高频三级项目——正弦振荡器的仿真设计.ppt

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1、小组成员：张曌、翟小宝、陈春指导教师：田野,高频三级项目,题目基于Mulisim仿真的正弦振荡器,论文结构,改进式电容反馈式三端振荡器,1.1基本原理图及起振条件分析,1.2基本设计流程,各元件参数的选择,1.3仿真结果分析,1.3.1起振过程分析1.3.2频率稳定度分析1.3.3工作点电流对振荡波形的影响,01电容反馈式三点振荡器,1.1基本原理图,电容反馈振荡器的原理图,（1）电路的振荡频率,（其中，C为回路的总电容）,（2）电路的起振条件,电容反馈式三端振荡器,01,1.2设计流程,振荡器的设计通常是进行一系列设计考虑和近似估算，选择合理的线路和工作点，确定元件的数值，而工作状态和元件的

2、准确数字需要在调整、调试中最后确定。,设计原则：,1.2.1设计偏置电路程,确定 的值,确定 的值,为了方便调节晶体管的工作点，将Re取为2000欧姆的可变电阻器；,确定 的值,1.2.1设计偏置电路,为了方便调节晶体管的工作点，将Rc取为由一个680欧姆的固定电阻和一个500欧姆的可变电阻器组成；,选定晶体管的型号,为了方便调整三极管的各参数以及提高仿真速度，选择BJT-NPN虚拟晶体管,1.2.1设计振荡及反馈电路,查阅资料，可得反馈系数F=0.10.5较为合适，所以取F=1/3由经验公式，,(其中，c为光速，为振荡频率，假设所设计的电路振荡频率为10KHz),通过计算，可取,由振荡频率的

3、计算公式，可求得L=3.3uF,确定振荡回路C和L的值,电容反馈振荡器的仿真电路图,起振过程,起振阶段,振荡平衡阶段,振荡频率,振荡频率:9.538MHz,频率的理论值：10.11MHz,相对准确度：,振荡波形,通过调节电位器Re值，利用探针记录节点C的电流值，并观察对应波形振荡的情况。,结论：偏置电路工作点的设置影响谐振回路是否能起振以及振荡是否能稳定，但并不影响振荡频率。,1.克拉泼振荡器克拉泼振荡器是用电感L和可变电容C3（C3C1、C2）的串联电路代替原来电感。,(a)实际电路;(b)交流等效电路,（1）电路的振荡频率,（2）电路的反馈系数,克拉泼振荡器,当电容器C5调节至40%时，即

4、C5=4pF，振荡频率为43.011MHz;而此时的理论上的振荡频率为43.8058MHz，相对准确度为0.018。,结论：调节电容值可改变电路的振荡频率，但当电容值过大时，振荡电路就不能起振。,2.西勒振荡器 西勒振荡器的主要特点,就是与电感L并联一可变电容C4，同样有C3C1、C2。,(a)实际电路;(b)交流等效电路,（1）电路的振荡频率,西勒振荡器,20,02,电感反馈式三端振荡器,电感反馈振荡器的原理图,（1）电路的振荡频率,（其中，L为回路的总电感）,测得的频率值为11.986MHz;理论上计算的频率值为12.58MHz，相对准确度为-0.0472,03,互感耦合调集振荡器,（1）

5、电路的振荡频率,当两线圈的耦合系数为0.5时，通过调节电位器，电路产生稳定的振荡频率，其振荡频率为8.115MHz,（1）将k=0.5代入耦合系数的计算公式 可得两线圈的互感系数M=2.26uH（2）将L1=3.3uH，L2=6.2uH，C=100pF代入 可得理论振荡频率f=8.5MHz（3）实际测量的振荡频率为8.115MHz，相对准确度为0.045。,耦合系数（M的值）对振荡频率的影响,结论：由表中数据可得，耦合系数越大，互感系数M越大，稳定时振荡频率越小。由公式可知振荡频率与M成反比，所以实验结论与理论相符合。,1并联型晶体振荡器（1）皮尔斯电路电容反馈式并联晶体振荡器振荡频率在晶体的

6、串联谐振频率和并联谐振频率之间时晶体呈感性。,（1）电路的振荡频率,（2）电路的反馈系数,并联石英晶体振荡器,当C3=100pF时，测得的频率值为10.093MHz;理论上计算的频率值为9.98MHz,串联振荡频率:9.86MHz,并联振荡频率:10.094MHz,并联石英晶体的准确度的计算,振荡频率的准确度：振荡器实际工作频率f与标称频率fo之间的偏差,绝对准确度：,相对准确度：,通过仿真中所使用的石英晶体的幅频特性曲线，可得该并联石英晶体的标称振荡频率为10.094MHz。相对准确度为：,2串联型晶体振荡器,通过仿真中所使用的石英晶体的幅频特性曲线，可得该并联石英晶体的标称振荡频率为9.8

7、6MHz。相对准确度为：,电容/电感反馈式三端振荡电路,克拉泼和西勒振荡器,石英晶体振荡器,频率稳定度,频率稳定度为,频率稳定度为,频率稳定为,顶部“开始”面板中可以对字体、字号、颜色、行距等进行修改。,各振荡电路的频率稳定度,提高振荡回路的标准性,温度的改变,导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸将发生变化,而且电容器介质材料的介电系数及磁性材料的导磁率也将变化,从而使电感、电容值改变。,减少晶体管的影响,应选择fT较高的晶体管,fT越高,高频性能越好,可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导,电路易于起振;而且fT越高,晶体管内部相移越小,减少电源、负载等的影响,回路的Q值越大,回路的相频特性斜

8、率就越大,即回路的Q值越大,相位越稳定,LOGO|COMPANY,提高回路的品质因数,振荡器电源应采取必要的稳压措施,提高频率稳定度的措施,各LC振荡器适用情况,总结,优点：对常见的各振荡电路都进行了仿真设计，对元件的参数选择进行了详细叙述，并对振荡电路的两个重要指标进行了分析：对频率相对准确度进行了数值分析；对频率稳定度通过查找资料进行了对比分析。不足之处：对各仿真电路使用的三极管都是虚拟仪器，未使用实际型号的三极管。石英晶体也使用的是虚拟仪器，未使用实际型号的石英晶体，因此仿真电路并不能用于实际电路中。未解决的问题：没有找到测量频率稳定度的方法。,39,参考文献,1 张肃文.高频电子线路（第五版）M.北京：高等教育出版社，20092张肃文.高频电子线路学习指导书（第五版）M.北京：高等教育出版社，20093 曾兴雯.高频电子线路（第三版）M.北京：高等教育出版社，20164张世超.石英晶体振荡器的仿真分析J.西安航空技术高等专科学校学报，2 0 1 1，第 29卷第3期：52.5赵全利.Mulitisim电路设计与仿真 M.北京：机械工业出版社，2016.,40,