高频三级项目――基于Multisim的正弦振荡器仿真

1、项目名称：正弦波振荡器的仿真设计团队成员和部门：张静(电路模拟图设计和PPT设计及论文撰写a)、柴小宝(见信息和论文写作b)，Chen chun(信息和论文写作审查b)地图教师：栏位日期：2016年目录摘要2序言3正文3一、正弦振荡器的原理和设计31.1振动条件3二、互感耦合振荡器仿真设计42.1互感耦合振荡器原理42.2振动条件52.3模拟电路图设计52.4互感系数对振动频率的影响7三、电容式三端振荡器仿真设计83.1电路线路图83.2振动条件分析83.3模拟设计93.4振动工艺分析12探索3.5偏置电路工作点设置对振荡频率的影响12四、电感三端振荡器134.1电路原理图13五、增强的电容式

2、三端振荡器145.1克拉振荡器155.2席勒振荡器18六、并行晶体振荡器206.1电路线路图216.2振动分析216.3模拟设计226.4修正串行和并行谐振频率247、系列晶体振荡器257.1基本结构图257.2模拟设计26八、摘要288.1电路振荡频率稳定性比较288.2提高频率稳定性的措施288.4角振荡电路的应用28Ix。优缺点和问题29X.参考文献29摘要信息本文依次使用互感耦合动员正弦振荡器、电容三端反馈正弦振荡器、克拉振荡电路、施乐振荡电路、电感三端反馈振荡器、并行晶体振荡器、串行晶体振荡器的电路设计和仿真，仿真结果表明，每个正弦振荡器都可以执行功能并产生高频正弦信号。第一部分介绍

3、了三种互感耦合振荡器，选择最常见的互感耦合动员电路进行设计，选择了合适的偏置电路，使用电位器对晶体管工作点进行调整，选择了合适的互感系数，得到了互感耦合振荡器的波形。然后将理论值与实测值进行比较，计算出相对精度。第二部分设计了电容反馈振荡器，详细说明了其工作点的设置，并通过数值计算偏置电路的每个电阻值来确定合适的工作点。使用Mulitisim仿真电路分析振动过程、振动波形和振动频率。振动电路的性能指标相对精度也通过数值分析进行了测量。同时，我们变更了静态工作点，以查看工作点设定对振动情况的影响。最后，设计和分析了改进的电容反馈振荡器(克拉珀普振荡器和浆料振荡器)。第三部分设计电感反馈振荡器，使

4、用Mulitisim模拟该电路，分析振荡波形、振荡频率和相对精度。第四部分分析晶体振荡器，首先介绍平行晶体振荡器，理论分析其振动频率的数值计算公式。实际振荡频率通过Mulitisim仿真获得，通过修正参数获得并行振荡频率，或创建测试电路，并以波特计测量幅频特性曲线，获得并行和串行振荡频率。使用这两种方法得到理论频率，分别计算并行振荡电路的相对精度。最后，对串联晶体振荡器进行了仿真分析，对振动波形、振动频率和相对精度进行了同样的分析。关键字：正弦波振荡器、Multisim模拟、互感耦合振荡器、电容三端振荡器、电感三端振荡器、并联晶体振荡器、串联晶体振荡器序言根据相应的反馈网络，LC振荡器可以分为

5、互感耦合振荡器、电感反馈振荡器和电容反馈振荡器三种类型。预计将依次使用互感耦合同源正弦振荡器、电容三端反馈正弦振荡器、克莱振荡电路、施乐振荡电路、电感三端反馈振荡器、并行晶体振荡器、串行晶体振荡器的电路设计和模拟，通过每个正弦振荡器执行功能并产生高频正弦信号。此三期工程已完成，张静、柴孝宝、陈春三名学生，张静负责电路模拟设计、PPT制作和论文写作；柴小宝负责查找信息、论文写作。陈春负责查找资料和论文写作。正文一、正弦振荡器的原理和设计根据相应的反馈网络，LC振荡器可以分为互感耦合振荡器、电感反馈振荡器和电容反馈振荡器三种类型。1.1振动条件1.2正弦振荡器设计过程振荡器的设计通常需要进行一系列

6、设计注意事项和近似估计，选择合理的线路和工作点，确定零部件的数值，而工作状态和零部件的准确数字则需要在调整、调试中最终确定。二、互感耦合振荡器仿真设计2.1互感耦合振荡器原理互感耦合振荡器依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈，选择耦合线圈同名端的正确位置布置，选择合适的耦合m以满足振幅振荡条件，具有重要意义。互感耦合振荡器有三种形式，根据振荡电路和基极电路和发射极电路区分：调整基本电路、动员电路和步进电路。2.1.1互感耦合键调制振荡器调整基准电路振荡频率在大范围内发生变化时，振幅更平衡。基极和发射极之间的输入阻抗相对较低，因此为了避免对电路的q值产生过度影响，晶体管和振荡电路部分地结合在一起。2

7、.1.2互感耦合动员振荡器动员电路在高频输出方面比其他两个电路稳定，宽度大，谐波成分小。2.1.3互感耦合调制振荡器基极和发射极之间的输入阻抗相对较低，因此为了避免对电路的q值产生过度影响，晶体管和振荡电路部分地结合在一起。2.2振动条件互感耦合振荡器在调整反馈(m变化)时基本上不影响振荡频率。但是由于分布电容器的存在，很难制造频率高时稳定性高的变压器。因此，工作频率不应太高，通常用于中短波频带。根据h参数等效电路分析，可以知道互感耦合振荡器的振荡频率2.3模拟电路图设计这三种互感耦合振荡器基本相同，因此只选择了更常用的互感耦合动员振荡器进行Multisim仿真设计。2.3.1回路参数选择根据

8、振荡电路的工作点设置原则，选择12V电源为整个电路图供电，选择虚拟NPN-BJT晶体管作为晶体管，基极电阻R1=27kohm，R2=6.8kohm，四极电阻R3=1kohm，旁路电容器C2=120pf2.3.2模拟电路图2.3.3Multisim模拟结果(1)波形模拟结果(2)振荡频率如上图所示，当电路稳定振动时，振动频率：8.115MHz2.3.4振荡电路指数计算(1)将k=0.5赋予合并系数的计算公式两个线圈的互感M=2.26uH(2) L1=3.3uH，L2=6.2uH，C=100pF理论振荡频率f=8.5MHz(3)实际测量的振动频率为8.115MHz，相对准确度为0.045。2.4互

9、感系数对振动频率的影响结论：可从表中的数据获得，耦合系数越大，互感m越大，稳定时振荡频率越小。公式产生的振动频率与m成反比，因此实验结论与理论一致。三、电容式三端振荡器仿真设计3.1电路线路图3.2振动条件分析电路的高频小信号等效电路如图4-9(c)所示。简化为：a，忽略晶体管内部反馈的影响，即Yre=0b、忽略晶体管I/o电容的影响c，忽略由晶体管集电极电流引起的输入信号的相移，将Yfe显示为跨导GM。适用于4-9虚拟部分为0的振动频率的联立解决方案I的表示：其中c是电路的总电容如图4-8(c)所示，如果不考虑gie的影响，反馈系数F(j)的大小为3.3模拟设计3.3.1选择组件参数(1)确

10、定Re的值2000ohm可变电阻器固定架，以便于调整晶体管的工作点；(2)确定Rb1、Rb2的值(3)确定Rc的值为了方便调整晶体管的工作点，将Rc配置为680欧姆的固定电阻和500欧姆的可变电阻器。(4)决定决定的模式为了加快模拟速度，选择虚拟晶体管BJT-NPN作为晶体管。(5)振荡电路参数选择如果查看数据，则使用F=1/3，因为反馈系数F=0.1至0.5更合适。经验公式，(其中c是光速，振荡频率，假定设计的电路振荡频率为10KHz)通过计算可取振动频率的计算公式可以得出L=3.3uF3.3.2模拟结构3.3.3模拟结果(1)振动波形(2)振荡频率如上图所示，电路稳定振动时，振动频率为：9

11、.538MHz。利用电容反馈振荡电路振荡频率公式，可用频率的理论值为10.11MHz。使用频率相对精度的公式，获得该电容器反馈振荡电路的频率相对准确度为4.1%。3.4振动过程分析调查3.5偏置电路工作点设置对振荡频率的影响调整电位器Re值，使用探针记录节点c的电流值，并观察相应的波形振动。Ico/(mA)12.98.186.615.494.35波形振动条件没有震动振动，但波形不稳定振动，但波形不稳定振动，但波形不稳定产生稳定的正弦波振动频率9.538MHzIco/(mA)4.284.214.193.533.46波形振动条件产生稳定的正弦波产生稳定的正弦波产生稳定的正弦波振动，但波形不稳定振动

12、，但波形不稳定振动频率9.538MHz9.538MHz9.538MHz从上表中可以看出的结论：偏置电路工作点的设置影响谐振电路是否能振动以及振动是否能稳定，但不影响振动频率。四、电感三端振荡器4.1电路线路图图4-9是感应反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。与电容反馈振荡器的解释一样，可以将振荡器的振荡频率近似为电路的谐振频率。也就是说表达式的l是图4-9中存在的回路的总电感实际上，通过相位平衡条件分析，振荡器的振荡频率表示如下工程在计算反馈系数时不考虑gie的影响，反馈系数的大小为五、增强的电容式三端振荡器前面分析了电容反馈振荡器和电感反馈振荡器的原理和特性。对于电容反馈振荡器：输出波形好，输出频率高，但振动频率调整不方便。对于