LC正弦波振蕩電路的仿真分析

1、精選文檔摘 要 振蕩器的種類很多，適用的范圍也不相同，但它們的基本原理都是相同的，都由放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)組成，都要滿足起振，平衡和穩(wěn)定條件。然后通過所學的高頻學問進行初步設(shè)計，由于受實踐條件的限制，在設(shè)計好后，我利用了模擬軟件進行了仿真與分析。為了學習Multisim軟件的使用，以及熬煉電子仿真的力量，我選用的仿真軟件是Multisim10.0版本，該軟件供應(yīng)了功能強大的電子仿真設(shè)計界面和便利的電路圖和文件管理功能。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析力量。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕獲和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和驗證

2、。關(guān)鍵詞：LC振蕩回路；仿真；正弦波信號；Multisim軟件； 目 錄一、緒論1二、方案確定121電感反饋式三端振蕩器222電容反饋式三端振蕩器22.3 振蕩平衡條件一般表達式424起振條件和穩(wěn)幅原理4三、LC振蕩器的基本工作原理4四、 總電路設(shè)計和仿真分析54.1軟件簡介54.2 總電路設(shè)計74.3 進行仿真74.4 各個原件對電路的影響9五、心得體會11參考文獻12附錄13電路原理圖13元器件清單13 一、緒論在本課程設(shè)計中，對LC正弦波振蕩器的仿真分析。正弦波振蕩器用來產(chǎn)生正弦溝通信號的電路，它廣泛應(yīng)用于通信、電視、儀器儀表和測量等系統(tǒng)中。在通信方面，正弦波震蕩器可以用來產(chǎn)生運載信息的

3、載波和作為接收信號的變頻或調(diào)解時所需要的本機振蕩信號。醫(yī)用電療儀中，用高頻加熱。在課程設(shè)計中，學習Multisim軟件的使用，以及熬煉電子仿真的力量，我選用的仿真軟件是Multisim10.0版本，該軟件供應(yīng)了功能強大的電子仿真設(shè)計界面和便利的電路圖和文件管理功能。我利用了仿真軟件對電路進行了一寫的仿真分析，得到了與理論值比較相近的結(jié)果，這表明電路的原理設(shè)計是比較成功的，本次課程設(shè)計也是比較成功的。本課程設(shè)計中要求設(shè)計的正弦波振蕩器能夠輸出穩(wěn)定正弦波信號，本設(shè)計中所涉及的仿真電路是比較簡潔的。但通過仿真得到的結(jié)論在實際的類似電路中有很普遍的意義。二、方案確定通過對高頻電子線路相關(guān)學問的學習，我

4、們知道LC正弦波振蕩器主要有電感反饋式三端振蕩器、電容反饋式三端振蕩器以及改進型電容反饋式振蕩器（克拉波電路和西勒電路）等。其中互感反饋易于起振，但穩(wěn)定性差，適用于低頻，而電容反饋三點式振蕩器穩(wěn)定性好，輸出波形抱負，振蕩頻率可以做得較高。我們這里爭辯的主要是LC三端式振蕩器。21電感反饋式三端振蕩器圖1 電感三點式振蕩器電感反饋震蕩電路如圖1，它的優(yōu)點是：由于和之間有互感存在，所以簡潔起振。其次是轉(zhuǎn)變回路電容來調(diào)整頻率時，基本上不影響電路的反饋系數(shù)，比較便利。這種電路的主要缺點是：與電容反饋震蕩電路想比，其震蕩波形不夠好。這是由于反饋支路為感性支路，對高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故對于LC回路中的高次

5、諧波反饋較強，波形失真較大。其次是當工作頻率較高時，由于和上的分布電容和晶體管的極間電容均并聯(lián)于與兩端，這樣，反饋系數(shù)F隨頻率變化而變化。工作頻率愈高，分布參數(shù)的影響也愈嚴峻，甚至可能使F減小到滿足不了起振條件?？傊捎诖嬖诨ジ?，電路不好計算而且波形失真較大，在此不再仿真分析。這種電路盡管它的工作頻率也能達到甚高頻波段，但是在甚高頻波段里，優(yōu)先選擇的還是電容反饋振蕩器。 22電容反饋式三端振蕩器電容三點式振蕩器又稱為考畢茲振蕩器，如圖2：圖2 電容三點式振蕩器原理圖對于電容三點式振蕩器，反饋系數(shù)F的表達式為：不考慮各極間電容的影響，這時諧振回路的總電容量為、的串聯(lián)，即振蕩頻率的近似為與電感三

6、端震蕩電路想比，電容三端振蕩器的優(yōu)點是輸出波形較好，這是由于集電極和基極電流可通過對諧波為低阻抗的電容支路回到放射極，所以高次諧波的反饋減弱，輸出的諧波重量削減，波形更加接近于正弦波。其次，該電路中的不穩(wěn)定電容（分布電容、器件的結(jié)電容等）都是與該電路并聯(lián)的，因此適當?shù)募哟蠡芈冯娙萘?，就可以減弱不穩(wěn)定因素對振蕩器的影響，從而提高了頻率穩(wěn)定度。最終，當工作頻率較高時，甚至可以只利用器件的輸入和輸出電容作為回路電容。因而本電路適用于較高的工作頻率。這種電路的缺點是:調(diào)或來轉(zhuǎn)變震蕩頻率時，反饋系數(shù)也將轉(zhuǎn)變。但只要在L兩端并上一個可變電容器，并令與為固定電容，則在調(diào)整頻率時，基本上不會影響反饋系數(shù)。2.

7、3 振蕩平衡條件一般表達式 震蕩條件為 振幅平衡條件 24起振條件和穩(wěn)幅原理振蕩器在剛剛起振時，為了克服電路中的損耗，需要正反饋強一些，即要求。既然，起振后就要產(chǎn)生增幅振蕩，需要靠三極管大信號運用時的非線性特性去限制幅度的連續(xù)增加，這樣電路必定產(chǎn)生失真。這就要靠選頻網(wǎng)絡(luò)的作用，選出多次諧波中的基波重量作為輸出信號，以獲得正弦波輸出。也可以再反饋網(wǎng)絡(luò)中加入非線性穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，用以調(diào)整放大電路的增益。從而達到穩(wěn)幅目的。三、LC振蕩器的基本工作原理振蕩器是不需外信號激勵、自身將直流電能轉(zhuǎn)換為溝通電能的裝置。LC振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器，由晶體管等有源器件和具有選頻作用的無源網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)組成。振蕩器依據(jù)自

8、身輸出的波形可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器，正弦波振蕩器在廣播通訊、自動把握、儀器儀表、高頻加熱、超聲探傷等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用；而非正弦振蕩器能產(chǎn)生出矩形波(方波)、三角波、鋸齒波等信號，這些信號可以用于測量設(shè)備、數(shù)字系統(tǒng)、自動把握及計算機設(shè)備中。本設(shè)計爭辯的就是正弦波振蕩器。其框圖如圖1所示。放大電路選頻網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)輸出圖3 振蕩器原理框圖由所學學問可知，構(gòu)成一個振蕩器必需具備下列三個條件：1) 一套振蕩回路，包含兩個（或兩個以上）儲能元件。在這兩個元件中，當一個釋放能量時，另一個就接收能量。釋放與接收能量可以來回進行，其頻率打算于元件的數(shù)值。2) 一個能量來源，補充由振蕩回路電阻所產(chǎn)

9、生的能量損失。在晶體管振蕩器中，這個能源就是直流電源。3) 一個把握設(shè)備，可以使電源功率在正確的時刻補充電路的能量損失，以維持等幅振蕩。這是由有源器件和正反饋電路完成的。四、 總電路設(shè)計和仿真分析：4.1軟件簡介Multisim是一個特地用于電子線路設(shè)計與仿真的EDA工具軟件，它是加拿大IIT公司（Interactive Image Technologise Ltd.）推出的繼EWB之后的版本。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析力量。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕獲和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和驗證。同學可以很便利地把

10、剛剛學到的理論學問用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來，并且可以用虛擬儀器技術(shù)制造出真正屬于自己的儀表。Multisim軟件特點:(1)直觀的圖形界面：整個操作界面就像一個電子試驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的把握面板和操作方式都與實物相像，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線猶如在真實儀器上看到的一樣。(2)豐富的元器件庫：Multisim大大擴充了EWB的元器件庫， 包括基本元件、半導體器件、運算放大器、TTL和CMOS數(shù)字IC、DAC、ADC及其他各種部件，且用戶可通過元件編輯器自行創(chuàng)建或修改所需元件模型，還可通過liT公司網(wǎng)站

11、或其代理商獲得元件模型的擴充和更新服務(wù)。(3)豐富的測試儀器：除EWB具備的數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙通道示波器、掃頻儀、字信號發(fā)生器、規(guī)律分析儀和規(guī)律轉(zhuǎn)換儀外，Multisim 新增了瓦特表、失真分析儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀。尤其與EWB不同的是：全部儀器均可多臺同時調(diào)用。(4)完備的分析手段：除了EWB供應(yīng)的直流工作點分析、溝通分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極點一零點分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞狀況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim 新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電

12、路的分析設(shè)計要求。(5)強大的仿真力量：Multisim 既可對模擬電路或數(shù)字電路分別進行仿真，也可進行數(shù)?；旌戏抡?，尤其是新增了射頻(RF) 電路的仿真功能。仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出錯的緣由，仿真結(jié)果可隨時儲存和打印。雙通道示波器：雙通道示波器主要用來顯示被測量信號的波形，還可以用來測量被測信號的頻率和周期等參數(shù)。如右圖所示。A,B表示兩個信號的通道，Ext Trig表示外接觸發(fā)信號輸入端，“-”表示接地。如圖4：圖4 雙通道示波器頻率計：頻率計可以用來測量數(shù)字信號的頻率，周期，相位以及脈沖信號的上升沿和下降沿。如右圖所示。應(yīng)當留意的是，在Multisim中不能用頻率計來測量較低

13、頻率的信號。如圖5： 圖5 頻率計4.2 總電路設(shè)計如圖，下圖為LC正弦波電路振蕩器的電路圖，是Multisim軟件畫出的，Multisim軟件是一款功能強大的軟件?？梢员憷旖莸倪M行原理圖的繪制，如圖6：圖6 總電路原理設(shè)計圖4.3 進行仿真分析步驟如下。（1）創(chuàng)建電路。在原件庫中選擇電阻、電容、電源。接地及示波器等，用Multisim畫出如下電路圖7：圖7 仿真電路圖 （2）仿真過程。點擊仿真按鈕，雙擊示波器，觀測示波器顯示。下圖所示為LC正弦波振蕩器的起振過程。LC正弦波振蕩器起振過程波形圖如圖8： 圖8 LC正弦波振蕩器起振過程LC正弦波振蕩器電路波形圖，如圖9：圖9 LC正弦波振蕩器

14、電路波形圖（3）觀測仿真結(jié)果。測試振蕩器各原件的作用，即短路或者開路該元件，觀看振蕩器的工作狀況；進行LC振蕩器波段工作爭辯，即測試振蕩器在多寬的頻率比范圍內(nèi)能平穩(wěn)工作；爭辯LC振蕩器的靜態(tài)工作點、反饋系數(shù)及負載對振蕩器的影響；測試LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度，即爭辯溫度。電源和負載變化對振蕩器頻率穩(wěn)定度的影響。（4）下面我們雙擊頻率計，觀測頻率計的顯示，如圖10： 圖10 頻率計顯示圖4.4 各個原件對電路的影響現(xiàn)在我們要測試各原件的作用。就是開路或者短路該原件，觀看振蕩器的工作狀況。觀看波形。現(xiàn)在我將電路中的R2開路，即刪除R2。通過Multisim軟件再次進行仿真。首先由Multisim畫出的

15、開路R2的電路圖，即刪除R2，如圖11：圖11 開路R2電路圖下面就給出Multisim進行仿真后看到的對波形的影響，如圖12：圖12 R2影響后的波形圖我們可以看到，由于開路了R2，使得振蕩器發(fā)生變化，波形圖中的正弦波變得失真。五、心得體會在本次課程設(shè)計中，我的題目是LC正弦波振蕩電路的仿真分析，依據(jù)所學的高頻電路學問，我擬接受LC三端式振蕩器進行仿真。 經(jīng)過這次的仿真我學到了很多在課本上學不到的東西。這次我利用了仿真軟件Multisim來對自己的設(shè)計電路圖進行仿真。在仿真的過程中，我對正弦波震蕩電路有了更進一步的了解。也讓我更好的把握了各種電路的測試與計算；生疏了電子仿真的工作原理和其具體

16、的使用方法.更深刻的理解課本學問。明白了正弦波振蕩器的分類方法以及各個類型電路的震蕩波形。也漸漸對振蕩器的振蕩頻率、震蕩幅度等相關(guān)技術(shù)指標有了肯定的了解。在本次的設(shè)計報告中， 振蕩電路接通電源后，有時不起振，或者在外界信號猛烈觸發(fā)下才起振（硬激勵），在波段振蕩器中有時只在某一頻段振蕩，而在另一頻段不振蕩等。全部這些現(xiàn)象無非是沒有滿足相位平衡條件或振幅平衡條件。假如在全波段內(nèi)不振蕩，首先要看相位平衡條件是否滿足。對三端振蕩電路要看是否滿足對應(yīng)的相位平衡推斷標準。此外，還要在振幅平衡條件所包含的各種因素中找緣由：1、靜態(tài)工作點選的太小。2、電源電壓過低，使振蕩管放大倍數(shù)太小。3、負載太重，振蕩管與回路間耦合過緊，回路Q值太低。4、回路特性阻抗或介入系數(shù)pce太小，使回路諧振阻抗RO太低。5、反饋系數(shù)kf太小，不易滿足振幅平衡條件。但kf并非越大越好，應(yīng)適當選取。在這個設(shè)計當中，我學會了振蕩電路中的一些基礎(chǔ)理論學問，在設(shè)計電路元件參數(shù)的時候首先要考慮電路起振條件和平衡條件，這分別包含振幅條件和相位條件。經(jīng)過了這次課程設(shè)