围较围较 宽宽，选择选择电电感反 馈馈式振荡荡器 若要求频频率较较高 常采用克拉 泼泼、西勒电电 路 中短波收音机中 为简为简 化电电路 常用变压变压 器 反馈馈振荡荡器 做本地振荡荡 器。 总结 优点：对常见的各振荡电 路都进行了仿真设计 ，对元件的参数 选择进 行了详细 叙述，并对振荡电 路的两个重要指标进 行了分 析：对频 率相对准确度进行了数值分析；对频 率稳定度通过查 找资料进行了对比分析。 不足之处：对各仿真电路使用的三极管都是虚拟仪 器，未使用实 际型号的三极管。石英晶体也使用的是虚拟仪 器，未使用实际 型 号的石英晶体，因此仿真电路并不能用于实际电 路中。 未解决的问题 ：没有找到测量频率稳定度的方法。 39 参考文献 1 张肃 文.高频电 子线路（第五版）M.北京：高等教育出版社 ，2009 2张肃 文.高