实训报告：正弦波振荡器设计multisim

高频电路（实训）报告

项目：正弦波振荡器仿真设计

班级：2014级应电2班

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摘要

自激式振荡器是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅值的交变能量电路。正弦波振荡器的作用是产生频率稳定、幅度不变的正弦波输出。基于频率稳定、反馈系数、输出波形、起振等因素的综合考虑，本次课程设计采用电容三点式振荡器，运用multisim软件进行仿真。根据静态工作点计算出回路的电容电感取值，得出输出频率与输出幅度有效值以达到任务书的要求。

关键词：电容三点式；振荡器；multisim；

目录

1、绪论 (1)

2、方案的确定 (2)

3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算 (3)

3.1 反馈振荡器的原理和分析 (3)

3.2. 电容三点式振荡单元 (4)

3.3 电路连接及其参数计算 (5)

4、总体电路设计和仿真分析 (6)

4.1组建仿真电路 (6)

4.2仿真的振荡频率和幅度 (7)

5、参数调整对比/结论 (8)

附录 (15)

附录Ⅰ元器件清单 (15)

附录Ⅱ电路总图 (16)

1、简介

振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。凡是可以完成这一目的的装置都可以作为振荡器。一个振荡器必须包括三部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持

下去。选频网络则只允许某个特定频率0f能通过，使振荡器产生单一频率的输出。

振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压

U和输入电压i U要相等，这是振幅平衡条件。二是f U和i U必须相位相同，这是相位f

平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。

本次课程设计我设计的是电容反馈三点式振荡器，电容三点式振荡器，也叫考毕兹振荡器，是自激振荡器的一种，这种电路的优点是输出波形好。电容三点式振荡器是由串联电容与电感回路及正反馈放大器组成。因振荡回路两串联电容的三个端点与振荡管三个管脚分别相接而得名。

本课题旨在根据已有的知识及搜集资料设计一个正弦波振荡器，要求根据给定参数设计电路，并利用multisim仿真软件进行仿真验证，达到任务书的指标要求，最后撰写课设报告。报告内容按照课设报告文档模版的要求进行，主要包括有关理论知识介绍，电路设计过程，仿真及结果分析等。

主要技术指标：输出频率9 MHz，输出幅度（有效值）≥5V。

2、方案的确定

正弦波振荡器分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。其中LC和晶体振荡器用于产生高频正弦波，RC振荡器用于产生低频正弦波。LC振荡器是一种能量转换器，由晶体管等有源器件和具有选频作用的无源网络及反馈网络组成

LC振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。

由课程设计的技术指标来看本次正弦波振荡器课程设计选择电容反馈三点式振荡器。

电容反馈的三点式振荡器主要是通过电容反馈，所以可减弱高次谐波的反馈，使振荡产生的波形得到改善，又适用于较高波段工作，目前已被广泛的应用于本振，调频，VCO 压控振荡器等高频电路中。

3、工作原理、硬件电路的设计和参数的计算

3.1 反馈振荡器的原理和分析

反馈振荡器原理方框图如图3.1所示。反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）作负载，是一个调谐放大器。

图3.1反馈振荡器方框图

为了能产生自激振荡，必须有正反馈，即反馈到输入端的自你好与放大器输入端的信号相位相同。定义A （S ）为开环放大器的电压放大倍数：

)

()

()(S U S U S A i o =

F(S)为反馈网络的电压反馈系数：

)()

()('S U S U S F o i =

)(S A f 为闭环电压放大倍数：

)

()(1)

()()()(S F S A S A s U s U S A i o f ⋅-=

=

在振荡开始时，由于激励信号较弱，输出电压的振幅o U 则比较小，此后经过不断放大与反馈循环，输出幅度o U 开始逐渐增大，为了维持这一过程使输出振幅不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即：

1)(>jw T

因此起振的振幅条件是：

1.

.

>⋅F A

起振的相位条件是：

πϕϕn F A 2=+

要使振荡器起振必须同时满足起振的振幅条件和相位条件。其中起振的相位条件即为正反馈条件。

3.2. 电容三点式振荡单元

该单元由放大器、反馈网络和选频网络组成，放大单元由2N2923三极管构成放大电路，将反馈信号放大，反馈网络起正反馈，将信号反馈到放大单元输入，进一步放大，选频网络根据自身参数，在复杂的频谱中选取与自身谐振频率相同的频率将其反馈，所以此信号得以不断放大最终由输出端输出。其单元电路图如图3.2。

图3.2振荡电路

3.3 电路连接及其参数计算

如图3.3为电容反馈三点式原理电路，图中L，C4和C5组成振荡器回路，作为晶体管放大器的负载阻抗，反馈信号从C5两端取得，送回放大器输入端。

图3.3电容三点式振荡器

对于晶体管静态工作点，合理地选取振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。一般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流 I CQ大约在

0.8-4mA 之间选取，故本设计电路中选取

I CQ=1mA V CEQ=I CQ*R2=0.001*2000=2Vβ=100

由图可知发射极与两个同性质电抗相连，集电极与基极间连接一个异性质电抗，满足了相位平衡条件。技术指标给出f0=9MHz，令L=4μH，通过学习可知电路的振荡频率公式f0为:

f0=1/2π[L(C2C1/ (C2+C1)]1/2

图3.3中的C4 与C5分别为公式中的C1和C2,通过计算可得出总电容C

C = C2C1/ (C2+C1)=7.83*10^-11F