LC正弦波振荡电路的仿真分析—课程设计

摘要

本文主要叙述的是LC正弦波振荡电路的仿真分析的设计。自激振荡器我们所学中有电容三点式振荡器，电感三点式振荡器。通过对比我们选择电容三点式振荡器。线路简单、易起振、电容三点式振荡器的频率调节范围一般比电感三点式频率调节范围小、输出波形好。电容三点式振荡器都放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。设计之后用mulsitim进行仿真，进行分析。

关键词:LC正弦波振荡电路;电容三点式振荡电路;正弦波信号

目录

1、绪论 (1)

2、方案的确定 (1)

2.1振荡电路的设计 (1)

3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算 (3)

3.1电容三点式振荡器 (3)

3.1.1 振荡平衡条件一般表达式 (3)

3.1.2 参数设计 (4)

3.2 LC正弦波振荡电路的工作原理 (4)

3.3 LC振荡器的振荡条件 (5)

3.3.1相位的平衡条件 (5)

3.3.2振幅平衡条件 (5)

4、总体电路设计和仿真分析 (5)

4.1总体电路设计 (5)

4.2仿真分析 (6)

4.3调试过程 (8)

5、心得体会 (9)

参考文献 (10)

附录 (11)

元器件清单 (11)

1、绪论

LC正弦波振荡电路使用非常广泛。在日常生活中我们也离不开LC正弦波振荡电路电路的应用。例如无线电的收发设备，各种开关电源。它广泛应用于通信、电视、仪器仪表和测量等系统中。在通信方面，正弦波震荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或调解时所需要的本机振荡信号。

本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号，本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。

2、方案的确定

如图2.1所示为方案框图。

图2.1振荡器方案框图

2.1振荡电路的设计

方案一：电容三点式振荡电路。如图2.2所示。

图2.2 电容三点式振荡电路

电容三点式是利用电容C2将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路又叫电容式反馈三点式振荡器。

方案二：电感三点式振荡电路。如图2.3所示。

图2.3 电感三点式振荡电路

电感反馈三点电路，该电路是以LC谐振回路为集电极负载，并利用电感L2将谐振电压反馈到基极上，故称为电感反馈式振荡器。

方案比较：

方案一：优点：（1）电容三点式LC振荡器的最大优点是减小了极间电容的影响，提高了电路频率的稳定性。（2）振荡波形好。（3）电路的频率稳定度较高，工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。

缺点：（1）振荡回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。

方案二：优点：（1）频率范围宽、容易起振。（2）改变谐振回路的电容C，可方便的调节

振荡频率。

缺点：（1）输出波形较差，不能抑制高次谐波的反馈。

经过振荡电路两个方案的对比，我选择电容三点式振荡电路。

3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算

整体电路如图3.1所示。

图3.1 电路的总设计图

3.1电容三点式振荡器

3.1.1 振荡平衡条件一般表达式

震荡条件为 1=F A

振幅平衡条件 1=AF

相位平衡条件

πϕϕϕn F A AF 2±==+

3.1.2 参数设计 对于电容三点式振荡器，反馈系数F 的表达式为：

2

11≈C C C F + （公式1） 不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量为1C 、2C 的串联，即

21111

C C C +=∑ （公式2）

振荡频率的近似为

212

12121

C C C C LC f +≈

≈ππ （公式3）

反馈系数F 为

12C F C ≈

（公式4）

3.2 LC 正弦波振荡电路的工作原理

振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC 谐振回路，具有选频作用，当LC 谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即1=AF ，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件。

3.3 LC 振荡器的振荡条件

3.3.1相位的平衡条件

（1）1X 、2X 应为同性质的2X 电抗元件。即与晶体管发射极相连的两个电抗元件性质相同，要么均为感性元件，要么均为容性元件。

（2)3X 与1X 、2X 的电抗性质相反。即与晶体管基极相连的两个电抗元件性质相反。

3.3.2振幅平衡条件

反馈信号的振幅应该大于或等于输入信号的振幅，即1..≥F A 。振荡器接通电源后，由

于电路中存在某种扰动，这些微小的信号，通过电路放大及正反馈使振荡不断增大。当增大到一定的程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生子给偏压，引起晶体管的放大倍数减少。

最后达到平衡，即 1.

.≥F A 。震荡幅度就不再增大了。振荡器有一个LC 并联谐振回路，由于其选频作用，所以使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号，这个振荡器就是正弦波振荡器。

当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即1=AF ，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件。

4、总体电路设计和仿真分析

4.1总体电路设计

如图4.1所示。