基于Multisim10的克拉泼振荡器的仿真设计定稿

1、摘要摘要1关键词关键词11.引言引言11.1 Multisim10Multisim10的介绍11.2正弦波振荡器的现状及发展趋势22 .克拉泼振荡器原理克拉泼振荡器原理22.1克拉泼振荡器的电路22.2克拉泼振荡器的参数分析32.2.1克拉泼振荡器的起振条件32.2.2克拉泼振荡器的振荡频率42.2.3克拉泼振荡器的参数影响52.2.4克拉泼振荡器的主要特点53 .克拉泼振荡器的仿真与调试克拉泼振荡器的仿真与调试63.1克拉泼振荡器的仿真分析63.2电容参数改变对波形的影响9总结总结9参考文献参考文献9致谢致谢11基于基于Multisim10Multisim10的克拉泼振荡器的仿真设计的克拉泼

2、振荡器的仿真设计XXX电子信息系摘要：摘要：随着科学技术的发展，振荡器在各领域中的运用越来越广泛，如通信、电子、航海航空航天等领域扮演重要的角色。本文的主要内容是利用Multisim对克拉泼振荡器进行仿真分析。 首先介绍了克拉泼振荡器的由来、 电路分析和参数分析，通过对振荡器的各大组成部分的基本原理、功能及应用的分析，从理论上画出合适的电路原理图。然后再利用Multisim对克拉泼振荡电路进行仿真分析，可以得到电路的仿真波形是一串连续的正弦波，改变电路的电容参数，会使正弦波发生失真。关键词：关键词：克拉泼振荡器；仿真；MultisimThedesignandsimulationofClappo

3、scillatorbasedonThedesignandsimulationofClapposcillatorbasedonMultisim10Multisim10LvWandong,DepartmentofElectronicInformationAbstract:Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theoscillatorisusedwidelyinvariousfields,suchascommunication,electronics,maritimeaerospaceandotherfieldsplayanimport

4、antrole.ThemaincontentofthispaperistouseMultisimsimulationanalysisofClappOscillatoristhemajorpartoftheanalysisofbasicprinciple,functionandapplicationoftheoreticallydrawtherightcircuitsimulationanalysis,cangetthecircuitsimulationwaveformisasequenceofsinewave,changetheparametersofthecapacitanceoftheci

5、rcuit,canmakesinewavedistortionoccurs.Keywords:Keywords:ClappOscillator;Simulation;Multisim1 1.引言1.1 Multisim10Multisim10的介绍Multisim是InteractiveImageTechnologies公司推出的以Windows为基础的仿真工具，使用于班级模拟/数字电路板的设计工作。 它包含了电路原理图的图形出入， 电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本1。而Multisim10是最新的版本，它是一个原理电路设计

6、、电路功能测试的虚拟电路仿真软件，一个虚拟电子实验室。软件可以虚拟设计测试和演示各种电子电路（电工学、模拟电路、数字电路等），能够进行详细的电路分析功能，以帮助设计人员分析电路的新能。Multisim10是学习电子设计专业必备的软件2。1.2正弦波振荡器的现状及发展趋势正弦波振荡器是指在没有输入信号控制的情况下就能自动地将直流能量转换为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。正弦波振荡器广泛用于各种电子设备中。例如，无线发射机中的载波信号源，超外差式接收机中的本地振荡信号源，电子测量仪器中的正弦波信号源，数字系统中的时钟信号源网。在这些应用中，对振荡器提出的要求主要是振荡频率和振荡振幅的准确性和稳

7、定性，其中尤以振荡频率的准确性和稳定性最为重要。正弦波振荡器的另一类用途是作为高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。在这类应用中，对振荡器提出的要求主要是高效率地产生足够大的正弦交变功率，而对振荡器的准确性和稳定性的要求一般不苛求，本文讨论的是前一类用途的振荡器。从早期的真空管时代到后期的晶体管时代，无论是理论上还是电路结构和性能上，无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的进展囿。近年来，随着通信电子领域的迅速发展，对电子设备的要求越来越高，尤其是对像振荡器等这种基础部件的要求更是如此。我国在电子通信领域市场潜力非常大，自主研究高性能、高质量、低成本的振荡器市场前景广阔，意义巨大5

8、。2 2.克拉泼振荡器原理2.1克拉泼振荡器的电路克拉泼（Clapp）振荡器是电容三点式振荡器的改进型电路，在电容三点式电路中，要减小极间电容在回路总电容中的比重，可以采用部分接入的方法6。在电容三点式振荡器电路的回路中，仅多加一个与Ci、C2相串联的电容C3即构成了克拉泼振荡器，图2-1-1（a）和（b）分别是它的实际电路和相应的交流通路。通常C3取值较小，满足C3G,C3C2,回路总电容C主要取决于C3o而回路中的不稳定电容主要是三极管的极间电容Cce、Cbe、Ccb,它们又都直接并接在CC2上，不影响C3值，结果是减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响，而且C3越小，这种影响越小，环路增益

9、就越小，回路标准性就越高，实际情况下，克拉泼电路的频稳度大体上比电容三点式电路局一个量级，可达10工10.6。2.2克拉泼振荡器的参数分析2.2.1克拉泼振荡器的起振条件图2-2-1克拉泼电路(a)及其开环电路(b)在如图2-2-1(a)所示的克拉泼电路中，L、C3的串联支路呈感性，该电路符合三点式电路的组成法则，即与发射极连接的为Ci和C2,而不与发射极连接的为感性电抗。该电路满足相位平衡条件。在X处断开，可以得到如图2-2-1(b)所示的开环电路。它的反馈网络的反馈系数保持不变，仍为门=&/(&+C2),C2=C2+Cb,e,不同的仅是R(=R/Qo)需要通过C3和Ci2(

10、=GC2/(Ci+C2)的电容分压网络折算到集电=CB(b)交流通路(a)实际电路图2-1-1克拉泼振荡电路(a)克拉泼电路(b)开环电路4极上，折算后的数值为n；R；（或g；/n；）,其中国=C3/（C3+孰2）。因此，该电路的振幅起振条件为：一gnn1,其中，gi=1/re7g/n2n?gi2.2.2克拉泼振荡器的振荡频率克拉泼振荡电路是在电容三点式振荡电路的基础上，采用L和C3的串联电路代替原来的L而构成的。由图2-2-1（b）可知，在工作频率上，L与C3串联支路应等效为一个电感，Ci和C2以及并接在Ci、C2上的Cce、Cbe只是整个回路电容的一部分，晶体管以部分接入的方式与归路联接，

11、这样就减弱了晶体管与回路的耦合。由于C3Ci,C3C2,因而回路总电容近似等于C3,振荡器的振荡11频率osc为:osc=f&J,LCLC3一1一C=CC301113!+!+!-C1CceC2CbeC3显然，管子的结电容对切osc的影响是很小的，而且C3越小，结电容对振荡频率的影响就越小。但是，由于G、C2只是整个振荡回路的一部分，晶体管是以部分接入的方式与回路连接， 减弱了晶体管与回路之间的耦合。 而晶体管的电压反馈系数为：FUbe15。|Uce|C2如果设回路L两端的等效负载为R,则集电极负载电阻R为RL=C3RL=P2RL,P为回路总阻抗反映到管子ce端的接入系数，其值。1）C2

12、CC2可见C3减小RL也减小，从而导致放大倍数下降，影响起振条件6由于通过改变C3来改变振荡频率的同时会影响负载电阻RL变化，进而影响振荡器的性能，故克拉泼振荡器不适合用作频率可变的振荡器。2.2.3克拉泼振荡器的参数影响如图2-2-1(a)所示， 在电容三点式振荡电路中接入C3后， 虽然振荡器的反馈系数不变，但是接在电感L两端的电阻R；(=RL/R0)折算到振荡管集基极间的数值(设为R)减小，其值为：2心的=|J3RL3+G,2/式中，C1,2是G、C2和包括各极间电容在内的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小。显然，C2越小，环路增益就越小。可见，在这种振荡电路中，减小C3来提

13、高回路标准性是以牺牲环路增益为代价的。如果C3取值过小,振荡器就不能满足振荡起振条件而停振8。2.2.4克拉泼振荡器的主要特点振荡器简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。详细地说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。 能够完成从直流电能到交流电能的转化， 这样的装置就可以称为“振荡器”。简单地说，振荡器的作用是将直流电转变为交流电。振荡器电路的特点：优点是高次谐波成分小，波形好；缺点是调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入电流和输出电流影响9。克拉泼电路是电

14、容三点式振荡电路的改进型，也有它自身所具有的特点。首先，由于Cce、Cbe的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合；第二，调整G、C2的值可以改变反馈系数，但对谐振频率的影响很小；第三，调整C3的值可以改变反馈系数，但对谐振系数无影响。由于放大倍数与频率的立方成正比，故随着放大频率的增加振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。所以，克拉泼电路的波段范围不宽，波段覆盖系数小，一般约为1.2-1.3;其次，增大Ci和减小C2时会引起振荡幅度下降，波段内输出幅度不均匀，难于起振；最后就是工作波段内输出波形随着频率的变化大3 3.克拉泼振荡器的仿真与调试3.1克拉泼振荡器的仿真分析根据克拉泼振荡器的原理

15、，绘制如图3-1-1所示的电路:10将上图在Multisim10仿真软件中绘制如图3-1-2所示的电路:C5C551QuH51QuH：0 0-图3-1-2克拉泼仿真电路设置C6为0%,即C6=0pF,振荡波形输出如图3-1-3所示:图3-1-1克拉泼实例电路-TOriF-TOriF：G3G3士TnFTnFI1aUii：2M2222A2M2222Ar r柒A-XKey=A-XKey=A- -riiaaaarr5：；：IF1uFIF1uF时间时间电电一一通道通道通道通道号号I巾跳巾跳比例比例1 12 2nsAvnsAv比例比例|1|1VAivVAiv一一比例比例甲而甲而边沿边沿巧立师巧立师吕吕卜卜

16、| |X X位置位置00V V位置位置55士）士）Y Y位置位置33电平电平55 丁丁所所加载加载I I昭昭|AC|Q反用反用| |寓匚寓匚| |0 0辰辰-I I类型类型正玄正玄| |标淮标淮| |自动自动图3-1-3C6为0%的振荡波形图3-1-4C6为25%的振荡波形T3TlT3Tl时间轴时间轴时间时间690,965ms690,965msS90,%SmsS90,%Sms的的515ns515ns通道通道/ /通道通道2.6792.679V VL995L995V V46744674V V- -谓谓道道，| |浦道浦道？| |比例比例|i|iW W比例比例|5|5处处边沿边沿Y位置位置5整整丫

17、位置丫位置3电平电平ACAC| |0 0 5c5c | |0 0 DCDC _J_JC类型类型反向反向保存保存Ext,TriggerTrigger通道小通道小通道邛通道邛376.337mV376.337mV-2.466-2.466V V-2,845-2,845V V反向反向| |保存保存ExtTuggerExtTugger时间时间690.525ms690.525ms690,525ms690,525ms606.06Ips606.06Ips设置C6为25%,即C6=7.5pF,振荡波形输出如图3-1-4所示:通道通道B触发触发- -比例比例TW加加边沿边沿IF1小部小部中位置中位置| | 电平电平

18、5IV 。| |类型类型_ _匹玄匹玄I标标fI自珈自珈而而图3-1-5C6为50%的振荡波形设置C6为50%,即C6=15pF,振荡波形输出如图3-1-5所示:通道通道/ /2.9592.959V V-2,025V-2,025V-4,985V-4,985V通道通道，反向反向保存保存Ext.TuggerExt.Tugger时间时间690,903ms690,903690,903msms39,39,773ns773ns设置C6为75%,即C6=22.5pF,振荡波形输出如图3-1-6所示:图3-1-6C6为75%的振荡波形通道通道A比例比例U例例丫位置丫位置|5|M|dJMr设置C6为100%,即

19、C6=30pF,振荡波形输出如图3-1-7所示:图3-1-7C6为100%的振荡波形3.2电容参数改变对波形的影响从以上振荡波形可知，随着C6的逐渐增大，振荡波逐渐稳定。当C6较小时,如图3-1-3、3-1-4,振荡波不太稳定；当C6较大时，如图3-1-6、3-1-7,振荡波比较稳定。因此，C6不能太小，一般应较大些6。总结通过本次的论文设计，使我进一步了解了克拉泼振荡电路的特性与原理。接着查找资料，找到各个模块的电路图，了解各个模块的工作原理与特性。确定本次设计的电路，然后在Multisim10仿真软件中绘制出电路图，进行仿真分析，模拟分析结果与实际结果基本一致，说明Multisim10仿真软件能够运用于高频电路的仿真。Multisim10帮助我们更好地掌握课堂讲述的内容，使我们加深对概念与原理的理解，仅仅靠课堂上的听讲很难加深我们对所学知识的理解，弥补了课堂教学存在的不足，通过电路仿真，使我们可以熟悉常用电子仪器的测量方法，培养我们综合分析的能力，开发、创新的能力，排除故障的能力。参考文献1赵建春.基于Multisim的电子技术仿真教学.考试周刊，2001(30).2黄培根.Multisim10虚拟仿真和业余制版实用技术M.北京：电子工业出版社，2008.3刘明亮.振荡器的原理和应用.北京：高等教