完整電容三端式振蕩器克拉潑振蕩器高頻課設(shè)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師： 工作單位：信息工程學(xué)院題目：電容三端式振蕩器(克拉潑振蕩器)初始條件：計(jì)算機(jī)、Multisim軟件要求完成的主要任務(wù):(包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求,以及說(shuō)明書撰寫等具體要求)1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周2、技術(shù)要求：(1) 學(xué)習(xí)Multisim 軟件.(2) 正常工作狀況時(shí)的波形圖.(3) 起振條件的仿真,要求改變偏置電阻、相位電容和電源電壓值,再觀 察起振波形和振蕩電壓的變化情況.3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn).按?武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)?要求撰 寫設(shè)計(jì)報(bào)告書.全文用A4紙打印,圖紙應(yīng)符合繪圖標(biāo)準(zhǔn).時(shí)間安排：2021.9.18下達(dá)任務(wù)書2021

2、.9.19-9.26根據(jù)要求設(shè)計(jì)電路,在計(jì)算機(jī)上仿真,并撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告 書；2021年9月28日上午,鑒主13樓實(shí)驗(yàn)室辯論.指導(dǎo)教師簽名：年 月 日系主任(或責(zé)任教師)簽名:摘要I.AbstractII1緒論1.2緒論設(shè)計(jì)方案及原理 1.2.1 克拉潑振蕩器簡(jiǎn)介 2 .2.2設(shè)計(jì)方案2.2.3設(shè)計(jì)原理4.2.4參數(shù)計(jì)算5.3 Multisim 仿真分析 6.3.1軟件介紹6.3.2克拉潑振蕩器的仿真7.3.3仿真結(jié)果分析 114心得體會(huì).12參考文獻(xiàn)13附錄1.4摘要克拉潑振蕩器是電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電路,屆丁LC振蕩器的一種,它的振蕩頻率改變不影響反響系數(shù),振蕩幅度比較穩(wěn)定,廣泛應(yīng)用丁

3、各類電子設(shè) 備中,克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小,因此克拉潑振蕩器適合作為固定頻率的振 蕩器.本文首先介紹了克拉潑振蕩器的理論根底,緊接著計(jì)算了所設(shè)計(jì)電路的參 數(shù),從理論上論證了此電路的可行性,隨后運(yùn)用 Multisim軟件繪制了所設(shè)計(jì)的 克拉潑振蕩器并進(jìn)行仿真,得到仿真結(jié)果,最后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,并與理論 值和理論波形進(jìn)行比較.關(guān)鍵詞：克拉潑振蕩器；Multisim ；振蕩頻率；幅度AbstractCarat oscillator is the improved circuit of three-point capacitance oscillator, belongs to a kind o

4、f LC oscillator, the oscillation frequency changes will not affect the feedback coefficient of oscillation amplitude is stable, widely used in all kinds of electronic equipment, carat spilt oscillator frequency coverage is small, so the carat spilt oscillator for a fixed frequency oscillator.This ar

5、ticle first introduces the theory foundation of carat spilt oscillator was followed by the calculation of the designed circuit parameters, theoretically demonstrates the feasibility of this circuit, and then use Multisim software made by carat spilt oscillator design and simulation, simulation resul

6、ts, finally the results of simulation is analyzed, and compared with the theoretical value and theoretical waveform.Keywords : Carat spilt oscillator;Multisim;Oscillation frequency;amplitude1緒論在電子線路中,除了要有對(duì)各種電信號(hào)進(jìn)行放大的電子線路外, 還需要有能 在沒有鼓勵(lì)信號(hào)的情況下產(chǎn)生周期信號(hào)的電子電路, 這種在無(wú)需外加鼓勵(lì)信號(hào)的 情況下,能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量的

7、 電子電路稱為振蕩器.振蕩器的種類很多,根據(jù)工作原理可以分為反響型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器. 根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)采用的器件可分為 LC振蕩器、晶體振蕩器、變壓器耦合振蕩器等. 振蕩器的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)源,廣泛應(yīng)用丁各類電子設(shè)備中.為此,振蕩器是電子技術(shù)領(lǐng)域中最根本的電子線路,也是從事電子技術(shù)工作人員必須要熟練掌 握的根本電路.共基電容三點(diǎn)式振蕩器接通電源后,由丁電路中的電流從無(wú)到有變化,將產(chǎn) 生脈動(dòng)信號(hào),因任一脈沖信號(hào)包含有許多不同頻率的諧波, 因振蕩器電路中有一 個(gè)LC諧振回路,具有選頻作用,當(dāng)LC諧振回路的固有頻率與某一諧波頻率相 等時(shí),電路產(chǎn)生諧振.雖然脈動(dòng)的信號(hào)很微小,通過(guò)電路放大及正反響使

8、振蕩幅 度不斷增大.當(dāng)增大到一定程度時(shí),導(dǎo)致晶體管進(jìn)入非線性區(qū)域,產(chǎn)生自給偏壓, 使放大器的放大倍數(shù)減小,最后到達(dá)平衡,振蕩幅度就不再增大了.丁是使振蕩 器只有在某一頻率時(shí)才能滿足振蕩條件, 丁是得到單一頻率的振蕩信號(hào)輸出.共 基電容三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：振蕩波形好；電路的頻率穩(wěn)定度較高；工作頻率 可以做得較高,可到達(dá)幾+ MH羽幾白MH力勺甚高頻波段范圍.電路的缺點(diǎn)：振 蕩回路工作頻率的改變,假設(shè)用調(diào)電容實(shí)現(xiàn)時(shí),反響系數(shù)也將改變.使振蕩器的頻 率穩(wěn)定度不高.為克服共基電容三點(diǎn)式振蕩器的缺點(diǎn), 可對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)電 路的特點(diǎn)是在共基電容三點(diǎn)式振蕩器的根底上, 用一電容申聯(lián)丁電感支路,功用 主

9、要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來(lái)提升振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性.使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提升.與共基電容三點(diǎn)式振蕩器電路相比,在電感L支路上申聯(lián)一個(gè)電容,它有以下特點(diǎn)：振蕩頻率改變可不影響反響系數(shù)； 振蕩幅 度比較穩(wěn)定；但申聯(lián)電容不能太小,否那么導(dǎo)致停振,所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋 率較??；為此,克拉潑振蕩器適合與作固定頻率的振蕩器.2設(shè)計(jì)方案及原理2.1克拉潑振蕩器簡(jiǎn)介正弦波振蕩器是指在沒有輸入信號(hào)的情況下就能自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為 特定頻率和振幅的正弦交變能量的電路. 正弦波振蕩器廣泛運(yùn)用丁各種電子設(shè)備 中.例如,無(wú)線發(fā)射機(jī)的載波信號(hào)源,超外差式接收機(jī)中的本地振蕩信號(hào)源,電 子測(cè)量?jī)x器中的

10、正弦波信號(hào)源,數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘信號(hào)源.在這些應(yīng)用中,對(duì)振 蕩器提出的要求主要是振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性, 其中尤以振蕩頻率的準(zhǔn)確性 和穩(wěn)定性最為重要.近年來(lái),隨著通信電子領(lǐng)域的迅速開展, 對(duì)電子設(shè)備的要求 越來(lái)越高,尤其是對(duì)像振蕩器等這種根底部件的要求更是如此.克拉潑振蕩器是電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電路,在電容三點(diǎn)式電路中,要減小極問(wèn)電容在回路總電容中的比重, 可以采用局部接入的方法.在電容三點(diǎn)式 振蕩電路的回路中,僅多加一個(gè)申聯(lián)電容即構(gòu)成克拉潑振蕩器.由丁極問(wèn)電容對(duì) 電容反響振蕩器的回路電抗均有影響, 所以對(duì)振蕩器也會(huì)有影響.而極問(wèn)電容受 環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響較大,所以其電路的頻率

11、穩(wěn)定性不高. 而克拉 潑振蕩器對(duì)電路做的改進(jìn)恰恰減小了晶體管極問(wèn)電容對(duì)回路的影響,由于它的頻率的改變是取決丁參加的申聯(lián)電容的.克拉潑振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)最高工作 頻率與最低工作頻率之比較小,一般只有1.21.3,它主要用丁固定頻率或波段范圍較窄的場(chǎng)合.2.2設(shè)計(jì)方案所設(shè)計(jì)的克拉潑振蕩器的整體電路如圖 2-1所示,其中L2、C5和C6是濾波 網(wǎng)絡(luò)；三極管、R1、R2、R3和R4主要用丁偏置和放大；C1、C2、C4和L1用 丁選頻；Cb用丁反響；C3, RL是振蕩器的負(fù)載；克拉潑振蕩器的交流通路如 圖2-2所示.總體來(lái)看,它是由三局部構(gòu)成的,即放大網(wǎng)絡(luò),選頻回路和反響網(wǎng) 絡(luò).在振蕩頻率上可以將 C

12、4和L1申聯(lián)電路等效為一電感,該電路滿足三端式 振蕩器的組成原那么,而且屆丁電容反響振蕩器.圖2-1克拉潑振蕩器電路圖圖2-2克拉潑振蕩器交流通路克拉潑振蕩器的振蕩器的振蕩頻率改變可不影響反響系數(shù),振蕩幅度比較穩(wěn)定,但是克拉潑振蕩器的頻率覆蓋范圍較小.而本次的設(shè)計(jì)任務(wù)并沒有高頻率覆 蓋范圍的技術(shù)要求,因此選用圖2-1所示的電路可以滿足本次的設(shè)計(jì)要求,完成 本次設(shè)計(jì)任務(wù).2.3設(shè)計(jì)原理由圖2-1可以看出,回路的總電容為11C4 C1,C2C4 C4111C C1 C2可見,回路的總電容將主要由(DC4決定,而極問(wèn)電容與C1, C2并聯(lián),所以極問(wèn)電容的影響就很??；并且C1,C2只是回路的一局部,晶

13、體管以局部接入的形式與回路連接,減弱了晶體管與回路之間的耦合.接入系數(shù)p為C C3 p C1 C1C1, C2的取值越大,接入系數(shù)p越小,耦合越弱.因此,克拉潑振蕩器的頻率 穩(wěn)定度得到了提升.但 C1, C2不能過(guò)大,假設(shè)電感兩端的電阻為 R0 即回路的諧振電阻,那么等效到晶體管 c、e兩端的負(fù)載電阻RL為2RL p R0因此,C1過(guò)大,負(fù)載電阻c、C4 AA2R.RL很小,放大器增益就較低,環(huán)路增益也就較小,(3)有可能使振蕩器停振.振蕩器的振蕩頻率為W1 wo .,LC LC反響系數(shù)的大小為(5)Kf C1C2克拉潑振蕩器主要用丁固定頻率或波段范圍較窄的場(chǎng)合.這是由于克拉潑振蕩器頻率的改變

14、是通過(guò)調(diào)整 C4實(shí)現(xiàn)的,根據(jù)式2可知,C4的改變,負(fù)載電阻將隨之改變,放大器的增益也將變化,調(diào)頻率時(shí)有可能因環(huán)路增益缺乏而停振;另外,由丁負(fù)載電阻的變化,振蕩器的輸出幅度也將變化,導(dǎo)致波段范圍內(nèi)輸出 幅度變化較大.克拉潑振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)最局工作頻率與最低工作頻率之 比一般只有1.21.3.2.4參數(shù)計(jì)算三極管選用 2N2222A,其 DATA SHEET 的 quick reference data項(xiàng)如圖 2-3 所示,參數(shù)計(jì)算必須要考慮并滿足圖中的要求.SYMBOLPARAMETERCDNDinONSMIN.MAX.UNITcolleclor-oae vol la2N2222 2N222

15、2Aopen smilter6075V VVcEOcolleciarTmitter voHaac2N22222N2222Aopen base3040V VIcollectar curert DeimAF F7-Itola power disipalicriTgimb,3 25 C500mWDC currerrt cainfc3lO(TrA;VcEs 10 V75一hIcansltion frenuftflcy2N22222N2222Ah 20m 網(wǎng) V： f mOC MH；2503Q0MHzMHzlunvofF time成=150 eA; 1 洶-15 mA; Ig = -15 mA25.re

16、圖 2-3 2N2222A quick reference data合理地選擇振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn),對(duì)振蕩器的起振,工作的穩(wěn)定性,波形質(zhì)量的好壞有著密切的關(guān)系.-般小功率振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)選在遠(yuǎn)離飽和區(qū)而 靠近截止區(qū)的地方.根據(jù)上述原那么,一般小功率振蕩器集電極電流Icq大約在0.8-4mA 之間選取.應(yīng)選取 IcQ=2mA, Vceq=6V,取 VCC=12V,那么易得 R3+R4=3K Q,為提升電路的穩(wěn)定性 R4值適當(dāng)增大,取R3=1KQ那么R4 = 2K Q.根據(jù)基爾 霍夫電壓定理和歐姆定理易得偏置電路的電阻可取為R1為100K Q的可變電阻,R2=12K Q,以滿足電路的技術(shù)要求.其

17、它的參數(shù)設(shè)置如下,Cb=1uF, L2=300uH, C5=C6=10nF,負(fù)載 C3=1uF, RL=5.1KQ.選頻網(wǎng)絡(luò) C1=900pF, C2=3000pF, L1=100uH , C4取為100pF的可變電容.那么根據(jù)1, 、f0 l(6)2,LC可得振蕩頻率大概在1.5Mhz到5.5Mhz,中央頻率大概在3.5Mhz,由丁克拉潑 振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較小,故邊緣頻率相對(duì)不穩(wěn)定.根據(jù)式(5),反響系數(shù)Kf 為0.3.并且以上參數(shù)均不違背三極管數(shù)據(jù)表的要求.3 Multisim 仿真分析3.1軟件介紹Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器NI推出的以 Windows為根底的仿真 工具,適用丁板

18、級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作.它包含了電路原理圖的圖形 輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式,具有豐富的仿真分析水平.工程師們可以使 用Multisim交互式地搭建電路原理圖,并對(duì)電路進(jìn)行仿真.Multisim提煉了 SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容,這樣工程帥無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì),這也使其更適合電子學(xué)教育.通過(guò) Multisim和虛擬 儀器技術(shù),PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲 與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程.Multisim可以設(shè)計(jì)、測(cè)試和演示各種電子電路,包括電工電路、模擬電路、 數(shù)字電路、射頻電路及局

19、部微機(jī)接口電路等.它有豐富的元件庫(kù),并開設(shè)了網(wǎng)站, 為用戶提供元器件模型的擴(kuò)充和技術(shù).而且 Multisim的虛擬測(cè)試儀器儀表種類 齊全,其操作方法與實(shí)際儀器十分相似；具有較為詳細(xì)的電路分析功能,可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電 路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分 析等18種電路分析方法,根本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計(jì)的要求；并且 提供了多種輸入輸出接口.Multisim可以與國(guó)內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化 軟件Protel及電路仿真軟件Pspice之間的文件接口,也能通過(guò)Windows電路圖送 往文字出路系

20、統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版,同時(shí)還支持VHDL和Verilog HDL語(yǔ)言的電路仿真與設(shè)計(jì).NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真,能夠快速、輕松、 高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證.憑借 NI Multisim ,您可以立即創(chuàng)立具有完整組 件庫(kù)的電路圖,并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPICE模擬器模仿電路行為.借助專業(yè)的高級(jí) SPICE分析和虛擬儀器,您能在設(shè)計(jì)流程中提早對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證,從而縮短建模循環(huán).與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成,完善了具有強(qiáng) 大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程,從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量.3.2克拉潑振蕩器的仿真根據(jù)前述設(shè)計(jì)方案的電路圖和相關(guān)

21、參數(shù),利用 Multisim繪制出得電路圖如圖3-1所示圖3-1克拉潑振蕩器電路圖正常工作狀態(tài)時(shí)的波形圖如圖3-2所示圖3-2克拉潑振蕩器波形圖增大偏置電阻R1的值,波形圖如圖3-3所示.圖3-3增大偏置電阻后克拉潑振蕩器波形圖減小偏置電阻R1的值,波形圖如圖3-4所示.圖3-4減小偏置電阻后克拉潑振蕩器波形圖改變電源電壓為8V,得到的波形圖如圖3-5所示.圖3-5電源電壓為8V時(shí)波形圖改變電源電壓為20V,得到的波形圖如圖3-6所示.圖3-6電源電壓為20V時(shí)波形圖改變C3的大小,當(dāng)C3=100p,20p,10p時(shí)振蕩頻率分別如圖3-7,圖3-8,圖3-9所示Frequency Counte

22、r-XFCl圖3-7可變電容為100pF時(shí)振蕩頻率圖3-8可變電容為20pF時(shí)振蕩頻率圖3-9可變電容為10pF時(shí)振蕩頻率3.3仿真結(jié)果分析由仿真結(jié)果可得,此克拉潑振蕩器電路工作正常,可以輸出正常波形.增大 偏置電阻R1的值,振蕩器波形幅度減小,甚至停振；減小偏置電阻R1的值,出現(xiàn)波形失真的現(xiàn)象.減小電源電壓值那么波形幅度減小, 假設(shè)電源電壓過(guò)小,那么電 路不能工作；增大電源電壓值那么波形幅度增大.改變可變電容C3的值那么振蕩頻率會(huì)發(fā)生變化,此電路能輸出1.5Mhz到5.5Mhz的正常振蕩波形,中央頻率3.5Mhz,同時(shí)調(diào)頻率時(shí)負(fù)載電阻將隨之變化,因此放大器的增益會(huì)發(fā)生變化,有可能由于環(huán)路增益缺乏而停振.實(shí)際仿真波形的頻率和幅度符合所計(jì)算的理論 值.4心得體會(huì)在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,我所進(jìn)行的是“電容三端式振蕩器克拉潑振蕩器 這一題目,通過(guò)認(rèn)真地學(xué)習(xí),成功地得到了克拉潑振蕩器的波形圖和仿真結(jié)果.感覺通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì),收獲頗豐.不僅掌握了 Multisim這一電路仿真軟件的運(yùn) 用,而且對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次成功的梳理和穩(wěn)固,這是一次很好的鍛煉.對(duì)這次高頻電子線路課程設(shè)計(jì),我感覺自己的收獲還不僅僅局限丁此,