高频三级项目——正弦振荡器的仿真设计.ppt

1、小组成员：张曌、翟小宝、陈春 指导教师：田野,高频三级项目,题目 基于Mulisim仿真的正弦振荡器,论文结构,改进式电容反馈式三端振荡器,1.1基本原理图及起振条件分析,1.2基本设计流程,各元件参数的选择,1.3仿真结果分析,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电容反馈式三点振荡器,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

2、准确数字需要在调整、调试中最后确定,设计原则,1.2.1设计偏置电路 程,确定 的值,确定 的值,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,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

3、，可求得L=3.3uF,确定振荡回路C和L的值,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,振荡频率:9.538MHz,频率的理论值： 10.11MHz,相对准确度,振荡波形,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：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=4

4、pF，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,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. 西勒振荡器 西勒振荡器的主要特点, 就是与电感L并联一可变电容C4，同样有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

5、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（M的值）对振荡频率的影响,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并联型晶体振荡器 （1）皮尔斯电路电容反馈式并联晶体振荡器 振荡频率在晶体的串联谐振

6、频率和并联谐振频率之间时晶体呈感性,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:9.86MHz,并联振荡频率:10. 094MHz,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。 相对准确度为,2串联型晶体振荡器,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

7、对准确度为,电容/电感反馈式三端振荡电路,克拉泼和西勒振荡器,石英晶体振荡器,频率稳定度,频率稳定度为,频率稳定度为,频率稳定为,顶部“开始”面板中可以对字体、字号、颜色、行距等进行修改,各振荡电路的频率稳定度,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

8、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振荡器适用情况,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.高频电子线路学习指导书（第五版）M.北京：高等教育出版社，2009 3 曾兴雯.