高頻課設(shè)_電容三端式振蕩器

1、武漢理工大學(xué)電子高頻課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 電容三端式振蕩器 初始條件： 電容三端式振蕩器原理，Multisim軟件要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)電容三端式振蕩器的原理，設(shè)計(jì)電路圖，并在multisim軟件仿真出波形結(jié)果。（2）設(shè)計(jì)要求正常工作狀況時(shí)的波形圖；起振條件的仿真，要求改變偏置電阻、相位電容和電源電壓值，再觀察起振波形和振蕩電壓的變化情況。時(shí)間安排：1、 2014 年 11月 17 日集中，作課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說明。2、 2014 年 11月 17 日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)基本原理。3、 20

2、14 年 11月 18 日 至 2014 年 11月20日，方案選擇和電路設(shè)計(jì)。4、 2014 年 11月 20 日 至 2014 年 11月21日，電路仿真和設(shè)計(jì)說明書撰寫。5、 2014 年 11月 23 日上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。課設(shè)答疑地點(diǎn)：鑒主13樓電子科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘 要1Abstract21 克拉潑振蕩器原理31.1 克拉潑振蕩器產(chǎn)生的原因31.2 克拉潑振蕩器電路分析31.3 克拉潑振蕩器起振條件41.3.1 相位條件41.3.2振幅條件41.4 克拉潑振蕩器的振蕩頻率52 克拉潑振蕩器仿真分析62

3、.1 正常起振的電路圖62.2改變偏置電阻的仿真72.3改變相位電容的仿真82.4改變電源大小的仿真83 心得體會(huì)9參考文獻(xiàn)10摘 要克拉潑振蕩器是電容式三端振蕩器的改進(jìn)型。本文的主要內(nèi)容是利用Multisim軟件對(duì)克拉潑振蕩器進(jìn)行仿真分析。首先介紹了克拉潑振蕩器的原理，根據(jù)其原理設(shè)計(jì)電路圖，然后從原理上分析克拉潑振蕩器起振的條件及相關(guān)參數(shù)對(duì)電路的影響。然后再利用Multisim對(duì) 克拉潑振蕩電路進(jìn)行仿真分析。主要是對(duì)起振條件的仿真，要求改變偏置電阻、相位電容和電源電壓值，再觀察起振波形和振蕩電壓的變化情況。正常情況下的波形是正弦波，改變參數(shù)可能導(dǎo)致無法起振或致使波形失真。通過對(duì)仿真

4、結(jié)果的分析，可以對(duì)克拉潑振蕩器有更深的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：克拉潑振蕩器； Multisim； 仿真Abstract The Clapp oscillator is three-terminal capacitance oscillator with improved.The main content of this paper is on the simulation analysis of the Clapp oscillator using Multisim software. First introduced the Clapp oscillator principle, according

5、to its principle to design the circuit diagram, and then analyze the vibration condition and related parameters of the circuit by the principle of the Clapp oscillator .Then simulate and analyze Clapp oscillation circuit by Multisim . Mainly on the simulation of the oscillating condition, request to

6、 change the bias resistors, phase capacitors and power supply voltage value,and then observe the change situation of vibration and oscillation voltage waveform. The waveform is a sine wave under normal circumstances, changing parameters may lead to no vibration or causing the waveform distortion. Th

7、rough the analysis of simulation results, we can have a deeper understanding of the Clapp oscillator.Key Words: Clapp oscillantor; Multisim; Simulation1 克拉潑振蕩器原理1.1 克拉潑振蕩器產(chǎn)生的原因克拉潑電路為改進(jìn)后的電容三點(diǎn)式高頻振蕩器，電容三點(diǎn)式振蕩器屬于LC振蕩器的一種，是在晶體管的三個(gè)電極分別與連接兩個(gè)電容和一個(gè)電感元件而得名。由于電容三點(diǎn)式振蕩器的頻率和反饋系數(shù)與這個(gè)三個(gè)電抗元件都有關(guān)系,當(dāng)調(diào)節(jié)振蕩電路的工作頻率時(shí),勢(shì)必使反饋系數(shù)也

8、會(huì)發(fā)生變化,這樣使振蕩電路穩(wěn)定性變差。因此為了克服這樣的缺點(diǎn),使用改進(jìn)后的電容三端式振蕩器克拉潑電路。在電容三點(diǎn)式振蕩器電路的回路中僅多加一個(gè)與、相串聯(lián)的電容即構(gòu)成了克拉潑振蕩器。1.2 克拉潑振蕩器電路分析圖1-1和1-2分別是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和相應(yīng)的交流等效電路。它是由電感和可變電容的串聯(lián)電路代替原電容反饋振蕩器中的電感構(gòu)成。通常取值較小，滿足，回路總電容主要取決于。而回路中的不穩(wěn)定電容主要是三極管的極間電容，它們又都直接并接在、上，所以極間電容對(duì)總電容的影響較小，結(jié)果是減小了這些不穩(wěn)定電容對(duì)振蕩頻率的影響，并且、只是回路的一部分，晶體管以部分接入的形式與回路連接，減弱了晶體管與回路

9、之間的耦合。1而且越小，這種影響就越小，環(huán)路增益就越小，回路標(biāo)準(zhǔn)性就越高。實(shí)際情況下，克拉潑電路的頻穩(wěn)度大體上比電容三點(diǎn)式電路高一個(gè)量級(jí)，達(dá)。91-1克拉潑實(shí)際電路1-2 交流等效電路1.3 克拉潑振蕩器起振條件1.3.1 相位條件反饋振蕩器的相位平衡條件為（n=0,1,2,···），據(jù)此可推出在克拉潑振蕩器中：只要電容與電感串聯(lián)電路等效為一電感，該電路即滿足三端式振蕩器的組成原則，即與晶體管發(fā)射級(jí)相連的兩個(gè)電抗必須是同性質(zhì)的，而與發(fā)射極相連的另一電抗與它們的性質(zhì)相反2，那么該電路就滿足相位平衡條件。1.3.2振幅條件圖1-3是克拉潑振蕩器的高頻等效電路，表示除晶

10、體管以外的電路所有電導(dǎo)折算到CE兩端后的總電導(dǎo)。為電容與電感串聯(lián)的等效電感。當(dāng)不考慮的影響時(shí)，反饋系數(shù)的大小為 （1-1）為流經(jīng)電感的電流。工程上一般采用上式估算反饋系數(shù)的大小。將折算到放大器的輸出端，有 （1-2）因此，放大器的總的負(fù)載電導(dǎo)為 （1-3）則由振蕩器的振幅起振條件，可以得到 （1-4）只要在設(shè)計(jì)電路時(shí)晶體管的跨導(dǎo)滿足（1-4）式，振蕩器就可以振蕩。上式的右邊第一項(xiàng)表示輸出電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)對(duì)振蕩的影響，越大，越容易振蕩；第二項(xiàng)表示輸出電阻對(duì)振蕩的影響，、越大，越不容易振蕩。因此，考慮晶體管輸入電阻對(duì)回路的加載作用，反饋系數(shù)并非越大越好。反饋系數(shù)F的大小一般取0.10.5,。為保證振

11、蕩器有一定的穩(wěn)定振幅。起振時(shí)環(huán)路增益一般取35。11-3 克拉潑高頻等效電路1.4 克拉潑振蕩器的振蕩頻率 由圖1-1，由于，因此回路的總電容C滿足 （1-5）則有,則輸出正弦波的頻率為 （1-6）如果設(shè)回路L兩端的等效負(fù)載為，則折合到集電極回路作為集電極負(fù)載電阻： （1-7）為回路總阻抗反映到管子ce端的接入系數(shù)，為 （1-8）可見減小也減小，從而導(dǎo)致放大倍數(shù)下降，會(huì)影響起振條件。由于通過改變來改變振蕩頻率的同時(shí)會(huì)影響負(fù)載電阻變化，進(jìn)而影響振蕩器的性能，故克拉潑振蕩器不適合用作頻率可變振蕩器。32 克拉潑振蕩器仿真分析2.1 正常起振的電路圖下圖2-1為設(shè)計(jì)的克拉潑振蕩器的實(shí)際電路。偏置電阻

12、的選擇主要是要使的三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)處于放大狀態(tài)，即要求發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。從探針4上的數(shù)據(jù)可以看到此時(shí)有，三極管處在放大狀態(tài)。極間電容的選擇主要根據(jù)式（1-1），而反饋系數(shù)的大小一般為0.10.5。相位電容要保證遠(yuǎn)小于極間電容，但不可太小。圖2-2為仿真結(jié)果，使用頻率計(jì)測(cè)量輸出的振蕩頻率，用示波器觀察輸出振蕩的波形5。從結(jié)果可以看出輸出的振蕩頻率為4.986MHz，輸出的振蕩波形為正弦波。使用式（1-6）計(jì)算頻率 結(jié)果與頻率計(jì)的結(jié)果十分接近。則可知輸出的頻率主要由相位電容來決定，電容對(duì)其影響很小。 圖2-1 克拉潑振蕩器設(shè)計(jì)電路圖 圖2-2 正常工作時(shí)頻率和波形的仿真2.2改變偏置電阻的

13、仿真將變阻器調(diào)至30%得到圖2-3，將變阻器調(diào)至70%得到圖2-4。對(duì)比圖2-2與圖2-3可以看出電路的輸出頻率基本上沒有改變，但是變阻器的電阻變大會(huì)導(dǎo)致輸出波形的幅度減小。觀察圖2-4可以看出此時(shí)振蕩器沒有起振，觀察探針的結(jié)果可以看出此時(shí)不滿足偏置條件，三極管沒有處于放大的狀態(tài)，振蕩器無法起振。可知偏置電阻主要影響振蕩器的起振及振蕩幅度。經(jīng)過仿真此時(shí)的大小處于1570之間可以正常起振。 圖2-3 時(shí)的仿真結(jié)果 圖2-4 時(shí)的仿真結(jié)果2.3改變相位電容的仿真將調(diào)至10%得到圖2-5，將調(diào)至70%得到圖2-6。觀察圖2-5可知此時(shí)振蕩器沒有起振，這是因?yàn)槿≈堤。鶕?jù)式（1-8）可知此時(shí)放大倍數(shù)

14、減小，影響起振。觀察圖2-6可知此時(shí)正常起振，振蕩頻率為4.289MHz，可知對(duì)頻率的影響較大。振蕩幅度的變化不大?？芍辔浑娙葜饕獙?duì)振蕩器的起振及振蕩輸出頻率產(chǎn)生影響。經(jīng)仿真要大于30可以正常起振，根據(jù)振蕩器的組成原則，自然可知電容的大小不可大于電感的大小。 圖2-5 時(shí)的仿真結(jié)果 圖2-6 時(shí)的仿真結(jié)果2.4改變電源大小的仿真將電壓大小調(diào)到8v得到圖2-7，將電壓大小調(diào)整15v得到圖2-8。觀察圖2-7可知，振蕩器的輸出振蕩頻率為4.974MHz，與圖2-2對(duì)比可知變化不大，但是幅度有了明顯的改變，對(duì)比可知幅度變小了。觀察圖2-8可知，振蕩器的輸出振蕩頻率為5.004MHz，與圖2-2對(duì)比

15、可知變化不大，幅度明顯變大。則可知電源的大小主要影響振蕩輸出幅度的大小，對(duì)振蕩器的輸出頻率影響較小。根據(jù)三極管的參數(shù)及偏置電阻，此時(shí)電源的電壓應(yīng)該大于4.5v，仿真可知電壓應(yīng)小于18v，即電壓大小處于4.5v18v之間可以正常起振。 圖2-7 電源電壓時(shí)的仿真結(jié)果 圖2-7 電源電壓時(shí)的仿真結(jié)果3 心得體會(huì)本次課設(shè)主要是利用Multisim軟件對(duì)電容三端式振蕩器的仿真分析。模擬的結(jié)果與理論上的分析基本一致。說明Multisim軟件可以完成高頻仿真。通過此次高頻課設(shè)首先我學(xué)習(xí)和掌握了Multisim軟件，體會(huì)到了它的強(qiáng)大仿真能力，Multisim幫助我們更好地掌握課堂講述的內(nèi)容，使我們加深對(duì)概念與原理的理解，僅僅靠課堂上的聽講很難加深我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，彌補(bǔ)了課堂教學(xué)存在的不足，通過電路仿真，使我們可以熟悉常用電子儀器的測(cè)量方法，培養(yǎng)我們綜合分析的能力，開發(fā)、創(chuàng)新的能力，排除故障的能力。相信它對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作都會(huì)有所幫助。其次我對(duì)電容三端式振蕩器有了更加深刻的了解尤其是克拉潑