基于Multisim的克拉潑振蕩器的仿真設(shè)計(jì)定稿

1、目 錄摘 要1關(guān)鍵詞11.引言11.1Multisim10的介紹11.2正弦波振蕩器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢22.克拉潑振蕩器原理22.1克拉潑振蕩器的電路22.2克拉潑振蕩器的參數(shù)分析3克拉潑振蕩器的起振條件32.2.2克拉潑振蕩器的振蕩頻率4克拉潑振蕩器的參數(shù)影響5克拉潑振蕩器的主要特點(diǎn)53.克拉潑振蕩器的仿真與調(diào)試63.1克拉潑振蕩器的仿真分析63.2電容參數(shù)改變對波形的影響9總結(jié)9參考文獻(xiàn)9致 謝11基于Multisim10的克拉潑振蕩器的仿真設(shè)計(jì)XXX，電子信息系摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，振蕩器在各領(lǐng)域中的運(yùn)用越來越廣泛，如通信、電子、航海航空航天等領(lǐng)域扮演重要的角色。本文的主要內(nèi)容是利用

2、Multisim對克拉潑振蕩器進(jìn)行仿真分析。首先介紹了克拉潑振蕩器的由來、電路分析和參數(shù)分析，通過對振蕩器的各大組成部分的基本原理、功能及應(yīng)用的分析，從理論上畫出合適的電路原理圖。然后再利用Multisim對克拉潑振蕩電路進(jìn)行仿真分析，可以得到電路的仿真波形是一串連續(xù)的正弦波，改變電路的電容參數(shù)，會使正弦波發(fā)生失真。關(guān)鍵詞：克拉潑振蕩器；仿真；MultisimThe design and simulation of Clapp oscillator based on Multisim10Lv Wandong, Department of Electronic InformationAbstra

3、ct: With the development of science and technology,the oscillator is used widely in various fields,such as communication,electronics,maritime aerospace and other fields play an important role.The main content of this paper is to use Multisim simulation analysis of Clapp Oscillator is the major part

4、of the analysis of basic principle,function and application of theoretically draw the right circuit simulation analysis,can get the circuit simulation waveform is a sequence of sine wave,change the parameters of the capacitance of the circuit,can make sine wave distortion occurs.Key words: Clapp Osc

5、illator; Simulation; Multisim1.引言1.1Multisim10的介紹Multisim是Interactive Image Technologies公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，使用于班級模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形出入，電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，Multisim推出了許多版本1。而Multisim10是最新的版本，它是一個原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬電路仿真軟件，一個虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。軟件可以虛擬設(shè)計(jì)測試和演示各種電子電路（電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路等），能夠進(jìn)行詳細(xì)的電路分析功

6、能，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的新能。Multisim10是學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)專業(yè)必備的軟件2。1.2正弦波振蕩器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢正弦波振蕩器是指在沒有輸入信號控制的情況下就能自動地將直流能量轉(zhuǎn)換為特定頻率和振幅的正弦交變能量的電路。正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設(shè)備中。例如，無線發(fā)射機(jī)中的載波信號源，超外差式接收機(jī)中的本地振蕩信號源，電子測量儀器中的正弦波信號源，數(shù)字系統(tǒng)中的時鐘信號源3。在這些應(yīng)用中，對振蕩器提出的要求主要是振蕩頻率和振蕩振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，其中尤以振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性最為重要。正弦波振蕩器的另一類用途是作為高頻加熱設(shè)備和醫(yī)用電療儀器中的正弦交變能源。在這類應(yīng)用中，對振蕩器提出的

7、要求主要是高效率地產(chǎn)生足夠大的正弦交變功率，而對振蕩器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的要求一般不苛求，本文討論的是前一類用途的振蕩器。從早期的真空管時代到后期的晶體管時代，無論是理論上還是電路結(jié)構(gòu)和性能上，無論是體積上還是制作成本上無疑都取得了飛躍性的進(jìn)展4。近年來，隨著通信電子領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對電子設(shè)備的要求越來越高，尤其是對像振蕩器等這種基礎(chǔ)部件的要求更是如此。我國在電子通信領(lǐng)域市場潛力非常大，自主研究高性能、高質(zhì)量、低成本的振蕩器市場前景廣闊，意義巨大5。2.克拉潑振蕩器原理2.1克拉潑振蕩器的電路克拉潑（Clapp）振蕩器是電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電路，在電容三點(diǎn)式電路中，要減小極間電容在回路總電容

8、中的比重，可以采用部分接入的方法6。在電容三點(diǎn)式振蕩器電路的回路中，僅多加一個與、相串聯(lián)的電容即構(gòu)成了克拉潑振蕩器，圖2-1-1（a）和（b）分別是它的實(shí)際電路和相應(yīng)的交流通路。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，不影響值，結(jié)果是減小了這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，而且越小，這種影響越小，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)式電路高一個量級，可達(dá)6。 （a）實(shí)際電路 （b）交流通路圖2-1-1 克拉潑振蕩電路2.2克拉潑振蕩器的參數(shù)分析克拉潑振蕩器的起振條件（a）克拉潑電路

9、 （b）開環(huán)電路圖2-2-1 克拉潑電路（a）及其開環(huán)電路（b）在如圖2-2-1（a）所示的克拉潑電路中，、的串聯(lián)支路呈感性，該電路符合三點(diǎn)式電路的組成法則，即與發(fā)射極連接的為和，而不與發(fā)射極連接的為感性電抗。該電路滿足相位平衡條件。 在×處斷開，可以得到如圖2-2-1（b）所示的開環(huán)電路。它的反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)保持不變，仍為，不同的僅是需要通過和的電容分壓網(wǎng)絡(luò)折算到集電極上，折算后的數(shù)值為（或），其中。因此，該電路的振幅起振條件為：，其中，7?？死瓭娬袷幤鞯恼袷庮l率克拉潑振蕩電路是在電容三點(diǎn)式振蕩電路的基礎(chǔ)上，采用和的串聯(lián)電路代替原來的而構(gòu)成的。由圖2-2-1（b）可知，在工作頻率

10、上，與串聯(lián)支路應(yīng)等效為一個電感，和以及并接在、上的、只是整個回路電容的一部分，晶體管以部分接入的方式與歸路聯(lián)接，這樣就減弱了晶體管與回路的耦合。由于，因而回路總電容近似等于，振蕩器的振蕩頻率為：， 。顯然，管子的結(jié)電容對的影響是很小的，而且越小，結(jié)電容對振蕩頻率的影響就越小。但是，由于、只是整個振蕩回路的一部分，晶體管是以部分接入的方式與回路連接，減弱了晶體管與回路之間的耦合。而晶體管的電壓反饋系數(shù)為：。如果設(shè)回路兩端的等效負(fù)載為，則集電極負(fù)載電阻為，為回路總阻抗反映到管子ce端的接入系數(shù)，其值，可見減小也減小，從而導(dǎo)致放大倍數(shù)下降，影響起振條件6。由于通過改變來改變振蕩頻率的同時會影響負(fù)載電

11、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的振蕩器。克拉潑振蕩器的參數(shù)影響如圖2-2-1（a）所示，在電容三點(diǎn)式振蕩電路中接入后，雖然振蕩器的反饋系數(shù)不變，但是接在電感L兩端的電阻折算到振蕩管集基極間的數(shù)值（設(shè)為）減小，其值為：式中，是、和包括各極間電容在內(nèi)的總電容。因而，放大器的增益亦即環(huán)路增益將相應(yīng)減小。顯然，越小，環(huán)路增益就越小?？梢?，在這種振蕩電路中，減小來提高回路標(biāo)準(zhǔn)性是以犧牲環(huán)路增益為代價的。如果取值過小，振蕩器就不能滿足振蕩起振條件而停振8。克拉潑振蕩器的主要特點(diǎn)振蕩器簡單地說就是一個頻率源，一般用在鎖相環(huán)中。詳細(xì)地說就是一個不需要外信號激勵、自身就可以將直流

12、電能轉(zhuǎn)化為交流電能的裝置。一般分為正反饋和負(fù)阻型兩種。所謂“振蕩”，其涵義就暗指交流，振蕩器包含了一個從不振蕩到振蕩的過程和功能。能夠完成從直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)化，這樣的裝置就可以稱為“振蕩器”。簡單地說，振蕩器的作用是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟Ｕ袷幤麟娐返奶攸c(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是高次諧波成分小，波形好；缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)頻率影響反饋系數(shù)，受三極管等效輸入電流和輸出電流影響9?？死瓭婋娐肥请娙萑c(diǎn)式振蕩電路的改進(jìn)型，也有它自身所具有的特點(diǎn)。首先，由于、的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合；第二，調(diào)整、的值可以改變反饋系數(shù)，但對諧振頻率的影響很小；第三，調(diào)整的值可以改變反饋系數(shù)，但對諧振系數(shù)無影響。由于放大倍數(shù)與

13、頻率的立方成正比，故隨著放大頻率的增加振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。所以，克拉潑電路的波段范圍不寬，波段覆蓋系數(shù)小，一般約為；其次，增大和減小時會引起振蕩幅度下降，波段內(nèi)輸出幅度不均勻，難于起振；最后就是工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大10。3.克拉潑振蕩器的仿真與調(diào)試3.1克拉潑振蕩器的仿真分析根據(jù)克拉潑振蕩器的原理，繪制如圖3-1-1所示的電路：圖3-1-1克拉潑實(shí)例電路將上圖在Multisim10仿真軟件中繪制如圖3-1-2所示的電路：圖3-1-2 克拉潑仿真電路設(shè)置為0%，即=0pF,振蕩波形輸出如圖3-1-3所示：圖3-1-3 為0%的振蕩波形設(shè)置為25%，即=7.5pF，

14、振蕩波形輸出如圖3-1-4所示：圖3-1-4 為25%的振蕩波形設(shè)置為50%，即=15pF，振蕩波形輸出如圖3-1-5所示：圖3-1-5 為50%的振蕩波形設(shè)置為75%，即=22.5pF，振蕩波形輸出如圖3-1-6所示：圖3-1-6 為75%的振蕩波形設(shè)置為100%，即=30pF，振蕩波形輸出如圖3-1-7所示：圖3-1-7 為100%的振蕩波形3.2電容參數(shù)改變對波形的影響從以上振蕩波形可知，隨著的逐漸增大，振蕩波逐漸穩(wěn)定。當(dāng)較小時，如圖3-1-3、3-1-4，振蕩波不太穩(wěn)定；當(dāng)較大時，如圖3-1-6、3-1-7，振蕩波比較穩(wěn)定。因此，不能太小，一般應(yīng)較大些6?？偨Y(jié)通過本次的論文設(shè)計(jì)，使我進(jìn)

15、一步了解了克拉潑振蕩電路的特性與原理。接著查找資料，找到各個模塊的電路圖，了解各個模塊的工作原理與特性。確定本次設(shè)計(jì)的電路，然后在Multisim10仿真軟件中繪制出電路圖，進(jìn)行仿真分析，模擬分析結(jié)果與實(shí)際結(jié)果基本一致，說明Multisim10仿真軟件能夠運(yùn)用于高頻電路的仿真。Multisim10幫助我們更好地掌握課堂講述的內(nèi)容，使我們加深對概念與原理的理解，僅僅靠課堂上的聽講很難加深我們對所學(xué)知識的理解，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。參考文獻(xiàn)1趙建春.基于Multisim的電子技術(shù)仿真教

16、學(xué).考試周刊，2001（30）.2黃培根.Multisim10虛擬仿真和業(yè)余制版實(shí)用技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.3劉明亮.振蕩器的原理和應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1983:6-73.4高金玉.高頻電子技術(shù)與應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009:65-67.5鄭應(yīng)光.基礎(chǔ)電子學(xué).北京：人民郵電出版社，1989.6謝佳奎.電子線路-非線性部分M.高等教育出版社，2000:116-142.7黃晨.楊素萍.三點(diǎn)式LC振蕩器相位平衡條件的判別方法J.山東教育學(xué)院學(xué)報，2000（06）.8林偉雄.LC振蕩電路的分析方法及仿真J.漳州師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（02）.9聶典.Multisim9計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2007.10張暉.基于Multisim2001的共射放大電路分析方法J.南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005（04）.致 謝歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了太多的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其是強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師吳彬老師，他對