实训报告：正弦波振荡器设计multisim

1、高频电路(实训)报告项目：正弦波振荡器仿真设计班级： 2014班的应电两班名字：周杰学号：摘要自激式振荡器可以不施加激励信号，将直流电力转换为具有一定波形、一定频率和一定振幅的交变能量电路。 正弦波振荡器用于产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。 基于频率稳定、反馈系数、输出波形、谐振等因素的综合考虑，本次课程设计采用电容器三点式振荡器，并利用multisim软件进行了仿真。 从静态工作点计算了电路的静电容量的电感值，求出输出频率和输出幅度的有效值以满足任务书的要求。关键词：电容器三点式振荡器multisim；目录一、绪论一2 .方案的确定23、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算33.1反馈振

2、荡器的原理和分析33.2 .电容器三点式振荡单元43.3电路连接及其参数计算54 .整体电路设计和仿真分析64.1模拟电路6的构筑4.2模拟的振荡频率和宽度7五、参数调整比较/结论9附录十附录部件一览表10附录ii电路总图11一、前言振荡器是不被来自外部的信号激励，而自己将直流电力转换成交流电力的装置。 能达到这一目的的装置都可以是振荡器。 一个振荡器应当包括三部分：放大器、正反馈电路和选择频率网络。 放大器可以放大被施加到振荡器的输入端子的输入信号，并且可以保持输出信号恒定。 正反馈电路保证供给振荡器输入端的反馈信号的相位相同，仅此就能维持振荡。 频率选择性网络使得只有某些特定频率可以通过，

3、从而使振荡器产生单个频率的输出。振荡器振荡能否维持稳定的输出，由以下两个条件决定，一个是反馈电压和输入电压相等，从而达到振幅平衡条件。 第二，相位必须相同，这必须确保相位平衡条件，也就是正反馈。 一般来说，振幅平衡条件多能容易地实现，因此为了判断一个振荡电路是否能振荡，主要要看相位平衡条件是否成立。本次授课设计的又称为电容反馈三点式振荡器、电容三点式振荡器、考维茨振荡器，是一种自激式振荡器，该电路的优点是输出波形好。 电容器三点式振荡器由串联电容器、电感电路和正反馈放大器构成。 振荡电路的双串联电容器的三个端子和振荡管的三个引脚分别连接而命名。本课题的目的是基于现有知识和收集资料设计正弦波振荡

4、器，根据给定参数设计电路，利用multisim模拟软件进行模拟验证，达到任务书的指标要求，最后制作授课报告。 报告内容是按照上课时设定报告模板的要求进行的，主要包括理论知识的介绍、电路设计过程、仿真和结果分析等。主要技术指标：输出频率9 MHz，输出宽度(有效值)5v。2 .方案的确定正弦波振荡器有LC振荡器、RC振荡器、水晶振荡器等。 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、具有频率选择作用的无源网络和反馈网络组成LC振荡器电路种类比较多，根据不同的反馈方式，可分为互感反馈振荡器、感应反馈三点式振荡器、电容反馈

5、三点式振荡器，其中互感反馈容易振荡，但稳定性差从路线设计的技术指标看此次正弦波振荡器路线设计选择容量反馈三点式振荡器。电容反馈的三点式振荡器主要通过电容反馈，所以可以减弱高次谐波的反馈，改善振荡引起的波形，也适用于高频带的工作。 目前广泛应用于本机振荡器、调频、VCO压控振荡器等高频电路。3、工作原理、硬件电路设计和参数计算3.1反馈振荡器的原理和分析反馈振荡器的原理框图如图3.1所示。 反馈型振荡器是由放大器和反馈网络构成的闭环，放大器通常是以某一选定频率网络(例如振荡电路)作为负载的调谐放大器。图3.1反馈振荡器的框图为了产生自激振荡，需要正反馈，反馈到输入侧的自己与放大器输入侧的信号相位

6、相同。 定义A(S )是开环放大器的电压放大率：F(S )是反馈网络的电压反馈系数：闭环电压的放大率：振荡开始时，由于激励信号弱，输出电压的振幅比较小，所以之后经过放大和反馈环，输出振幅开始逐渐增大，为了维持该过程，必须增加输出振幅，使反馈信号比输入到放大器的信号大，即，在振荡开始时，应该进行放大振荡因此，振动的振幅条件如下振动的相位条件如下所示为了使振荡器振荡，需要同时满足振荡器的振幅条件和相位条件。 其中，谐振的相位条件是正反馈条件。3.2 .电容器三点式振荡单元该单元由放大器、反馈网络和选择频率网络构成，放大单元由2N2923晶体管构成放大电路，放大反馈信号，反馈网络正反馈，将信号反馈给

7、放大单元，还因为所选择的频率网络基于其参数在复杂频谱内选择并反馈与其谐振频率相同的频率，所以该信号被不断地放大并最终从输出端输出。 其单元电路图如图3.2所示。图3.2振荡电路3.3电路连接及其参数计算图3.3是电容反馈三点式的原理电路，图中的l、C4和C5构成振荡器电路，作为晶体管放大器的负载阻抗，从C5的两端取得反馈信号，并反馈给放大器输入端。图3.3电容器3点式振荡器对晶体管静态工作点合理选择振荡器静态工作点，与振荡器振荡、工作稳定性、波形质量好坏有密切关系。 典型的小功率振荡器的静态工作点选定在远离饱和区域且接近截止区域的地方。 根据上述原则，通常的小功率振荡器的集电极电流ICQ在约0

8、.8-4mA之间选择，因此在本设计电路中进行选择ICQ=1mavceq=ICQ * R2=0.001 * 2000=2v=100从图中可以看到，发射器连接到两个同性质的电抗，在集电极和基极之间连接一个异性质的电抗，满足相位平衡条件。 技术指标为f0=9MHz，L=4H，通过学习发现电路的振荡频率式f0为：f0=1/2L(C2C1/(C2 C1)1/2图3.3中的C4和C5分别是式中的C1和C2，总容量c可以通过计算求出C=C2C1/(C2 C1)=7.83*10-11F若设C1=150pF，则能够根据式C=C2C1/(C2 C1 )计算C2 150pF根据以上数值可以计算电路的理论计算振荡器的

9、频率f09.19MHz引起振荡频率不稳定的原因包括谐振电路的参数随时间、温度和电源电压的变化、晶体管参数的不稳定、振荡器负载的变化等。 为了获得稳定的振荡频率，必须选择高质量电路的原件，除了直流稳定电源和恒温等措施外，还必须提高振荡电路质量因素的数值。 值越大，相位频率特性曲线附近的斜率越大，优选选择频率特性。4 .整体电路设计和仿真分析4.1制作模拟电路使用Multisim软件在电子平台上制作模拟电路，连接图4.1所示的模拟电路图4.1模拟电路4.2模拟的振荡频率和宽度(2)点击电源开关电路开始模拟，双击示波器后，显示出图4.2所示的振荡波形。 从波形可以看出振幅有效值大于5V。图4.2振荡

10、波形(3)双击频率计时，显示图4.3所示的频率模拟值.图4.3频率模拟值电路的理论计算振荡器的频率是通过计算求出的f09.19MHz仿真的实际频率值f0=8.997MHz稍微偏离理论值。4 .参数调整比较/结论在1、L1=4uH、C4=150pF、C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为在L1=8uH、C4=150pF、C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为此比较说明了以下内容：L1的数值越大，输出频率越小，输出波形越宽。在2、L1=4uH、C4=150pF、C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为在L1=4uH、C4=300pF、C5=300pF时，振荡波形和振荡频率为这个比较说明了以下内

11、容：C4、C5越大，输出频率越小。 C4、C5越小，输出波形越窄。在3、L1=4uH、C4=150pF、C5=150pF时，反馈系数是： 1振荡波形和振荡频率在L1=4uH、C4=300pF、C5=150pF时，反馈系数是： 2振荡波形和振荡频率在L1=4uH、C4=150pF、C5=300pF时，反馈系数是： 0.5振荡波形和振荡频率这个比较说明了以下内容：C4的值越大，则输出的波形越高；C4的值越小，则输出的波形的高度也越低；且C5越小，则反馈系数越大总结：电容器3点式振荡电路的优点和缺点：电容器三点式振荡器的优点是输出波形好。 这是因为反馈电压从电容分支电路取入，电容对高次谐波的阻抗小，所以输出波形中以非线性产生的高次谐波的分量小，振荡器高的情况下能够直接利用晶体管三点式振荡功率的振荡频率。 这种电路的缺点是，如果改变电容器来调节振荡频率，反馈系数f也发生变化，在严重的情况下会影响输出电压的稳定和振荡条件。本次设计主要对各种电容反馈三点式电路提出了自己的设计方案，利用仿真软件Multisim实现自己的设计电路图。 在设计上，使用了考比兹振荡器、实验室振荡器、希拉振荡器电路等在通信电子电路课程中学到的知识。 的双曲正切值。通过上述振荡器的设计与仿真，要知道正弦波振荡器的结构上的优点与缺点在于清楚哪个振荡器在选择正弦波振荡器时更合