基于Multisim10的克拉潑振蕩器的仿真設計定稿

1、摘要摘要1關鍵詞關鍵詞11.引言引言11.1 Multisim10Multisim10的介紹11.2正弦波振蕩器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢22 .克拉潑振蕩器原理克拉潑振蕩器原理22.1克拉潑振蕩器的電路22.2克拉潑振蕩器的參數(shù)分析32.2.1克拉潑振蕩器的起振條件32.2.2克拉潑振蕩器的振蕩頻率42.2.3克拉潑振蕩器的參數(shù)影響52.2.4克拉潑振蕩器的主要特點53 .克拉潑振蕩器的仿真與調(diào)試克拉潑振蕩器的仿真與調(diào)試63.1克拉潑振蕩器的仿真分析63.2電容參數(shù)改變對波形的影響9總結(jié)總結(jié)9參考文獻參考文獻9致謝致謝11基于基于Multisim10Multisim10的克拉潑振蕩器的仿真設計的克拉潑

2、振蕩器的仿真設計XXX電子信息系摘要：摘要：隨著科學技術的發(fā)展，振蕩器在各領域中的運用越來越廣泛，如通信、電子、航海航空航天等領域扮演重要的角色。本文的主要內(nèi)容是利用Multisim對克拉潑振蕩器進行仿真分析。 首先介紹了克拉潑振蕩器的由來、 電路分析和參數(shù)分析，通過對振蕩器的各大組成部分的基本原理、功能及應用的分析，從理論上畫出合適的電路原理圖。然后再利用Multisim對克拉潑振蕩電路進行仿真分析，可以得到電路的仿真波形是一串連續(xù)的正弦波，改變電路的電容參數(shù)，會使正弦波發(fā)生失真。關鍵詞：關鍵詞：克拉潑振蕩器；仿真；MultisimThedesignandsimulationofClappo

3、scillatorbasedonThedesignandsimulationofClapposcillatorbasedonMultisim10Multisim10LvWandong,DepartmentofElectronicInformationAbstract:Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theoscillatorisusedwidelyinvariousfields,suchascommunication,electronics,maritimeaerospaceandotherfieldsplayanimport

4、antrole.ThemaincontentofthispaperistouseMultisimsimulationanalysisofClappOscillatoristhemajorpartoftheanalysisofbasicprinciple,functionandapplicationoftheoreticallydrawtherightcircuitsimulationanalysis,cangetthecircuitsimulationwaveformisasequenceofsinewave,changetheparametersofthecapacitanceoftheci

5、rcuit,canmakesinewavedistortionoccurs.Keywords:Keywords:ClappOscillator;Simulation;Multisim1 1.引言1.1 Multisim10Multisim10的介紹Multisim是InteractiveImageTechnologies公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，使用于班級模擬/數(shù)字電路板的設計工作。 它包含了電路原理圖的圖形出入， 電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，為適應不同的應用場合，Multisim推出了許多版本1。而Multisim10是最新的版本，它是一個原理電路設計

6、、電路功能測試的虛擬電路仿真軟件，一個虛擬電子實驗室。軟件可以虛擬設計測試和演示各種電子電路（電工學、模擬電路、數(shù)字電路等），能夠進行詳細的電路分析功能，以幫助設計人員分析電路的新能。Multisim10是學習電子設計專業(yè)必備的軟件2。1.2正弦波振蕩器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢正弦波振蕩器是指在沒有輸入信號控制的情況下就能自動地將直流能量轉(zhuǎn)換為特定頻率和振幅的正弦交變能量的電路。正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設備中。例如，無線發(fā)射機中的載波信號源，超外差式接收機中的本地振蕩信號源，電子測量儀器中的正弦波信號源，數(shù)字系統(tǒng)中的時鐘信號源網(wǎng)。在這些應用中，對振蕩器提出的要求主要是振蕩頻率和振蕩振幅的準確性和穩(wěn)

7、定性，其中尤以振蕩頻率的準確性和穩(wěn)定性最為重要。正弦波振蕩器的另一類用途是作為高頻加熱設備和醫(yī)用電療儀器中的正弦交變能源。在這類應用中，對振蕩器提出的要求主要是高效率地產(chǎn)生足夠大的正弦交變功率，而對振蕩器的準確性和穩(wěn)定性的要求一般不苛求，本文討論的是前一類用途的振蕩器。從早期的真空管時代到后期的晶體管時代，無論是理論上還是電路結(jié)構(gòu)和性能上，無論是體積上還是制作成本上無疑都取得了飛躍性的進展囿。近年來，隨著通信電子領域的迅速發(fā)展，對電子設備的要求越來越高，尤其是對像振蕩器等這種基礎部件的要求更是如此。我國在電子通信領域市場潛力非常大，自主研究高性能、高質(zhì)量、低成本的振蕩器市場前景廣闊，意義巨大5

8、。2 2.克拉潑振蕩器原理2.1克拉潑振蕩器的電路克拉潑（Clapp）振蕩器是電容三點式振蕩器的改進型電路，在電容三點式電路中，要減小極間電容在回路總電容中的比重，可以采用部分接入的方法6。在電容三點式振蕩器電路的回路中，僅多加一個與Ci、C2相串聯(lián)的電容C3即構(gòu)成了克拉潑振蕩器，圖2-1-1（a）和（b）分別是它的實際電路和相應的交流通路。通常C3取值較小，滿足C3G,C3C2,回路總電容C主要取決于C3o而回路中的不穩(wěn)定電容主要是三極管的極間電容Cce、Cbe、Ccb,它們又都直接并接在CC2上，不影響C3值，結(jié)果是減小了這些不穩(wěn)定電容對振蕩頻率的影響，而且C3越小，這種影響越小，環(huán)路增益

9、就越小，回路標準性就越高，實際情況下，克拉潑電路的頻穩(wěn)度大體上比電容三點式電路局一個量級，可達10工10.6。2.2克拉潑振蕩器的參數(shù)分析2.2.1克拉潑振蕩器的起振條件圖2-2-1克拉潑電路(a)及其開環(huán)電路(b)在如圖2-2-1(a)所示的克拉潑電路中，L、C3的串聯(lián)支路呈感性，該電路符合三點式電路的組成法則，即與發(fā)射極連接的為Ci和C2,而不與發(fā)射極連接的為感性電抗。該電路滿足相位平衡條件。在X處斷開，可以得到如圖2-2-1(b)所示的開環(huán)電路。它的反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)保持不變，仍為門=&/(&+C2),C2=C2+Cb,e,不同的僅是R(=R/Qo)需要通過C3和Ci2(

10、=GC2/(Ci+C2)的電容分壓網(wǎng)絡折算到集電=CB(b)交流通路(a)實際電路圖2-1-1克拉潑振蕩電路(a)克拉潑電路(b)開環(huán)電路4極上，折算后的數(shù)值為n；R；（或g；/n；）,其中國=C3/（C3+孰2）。因此，該電路的振幅起振條件為：一gnn1,其中，gi=1/re7g/n2n?gi2.2.2克拉潑振蕩器的振蕩頻率克拉潑振蕩電路是在電容三點式振蕩電路的基礎上，采用L和C3的串聯(lián)電路代替原來的L而構(gòu)成的。由圖2-2-1（b）可知，在工作頻率上，L與C3串聯(lián)支路應等效為一個電感，Ci和C2以及并接在Ci、C2上的Cce、Cbe只是整個回路電容的一部分，晶體管以部分接入的方式與歸路聯(lián)接，

11、這樣就減弱了晶體管與回路的耦合。由于C3Ci,C3C2,因而回路總電容近似等于C3,振蕩器的振蕩11頻率osc為:osc=f&J,LCLC3一1一C=CC301113!+!+!-C1CceC2CbeC3顯然，管子的結(jié)電容對切osc的影響是很小的，而且C3越小，結(jié)電容對振蕩頻率的影響就越小。但是，由于G、C2只是整個振蕩回路的一部分，晶體管是以部分接入的方式與回路連接， 減弱了晶體管與回路之間的耦合。 而晶體管的電壓反饋系數(shù)為：FUbe15。|Uce|C2如果設回路L兩端的等效負載為R,則集電極負載電阻R為RL=C3RL=P2RL,P為回路總阻抗反映到管子ce端的接入系數(shù)，其值。1）C2

12、CC2可見C3減小RL也減小，從而導致放大倍數(shù)下降，影響起振條件6由于通過改變C3來改變振蕩頻率的同時會影響負載電阻RL變化，進而影響振蕩器的性能，故克拉潑振蕩器不適合用作頻率可變的振蕩器。2.2.3克拉潑振蕩器的參數(shù)影響如圖2-2-1(a)所示， 在電容三點式振蕩電路中接入C3后， 雖然振蕩器的反饋系數(shù)不變，但是接在電感L兩端的電阻R；(=RL/R0)折算到振蕩管集基極間的數(shù)值(設為R)減小，其值為：2心的=|J3RL3+G,2/式中，C1,2是G、C2和包括各極間電容在內(nèi)的總電容。因而，放大器的增益亦即環(huán)路增益將相應減小。顯然，C2越小，環(huán)路增益就越小?？梢姡谶@種振蕩電路中，減小C3來提

13、高回路標準性是以犧牲環(huán)路增益為代價的。如果C3取值過小,振蕩器就不能滿足振蕩起振條件而停振8。2.2.4克拉潑振蕩器的主要特點振蕩器簡單地說就是一個頻率源，一般用在鎖相環(huán)中。詳細地說就是一個不需要外信號激勵、自身就可以將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能的裝置。一般分為正反饋和負阻型兩種。所謂“振蕩”，其涵義就暗指交流，振蕩器包含了一個從不振蕩到振蕩的過程和功能。 能夠完成從直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)化， 這樣的裝置就可以稱為“振蕩器”。簡單地說，振蕩器的作用是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。振蕩器電路的特點：優(yōu)點是高次諧波成分小，波形好；缺點是調(diào)節(jié)頻率影響反饋系數(shù)，受三極管等效輸入電流和輸出電流影響9?？死瓭婋娐肥请?/p>

14、容三點式振蕩電路的改進型，也有它自身所具有的特點。首先，由于Cce、Cbe的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合；第二，調(diào)整G、C2的值可以改變反饋系數(shù)，但對諧振頻率的影響很??；第三，調(diào)整C3的值可以改變反饋系數(shù)，但對諧振系數(shù)無影響。由于放大倍數(shù)與頻率的立方成正比，故隨著放大頻率的增加振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。所以，克拉潑電路的波段范圍不寬，波段覆蓋系數(shù)小，一般約為1.2-1.3;其次，增大Ci和減小C2時會引起振蕩幅度下降，波段內(nèi)輸出幅度不均勻，難于起振；最后就是工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大3 3.克拉潑振蕩器的仿真與調(diào)試3.1克拉潑振蕩器的仿真分析根據(jù)克拉潑振蕩器的原理

15、，繪制如圖3-1-1所示的電路:10將上圖在Multisim10仿真軟件中繪制如圖3-1-2所示的電路:C5C551QuH51QuH：0 0-圖3-1-2克拉潑仿真電路設置C6為0%,即C6=0pF,振蕩波形輸出如圖3-1-3所示:圖3-1-1克拉潑實例電路-TOriF-TOriF：G3G3士TnFTnFI1aUii：2M2222A2M2222Ar r柒A-XKey=A-XKey=A- -riiaaaarr5：；：IF1uFIF1uF時間時間電電一一通道通道通道通道號號I巾跳巾跳比例比例1 12 2nsAvnsAv比例比例|1|1VAivVAiv一一比例比例甲而甲而邊沿邊沿巧立師巧立師呂呂卜卜

16、| |X X位置位置00V V位置位置55士）士）Y Y位置位置33電平電平55 丁丁所所加載加載I I昭昭|AC|Q反用反用| |寓匚寓匚| |0 0辰辰-I I類型類型正玄正玄| |標淮標淮| |自動自動圖3-1-3C6為0%的振蕩波形圖3-1-4C6為25%的振蕩波形T3TlT3Tl時間軸時間軸時間時間690,965ms690,965msS90,%SmsS90,%Sms的的515ns515ns通道通道/ /通道通道2.6792.679V VL995L995V V46744674V V- -謂謂道道，| |浦道浦道？| |比例比例|i|iW W比例比例|5|5處處邊沿邊沿Y位置位置5整整丫

17、位置丫位置3電平電平ACAC| |0 0 5c5c | |0 0 DCDC _J_JC類型類型反向反向保存保存Ext,TriggerTrigger通道小通道小通道邛通道邛376.337mV376.337mV-2.466-2.466V V-2,845-2,845V V反向反向| |保存保存ExtTuggerExtTugger時間時間690.525ms690.525ms690,525ms690,525ms606.06Ips606.06Ips設置C6為25%,即C6=7.5pF,振蕩波形輸出如圖3-1-4所示:通道通道B觸發(fā)觸發(fā)- -比例比例TW加加邊沿邊沿IF1小部小部中位置中位置| | 電平電平

18、5IV 。| |類型類型_ _匹玄匹玄I標標fI自珈自珈而而圖3-1-5C6為50%的振蕩波形設置C6為50%,即C6=15pF,振蕩波形輸出如圖3-1-5所示:通道通道/ /2.9592.959V V-2,025V-2,025V-4,985V-4,985V通道通道，反向反向保存保存Ext.TuggerExt.Tugger時間時間690,903ms690,903690,903msms39,39,773ns773ns設置C6為75%,即C6=22.5pF,振蕩波形輸出如圖3-1-6所示:圖3-1-6C6為75%的振蕩波形通道通道A比例比例U例例丫位置丫位置|5|M|dJMr設置C6為100%,即

19、C6=30pF,振蕩波形輸出如圖3-1-7所示:圖3-1-7C6為100%的振蕩波形3.2電容參數(shù)改變對波形的影響從以上振蕩波形可知，隨著C6的逐漸增大，振蕩波逐漸穩(wěn)定。當C6較小時,如圖3-1-3、3-1-4,振蕩波不太穩(wěn)定；當C6較大時，如圖3-1-6、3-1-7,振蕩波比較穩(wěn)定。因此，C6不能太小，一般應較大些6?？偨Y(jié)通過本次的論文設計，使我進一步了解了克拉潑振蕩電路的特性與原理。接著查找資料，找到各個模塊的電路圖，了解各個模塊的工作原理與特性。確定本次設計的電路，然后在Multisim10仿真軟件中繪制出電路圖，進行仿真分析，模擬分析結(jié)果與實際結(jié)果基本一致，說明Multisim10仿真軟件能夠運用于高頻電路的仿真。Multisim10幫助我們更好地掌握課堂講述的內(nèi)容，使我們加深對概念與原理的理解，僅僅靠課堂上的聽講很難加深我們對所學知識的理解，彌補了課堂教學存在的不足，通過電路仿真，使我們可以熟悉常用電子儀器的測量方法，培養(yǎng)我們綜合分析的能力，開發(fā)、創(chuàng)新的能力，排除故障的能力。參考文獻1趙建春.基于Multisim的電子技術仿真教學.考試周刊，2001(30).2黃培根.Multisim10虛擬仿真和業(yè)余制版實用技術M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.3劉明亮.振蕩器的原理和應用.北京：高等教