实训综合报告正弦波振荡器设计multisim.doc

高频电路（实训）汇报

项目：正弦波振荡器仿真设计
班级：级应电2班
姓名： 周杰
学号： 140522

摘 要

自激式振荡器是在无需外加激励信号情况下，能将直流电能转换成含有一定波形、一定频率和一定幅值交变能量电路。正弦波振荡器作用是产生频率稳定、幅度不变正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等原因综合考虑，此次课程设计采取电容三点式振荡器，利用multisim软件进行仿真。依据静态工作点计算出回路电容电感取值，得出输出频率和输出幅度有效值以达成任务书要求。

关键词：电容三点式；振荡器；multisim；

目 录

1、绪论 1
2、方案确实定 2
3、工作原理、硬件电路设计和参数计算 3
3.1 反馈振荡器原理和分析 3
3.2. 电容三点式振荡单元 4
3.3 电路连接及其参数计算 5
4、总体电路设计和仿真分析 6
4.1组建仿真电路 6
4.2仿真振荡频率和幅度 7
5、参数调整对比/结论 9
附录 10
附录Ⅰ元器件清单 10
附录Ⅱ电路总图 11

1、介绍
振荡器是不需外信号激励、本身将直流电能转换为交流电能装置。通常能够完成这一目标装置全部能够作为振荡器。一个振荡器必需包含三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加输入信号给予放大使输出信号保持恒定数值。正反馈电路确保向振荡器输入端提供反馈信号是相位相同，只有这么才能使振荡维持下去。选频网络则只许可某个特定频率 能经过，使振荡器产生单一频率输出。
振荡器能不能振荡起来并维持稳定输出是由以下两个条件决定；一个是反馈电压 和输入电压 要相等，这是振幅平衡条件。二是 和 必需相位相同，这是相位平衡条件，也就是说必需确保是正反馈。通常情况下，振幅平衡条件往往轻易做到，所以在判定一个振荡电路能否振荡，关键是看它相位平衡条件是否成立。
此次课程设计我设计是电容反馈三点式振荡器， 电容三点式振荡器，也叫考毕兹振荡器，是自激振荡器一个，这种电路优点是输出波形好。电容三点式振荡器是由串联电容和电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容三个端点和振荡管三个管脚分别相接而得名。
本课题意在依据已经有知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器，要求依据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达成任务书指标要求，最终撰写课设汇报。汇报内容根据课设汇报文档模版要求进行，关键包含相关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析等。
关键技术指标：输出频率9 MHz，输出幅度（有效值）≥5V。

2、方案确实定
正弦波振荡器分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。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振荡器是一个能量转换器，由晶体管等有源器件和含有选频作用无源网络及反馈网络组成
LC振荡器电路种类比较多，依据不一样反馈方法，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率能够做得较高。
由课程设计技术指标来看此次正弦波振荡器课程设计选择电容反馈三点式振荡器。
电容反馈三点式振荡器关键是经过电容反馈，所以可减弱高次谐波反馈，使振荡产生波形得到改善，又适适用于较高波段工作，现在已被广泛应用于本振，调频，VCO压控振荡器等高频电路中。

3、工作原理、硬件电路设计和参数计算
3.1 反馈振荡器原理和分析
反馈振荡器原理方框图图3.1所表示。反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）作负载，是一个调谐放大器。

图3.1反馈振荡器方框图
为了能产生自激振荡，必需有正反馈，即反馈到输入端自你好和放大器输入端信号相位相同。定义A（S）为开环放大器电压放大倍数：

F(S)为反馈网络电压反馈系数：

为闭环电压放大倍数：

在振荡开始时，因为激励信号较弱，输出电压振幅则比较小，以后经过不停放大和反馈循环，输出幅度开始逐步增大，为了维持这一过程使输出振幅不停增加，应使反馈回来信号比输入到放大器信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即：

所以起振振幅条件是：

起振相位条件是：

要使振荡器起振必需同时满足起振振幅条件和相位条件。其中起振相位条件即为正反馈条件。

3.2. 电容三点式振荡单元
该单元由放大器、反馈网络和选频网络组成，放大单元由2N2923三极管组成放大电路，将反馈信号放大，反馈网络起正反馈，将信号反馈到放大单元输入，深入放大，选频网络依据本身参数，在复杂频谱中选择和本身谐振频率相同频率将其反馈，所以此信号得以不停放大最终由输出端输出。其单元电路图图3.2。

图3.2振荡电路

3.3 电路连接及其参数计算
图3.3为电容反馈三点式原理电路，图中L，C4和C5组成振荡器回路，作为晶体管放大器负载阻抗，反馈信号从C5两端取得，送回放大器输入端。

图3.3电容三点式振荡器
对于晶体管静态工作点，合理地选择振荡器静态工作点，对振荡器起振，工作稳定性，波形质量好坏有着亲密关系。通常小功率振荡器静态工作点应选在远离饱和区而 靠近截止区地方。依据上述标准，通常小功率振荡器集电极电流 ICQ大约在 0.8-4mA 之间选择，故本设计电路中选择
ICQ=1mA VCEQ=ICQ*R2=0.001*=2V β=100
由图可知发射极和两个同性质电抗相连，集电极和基极间连接一个异性质电抗，满足了相位平衡条件。技术指标给出f0=9MHz，令L=4μH，经过学习可知电路振荡频率公式f0为:
f0=1/2π[L(C2C1/ (C2+C1)]1/2
图3.3中C4 和C5分别为公式中C1 和C2 ,经过计算可得出总电容C
C = C2C1/ (C2+C1)=7.83*10^-11F
令C1 =150pF，则经过公式C = C2C1/ (C2+C1)能够计算出C2 ≈150pF
由以上数值能够计算出电路理论计算振荡器频率为
f0≈9.19MHz
引发振荡频率不稳定原因有谐振回路参数随时间、温度和电源电压改变而改变、晶体管参数不稳定，和振荡器负载改变等。为了得到稳定振荡频率，除选择高质量电路原件、采取直流稳压电源和恒温等方法外，还应提升振荡回路品质因数值，因为值越大，相频特征曲线在周围斜率也越大，选频特征就越好。

4、总体电路设计和仿真分析
4.1组建仿真电路
利用Multisim软件，在电子平台上组建仿真电路，连接图4.1所表示仿真电路

图4.1仿真电路
4.2仿真振荡频率和幅度
（2）点击电源开关电路开始进行仿真，双击示波器，显示出图4.2所表示震荡波形。由波形可知振幅有效值大于5V。

图4.2振荡波形
（3）双击频率计，显示图4.3所表示频率仿真值

图4.3频率仿真值

电路理论计算振荡器频率为计算得出
f0≈9.19MHz
而仿真实际频率值f0=8.997MHz，和理论值稍有偏差。
4、参数调整对比/结论
1、当L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为

当L1=8uH，C4=150pF，C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为

上面这组对比说明了：
L1数值越大，输出频率越小、输出波形越宽。

2、当L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF时，振荡波形和振荡频率为

当L1=4uH，C4=300pF，C5=300pF时，振荡波形和振荡频率为

上面这组对比说明了：
C4、C5越大，输出频率就越小。C4、C5越小，输出波形就越窄。

3、当L1=4uH，C4=150pF，C5=150pF时，反馈系数为： 1 振荡波形和振荡频率为

当L1=4uH，C4=300pF，C5=150pF时，反馈系数为： 2 振荡波形和振荡频率为

当L1=4uH，C4=150pF，C5=300pF时，反馈系数为： 0.5 振荡波形和振荡频率为

上面这组对比说明了：
当C4值越大时候，输出来得波形也就高度也跟着增高，C4值越小，输出来波形高度也跟着减小；C4越大、C5越小，反馈系数越大，C4越小、C5越小，反馈系数越小；当反馈等于1时候，输出频率是最高，效果是最好。

小结：

电容三点式振荡电路优缺点
电容三点式振荡器优点是输出波形好。这是因为反馈电压取自电容支路，而电容对高次谐波阻抗很小，所以输出波形中因非线性产生高次谐波成份较小，当振荡器较高时，能够直接利用晶体管
三点式振荡电力振荡频率。这种电路缺点是改变电容来调整振荡频率时，反馈系数F也会随之改变，严重时会影响输出电压稳定和起振条件。

此次设计关键针对多种电容反馈三点式电路提出自己设计方案，并利用仿真软件Multisim来实现自己设计电路图。设计中用到了考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器电路等在通信电子电路课程中学到知识。。
经过对上述振荡器设计和仿真，了解了正弦波振荡器在结构上利和弊，是我们在选择正弦波振荡器时愈加明确哪种振荡器更适合。这次技能训练，让我们愈加好掌握了多种电路测试和计算；熟悉了电子仿真工作原理和其具体使用方法.更深刻了解书本知识。

附录

附录Ⅰ元器件清单

序号
编号
名称
型号
数量
1
R1 R2 R3
电阻
12KΩ 2KΩ 100Ω
3
2
C1 C2 C3 C4 C5
电容
100pF 1μF 1μF 150pF 150pF
5
3
L1 L2
电感
4uH 10mH
2
4
Q1
三极管
2N2923
1

附录Ⅱ电路总图