LC振蕩器設(shè)計(jì)解析

1、課程設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 電子與信息工程學(xué)院信息與通信工程系目錄 TOC o 1-5 h z 摘 要. - 2 - HYPERLINK l bookmark10 o Current Document Abstract . - 2 -引言 . - 3 -概述. - 4 - HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理 - 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 振蕩器必須滿足條件 - 4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Do

2、cument 起振條件 - 4 - HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 平衡條件 - 5 - HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 穩(wěn)定條件 - 5 - HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 硬件設(shè)計(jì)西勒電路 - 6 - HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 西勒電路原理圖 -6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 西勒電路說明 -6 HYPERLINK l bo

3、okmark32 o Current Document 西勒電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置 -7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 西勒電路參數(shù)設(shè)定 -8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 軟件仿真 . - 9 - HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 軟件簡(jiǎn)介 - 9 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 仿真波形 -10 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 仿真分析

4、 -11結(jié)論. - 11 - HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4.1 設(shè)計(jì)的功能 -11 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4.2 設(shè)計(jì)不足 -11 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 心得體會(huì) -12-參考文獻(xiàn) . - 12 -致謝. 錯(cuò)誤! 未定義書簽。摘要振蕩器是一種不需要外加激勵(lì)、電路本身能自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為具有某種波形的 交流能量的裝置。種類很多，使用范圍也不相同，但是它們的基本原理都是相同的，即滿 足起振、平衡和穩(wěn)定條件。通過對(duì)電

5、感三點(diǎn)式振蕩器(哈脫萊振蕩器) 、電容三點(diǎn)式振蕩 器(考畢茲振蕩器)以及改進(jìn)型電容反饋式振蕩器(克拉波電路和西勒電路)的分析，根 據(jù)課設(shè)要求頻率穩(wěn)定度 10-4, 西勒電路具有頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，適合 做波段振蕩器等優(yōu)點(diǎn) , 因此選擇西勒電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。繼而通過 Multisim 設(shè)計(jì)電路與仿真。關(guān)鍵詞 ： 振蕩器；西勒電路 ；MultisimAbstractThe oscillator is a kind of dont need to motivate, circuit itself automatically device for DC energy into a wav

6、eform AC energy applied. Many different types of oscillators, using range is not the same, but the basic principles are the same, to meet the vibration, the equilibrium and stability conditions. Based on the inductance of the three point type oscillator ( Hartley), three point capacitance oscillator

7、 ( Colpitts) and improved capacitor feedback oscillator (Clapp and Seiler) analysis, according to class requirements, Seiler circuit with high frequency stability, amplitude stability frequency regulation, convenient, suitable for the band oscillator etc., so the final choice of Seiler circuit desig

8、n. Then through the Multisim circuit design and simulation.Key Words ： Oscillator; Seiler; Multisim引言在信息飛速發(fā)展的時(shí)代，對(duì)信息的獲取、傳輸與處理的方法越來(lái)越受到人們的重視。 如何高效快捷且沒有失真?zhèn)鬟f信息成為關(guān)注的熱點(diǎn)。通過對(duì)高頻電子線路課程的學(xué)習(xí)，了 解到高頻信號(hào)發(fā)生器主要用來(lái)向各種電子設(shè)備和電路提供高頻能量或者高頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以 便測(cè)試各種電子設(shè)備和電路的電氣特性。一般采用 LC 調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容 器的度盤刻度讀出。高頻信號(hào)發(fā)生器主要是產(chǎn)生高頻正弦振蕩波，故電路主要是由高頻振

9、 蕩電路構(gòu)成。振蕩器的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。為此，振 蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子線路。振蕩器主要分為晶體振蕩器和LC振蕩器，本次課設(shè)采用LC振蕩器。LC振蕩器中的基 本電路就是通常所說的三點(diǎn)式振蕩器，即 LC 回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連 接而成的電路。其中三點(diǎn)式又分為兩種基本電路。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)由電容還是電感完成的分 為電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器。同時(shí)為了提高振蕩器的穩(wěn)定度，通過對(duì)電容三點(diǎn)式 振蕩器的改進(jìn)可以得到克拉潑振蕩器和西勒振蕩器兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器。其中互 感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出

10、波 形理想，振蕩頻率可以做得較高。通過對(duì)各電路的比較，以及根據(jù)課設(shè)要求頻率穩(wěn)定度 10-4 等綜合考慮，最終選擇西勒 振蕩器，并完成相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。1概述反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理振蕩器是不需外信號(hào)激勵(lì)、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。反饋式振蕩器有兩部分組成：放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)?？驁D如下所示。放大器的增益：A= V0/ Vi(1.1-1)反饋系數(shù)：F= Vf/ V 0(1.1-2)1-1反饋式振蕩器組成框圖振蕩器必須滿足條件起振條件振蕩電路在剛接通電源時(shí)候，晶體管中電流從零躍變到某一數(shù)值，同時(shí)，電路中還有 噪聲，它們具有很寬的頻譜。由于放大器負(fù)載回路的選頻作用，其中只有某個(gè)頻率分量才

11、 能通過反饋網(wǎng)絡(luò)加到放大器的輸入端，這就是振蕩器最初激勵(lì)信號(hào)。為了使振蕩器在接通 直流電源后能夠自動(dòng)起振，則要求反饋電壓在相位上與放大器輸入電壓同相，在幅度上則 要求VfV ,起振的充分必要條件?？梢詫懗桑篎A 1(1.2-1)W A+W F=2 nn n=0,1,2,3,(1.2-2)(1.2-1)是振幅起振條件，(1.2-2)是相位起振條件。兩者必須同時(shí)滿足才能起振。平衡條件振蕩器幅度不能無(wú)限增長(zhǎng)下去，當(dāng)達(dá)到某數(shù)值時(shí)候，振蕩器將保持幅度不變，這時(shí)候有Vf= Vi，所以平衡條件為AF=1.或者可以寫成：AF=1(1.2-3)W A+W F=2 nn n=0,1,2,3,(1.2-4)(1.2

12、-3)和(1.2-4)分別稱為振幅平衡條件和相位平衡條件。穩(wěn)定條件當(dāng)振蕩器受到外部因素的擾動(dòng)(如電源電壓波動(dòng)、溫度變化、噪聲干擾等)，將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化破壞原來(lái)的平衡狀態(tài)。如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振 蕩器越來(lái)越偏離原來(lái)的平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài)，則表明原 來(lái)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。反之，如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到 原平衡點(diǎn)的趨勢(shì)，并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài)，則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。振蕩器的穩(wěn)定條件相應(yīng)地可分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。振幅穩(wěn)定條件要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。具體來(lái)說，就是在

13、 平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時(shí)，環(huán)路增益將減小，從而使振幅減小。相位穩(wěn)定條件同理，要使相位穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止相位變化的能力。即有振蕩器 的相位穩(wěn)定條件。0(1.2-5 )2硬件設(shè)計(jì)一一西勒電路西勒電路原理圖西勒電路是在克拉潑電路的L兩端并聯(lián)上一個(gè)電容得到的，有效的改善了克拉潑電路 可調(diào)范圍小的缺點(diǎn)，電路圖如圖所示：原理電路(交溢等效電路西勒電路說明電路的特點(diǎn)：是在克拉潑電路的基礎(chǔ)上，用一電容C4,并聯(lián)于電感L兩端。作用是保持了晶體管與振蕩回路弱耦合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。除此之外，西勒電路 還具有振蕩幅度比較穩(wěn)定；振蕩頻率可以較高；頻率覆蓋率較大，可達(dá)1.6

14、1.8，因而在一些短波超、短波通信機(jī)，電視接收機(jī)中用的較多。該電路振幅起振條件：AF 1（2.2-1）該電路相位起振條件：A F 2n（2.2-2）振幅平衡條件：AF 1（2.2-3）相位平衡條件：A f 2 n（2.2-4）西勒電路靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)振蕩器的起振，工作的穩(wěn)定性，波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系。-般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離飽和區(qū)而靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)上述原則，一般小功率振蕩器集電極電流Icq大約在0.8-4mA之間選取，故本實(shí)驗(yàn) 電路中：選 I cQ=2mA Vceq=7.5V ,B =100,則有：15 7.523.75KU CC U C

15、EQReRcI CQ為提高電路的穩(wěn)定性 艮值適當(dāng)增大，取Re=1則Rc= 2.75K Q因?yàn)椋篣Eq=I cq Re則：UEQ=2mAX 1K=2V因?yàn)椋篿 bq=i c(/ b則：1 BQ=2mA/100=0.02mA一般取流過Rb2的電流為5-101 bq ,若取101 bq因?yàn)椋篤bq2.7VRb2VBQ VEQ0.7Rb2門 *13.5K1 BQ0.2因?yàn)椋篟VccVbq rb1b2Vbq則：15V2o7VRb112K54.67K2.7V西勒電路參數(shù)設(shè)定回路中的各種電抗元件都可歸結(jié)為總電容 C和總電感L兩部分。確定這些元件參量的方法，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先選定一種，而后按振蕩器工作頻率再計(jì)算出另

16、一種電抗元件量。從原 理來(lái)講，先選定哪種元件都一樣，但從提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的觀點(diǎn)出發(fā)，以保證回路電容Cp遠(yuǎn)大于總的不穩(wěn)定電容 Cd原則，先選定Cp為宜。若從頻率穩(wěn)定性角度出發(fā)，回路電容應(yīng)取大一些，這有利于減小并聯(lián)在回路上的晶體管的極間電容等變化的影響。但C不能過大,C過大，L就小，Q值就會(huì)降低，使振蕩幅度減小，為了解決頻穩(wěn)與幅度的矛盾，通常采用 部分接入。反饋系數(shù)F=C1/C2,不能過大或過小，適宜1/8 1/2。等效電容:C4C3C4C2C3所以振蕩頻率:12 , L C3C412 丄 C3 C4根據(jù)課設(shè)要求，工作頻率5MHz所以:5.0MHz2 .丄 10-6 ( C3 C4)10-12先設(shè)定

17、L的值：L=10uH,可以求出:(C3 C4) 101.42pF所以取C3=50pF,C4=51.12pR反饋系數(shù)F=C1/C2不能過大或過小，適宜1/8 1/2 且遵循 C1、C2C3 C4 的條件，因此 C1=200pF,C2=510pF F=200/510 =0.39。為了盡可能地減小負(fù)載對(duì)振蕩電路的影響，振蕩信號(hào)應(yīng)盡可能從電路的低阻抗端輸 出。3 軟件仿真軟件簡(jiǎn)介Multisim是一個(gè)專門用于電子線路設(shè)計(jì)與仿真的EDA工具軟件，它是加拿大IIT公司（Interactive Image Technologise Ltd.）推出的繼EWBL后的版本。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描

18、述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 NI Multisim 軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn) 證?？梢院芊奖愕匕褎倓倢W(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬 儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。Multisim 軟件特點(diǎn) :1）直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件 和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來(lái)，軟件 儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上 看到的一樣。2）豐富的元器件庫(kù)：Multisim 大大擴(kuò)充了 EWB勺元

19、器件庫(kù)， 包括基本元件、半導(dǎo)體 器件、運(yùn)算放大器、TTL和CMO數(shù)字IC、DAC ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件 編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可通過 liT 公司網(wǎng)站或其代理商獲得元件模型的 擴(kuò)充和更新服務(wù)。3）豐富的測(cè)試儀器：除EWB具備的數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀外， Multisim 新增了瓦特表、失真分析 儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與EW環(huán)同的是：所有儀器均可多臺(tái)同時(shí)調(diào)用。4）完備的分析手段：除了 EWB提供的直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉 分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析

20、、極點(diǎn)一零點(diǎn)分析、傳輸函數(shù) 分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外， Multisim 新增了直流掃描分析、 批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的 分析設(shè)計(jì)要求。5）強(qiáng)大的仿真能力： Multisim 既可對(duì)模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真，也可進(jìn)行數(shù)?；旌戏抡妫绕涫请娐返姆抡婀δ?。仿真失敗時(shí)會(huì)顯示出錯(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因，仿真結(jié)果可隨時(shí)儲(chǔ)存和打印3.2仿真波形下圖為西勒電路振蕩器的電路圖，是 Multisim 軟件畫出的，可以對(duì)其進(jìn)行仿真:仿真波形如圖所示:*!卜 til 中ptl 3U I.*電 *仿真的頻率：5.47仿真分析采用西勒振蕩電路，因?yàn)槲骼照袷幤鞯慕尤胂禂?shù)與克拉潑振蕩器的相同，由于改變頻率主要通過C4完成的，C4的改變并不影響接入系數(shù)p,所以波段內(nèi)輸出較平穩(wěn)。而且 C4改變，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.61.8。4結(jié)論設(shè)計(jì)的功能西勒振蕩器：頻率穩(wěn)定性高，振幅穩(wěn)定，頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.61.8，調(diào)頻方便。設(shè)計(jì)不足仿真出來(lái)的波形有略微失真，不是很穩(wěn)定。通過查找資料知道需要從以下方面入手： 首先要看相位平衡條件是否滿足。