用Multisim软件模拟正弦波振荡器电路

正弦波振荡器电路的设计

一．设计要求

1．要求振荡器的工作频率在30MHZ附近。

2．频率的稳定度为1%—5%。

二．设计原理

正弦波振荡器可分为两大类，一类是利用正反馈原理构成的反馈振荡器，它是目前应用最广的一类振荡器。另一类是负阻振荡器，它是将负阻器件直接连接到谐振回路中，领用负阻器件的负电阻效应去抵消回路中的损耗，从而产生出等幅的自由振荡。

本次实验采用负反馈振荡器产生正弦波。原理框图如下：

1、平衡条件与起振条件

（1）振荡的过程

当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大→反馈→放大→反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。

（2）起振条件——为了振荡起来必需满足的条件

由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压Uf 与输入电压Ui 在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf ＞Ui ，即：

起振条件：

2T K F n ψψψπ=+=

|()|1T jw KF => (3)平衡条件——为维持等幅振荡所需满足的条件

振幅平衡条件：

|()|1T jw KF == 相位平衡条件 :

2T K F n ψψψπ=+=

其中n=0,1,2,3…

2、稳定条件

振荡器工作时要处于稳定平衡状态，既要振幅稳定，而且相位要稳定。 振幅稳定条件：AF 与Ui 的变化方向相反。

相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反

三． 设计步骤 1．选定电路形式。

选择电容反馈式的改进型振荡器——克拉泼振荡器。

下图是克拉泼振荡器的交流等效电路。它是用电感L 和电容C3的串联电路构成，且C3<

C1

C2

L1

C3

.

此回路的总电容C 只要由C3决定，因为C1，C2和并联对电路总

电容的影响很小。所以电路的振荡角频率为

103

11LC LC ωω≈== 反馈系数12C F C = 振荡器频率取32MHZ ，则C3电容取50PF ，电感L1取500nH 。

2．选管子

因为要求振荡器的频率为30MHZ ，且通常为了稳频，选T f >（3—10）f ，2N222A 型的NPN 管，其T f 为250MHZ ，所以选择2N222型三极管。

3．确定反馈系数

为了保证振荡器有一定的稳定振幅及容易起振，应选择F L Y R F =3~5，反馈系数范围为0.1~ 0.5，此振荡器的反馈系数取0.4。因为振荡器C3电容取50pF ，要使C3<

4．直流偏置

取直流电源电压为12V ，集电极电流约为1~4mA 。

5． 振荡器辅助电路

电路采用电压偏执，所以需要偏置电容，还需要旁路电容和隔直电容，防止避免高频信号被旁路，且为晶体管集电极构成直流通路，所以要在集电极加上一个扼流圈。

辅助电路见电路图。

四．

模拟电路图及模拟结果

用Multisim 软件模拟正弦波振荡器。电路图如下：

探针1的参数：

振荡波形为：

五． 实验调测及结果分析

实验中出现的问题，比如振荡不稳定，振荡一会就停振，还有直流偏置电流不符合，导致不振或者振动不稳定，这个时候就要选符合参数要求的三极管和反馈系数，调节直流电路，尤其是图中那个变阻电阻。

又图中得振荡器的频率为30.7MHZ ，而设计要求的振荡器频率为32MHZ,所以频率稳定度1000|||30.732|4%32

f f f f f -∆-=== 误差在5%之内，基本符合要求。

六． 实验总结

通过这次实验，不仅巩固了课本上学的理论知识，复习了关于振荡器的知识，而且锻炼了动手能力，将理论和实际联系了起来。最重要的是学会了耐心和坚持不懈，锻炼了解决问题的能力和实际操作能力，这些是在课本上学不到的。所以，这个实验学到了很多。