正弦波振荡器报告 - 图文

正弦波振荡器的仿真设计

教 务 处

2015年 12月

摘要

振荡器就是在没有外加输入信号的条件下，能自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路。在通信技术领域振荡器的应用十分广泛，它是无线电发送设备的心脏部分，也是超外差式接收机的主要部分。振荡器的主要技术指标有振荡频率、频率稳定度、振荡幅度、振荡波形等。按工作原理振荡器可分为反馈式振荡器和负阻式振荡器。本次实验利用Multisim软件进行了互感耦合振荡器、电感三端式、电容三端式、并联型及串联型石英晶体振荡器的仿真设计，加深了对软件的了解并加深了对基本知识的了解。

关键字：振荡器 石英晶体 正弦波

1.正弦波振荡器的基本原理

1.1振荡电路的基本条件

（1）一套振荡回路，至少包含两个储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接受能量。

（2）一个能量来源，可以补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能量来源是直流电源Vcc。

（3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。如有源器件（电子管、晶体管或集成块等）和正反馈电路。 1.2自激振荡的建立和振荡条件

假设基极电路在S处断开。当输入信号为Vi时，输出电压为Vo（=-Vc），在经过反馈网络输出的反馈电压为Vf。如果Vf的振幅和相位原来信号Vi完全相同，那么如果接通S，撤去外加信号Vi。而以Vf代替它，放大器将继续维持工作。由于此时已经没有外加信号，所以它变成了振荡器。

1.3自激振荡的平衡

问题：振荡器如何由起振过渡到平衡的呢？

因起振条件为AF>1，振荡建立后随着振幅的增加振荡器的工作状态由甲类向乙类再向丙类过渡，使A的值减小某一时刻AF=1达到平衡。 （1）反馈必须是正反馈

反馈到输入端的反馈电压必须与输入电压同相，即满足相位平衡条件 （2）反馈信号必须足够大

一般情况下，放大器的放大倍数A>1，反馈电路的反馈系数F<1。因此需要反馈信号有足够大的增益补足反馈系数的衰减，即满足振幅平衡条件AF=1。 1.4振荡器的稳定

平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已经建立的振荡能否维持，还需要看平衡状态是否稳定。所谓振荡器的稳定平衡，是指在外因的作用下，振荡器在平衡点附近可重新建立新的平衡状态，一旦外因消失，它即能自动恢复到原来的平衡状态。稳定条件分为振幅稳定和相位稳定。 （1）振幅稳定条件:AF=1

（2）相位稳定条件:?A??F?2n?

3.反馈型LC振荡器

3.1互感耦合振荡器

互感耦合振荡器有三种形式：调集电路、调基电路、调射电路。调集电路在高频输出方面比其他两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。调基电路振荡频率在较宽的范围内改变时，振幅比较平稳。互感耦合振荡器在调整反馈时，基本不影响振荡频率。在仿真设计过程中我们设计了调集电路。

其仿真电路图为：

输出波形为：

我们反复调试，并不能输出一个正确的正弦波

3.2电感三点式振荡器

下图分别为电感三点式的原理电路和交流等效电路。L1，L2和C3组成振荡回路，反馈信号从L2两端取得送回放大器输入

11端。 f0???7.042KHZ 谐振频率为： 2?L?C2?5100uH?100nF

L100uH 反馈系数： F?2??2?10?2L15mH 电感三端式 电容三端式 电路图 反馈系数 谐振频率 波形失真 F=L2/L1 F=C1/C2 1 2?LC?小 1 2?C(L1?L2)大

仿真结果为：

测得的输出频率为：6.935KHZ

尝试通过改变C3得到不同的频率，例如令C3=300pF，计算得到 11f0???128.5KHZ 2?L?C2?5100uH?300nF

但实际上其谐振频率为：110.555kHz这与我们计算的理论结果有较大的偏差，且其输出波形也出现失真，可见，虽然改变C可以改变振荡频率，但还是有一定范围要求的。

电感三端式的优点：

（1） 由于L1与L2之间有互感存在，所以容易起振；

（2） 改变回路电容来调整频路时，基本不影响电路的反馈系数。 电感三端式的缺点：

（1） 与电容三端式相比，振荡波形不够好；

（2） 当工作频率较高时，由于L1和L2上的分布电容和晶体管的极间电容均

并联与L1与L2两端使反馈系数随频率变化而变化。

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