基于Multisim10的克拉潑振蕩器的仿真設(shè)計(jì)定稿

1、摘要摘要1關(guān)鍵詞關(guān)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(shì)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(diǎn)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(duì)波形的影響9總結(jié)總結(jié)9參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)9致謝致謝11基于基于Multisim10Multisim10的克拉潑振蕩器的仿真設(shè)計(jì)的克拉潑

2、振蕩器的仿真設(shè)計(jì)XXX電子信息系摘要：摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，振蕩器在各領(lǐng)域中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，如通信、電子、航海航空航天等領(lǐng)域扮演重要的角色。本文的主要內(nèi)容是利用Multisim對(duì)克拉潑振蕩器進(jìn)行仿真分析。 首先介紹了克拉潑振蕩器的由來(lái)、 電路分析和參數(shù)分析，通過(guò)對(duì)振蕩器的各大組成部分的基本原理、功能及應(yīng)用的分析，從理論上畫(huà)出合適的電路原理圖。然后再利用Multisim對(duì)克拉潑振蕩電路進(jìn)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(huì)使正弦波發(fā)生失真。關(guān)鍵詞：關(guān)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(chǔ)的仿真工具，使用于班級(jí)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出入， 電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，為適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，Multisim推出了許多版本1。而Multisim10是最新的版本，它是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)

6、、電路功能測(cè)試的虛擬電路仿真軟件，一個(gè)虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。軟件可以虛擬設(shè)計(jì)測(cè)試和演示各種電子電路（電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路等），能夠進(jìn)行詳細(xì)的電路分析功能，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的新能。Multisim10是學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)專(zhuān)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(shì)正弦波振蕩器是指在沒(méi)有輸入信號(hào)控制的情況下就能自動(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。正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設(shè)備中。例如，無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)中的載波信號(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器中的正弦波信號(hào)源，數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘信號(hào)源網(wǎng)。在這些應(yīng)用中，對(duì)振蕩器提出的要求主要是振蕩頻率和振蕩振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)

7、定性，其中尤以振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性最為重要。正弦波振蕩器的另一類(lèi)用途是作為高頻加熱設(shè)備和醫(yī)用電療儀器中的正弦交變能源。在這類(lèi)應(yīng)用中，對(duì)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(duì)振蕩器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的要求一般不苛求，本文討論的是前一類(lèi)用途的振蕩器。從早期的真空管時(shí)代到后期的晶體管時(shí)代，無(wú)論是理論上還是電路結(jié)構(gòu)和性能上，無(wú)論是體積上還是制作成本上無(wú)疑都取得了飛躍性的進(jìn)展囿。近年來(lái)，隨著通信電子領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)像振蕩器等這種基礎(chǔ)部件的要求更是如此。我國(guó)在電子通信領(lǐng)域市場(chǎng)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(chǎng)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(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(diǎn)式振蕩器電路的回路中，僅多加一個(gè)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(shí)際電路和相應(yīng)的交流通路。通常C3取值較小，滿(mǎn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)性就越高，實(shí)際情況下，克拉潑電路的頻穩(wěn)度大體上比電容三點(diǎn)式電路局一個(gè)量級(jí)，可達(dá)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(kāi)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(diǎn)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(mǎn)足相位平衡條件。在X處斷開(kāi)，可以得到如圖2-2-1(b)所示的開(kāi)環(huán)電路。它的反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)保持不變，仍為門(mén)=&/(&+C2),C2=C2+Cb,e,不同的僅是R(=R/Qo)需要通過(guò)C3和Ci2(

10、=GC2/(Ci+C2)的電容分壓網(wǎng)絡(luò)折算到集電=CB(b)交流通路(a)實(shí)際電路圖2-1-1克拉潑振蕩電路(a)克拉潑電路(b)開(kāi)環(huán)電路4極上，折算后的數(shù)值為n；R；（或g；/n；）,其中國(guó)=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(diǎn)式振蕩電路的基礎(chǔ)上，采用L和C3的串聯(lián)電路代替原來(lái)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(yīng)等效為一個(gè)電感，Ci和C2以及并接在Ci、C2上的Cce、Cbe只是整個(gè)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(duì)切osc的影響是很小的，而且C3越小，結(jié)電容對(duì)振蕩頻率的影響就越小。但是，由于G、C2只是整個(gè)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(shè)回路L兩端的等效負(fù)載為R,則集電極負(fù)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(jiàn)C3減小RL也減小，從而導(dǎo)致放大倍數(shù)下降，影響起振條件6由于通過(guò)改變C3來(lái)改變振蕩頻率的同時(shí)會(huì)影響負(fù)載電阻RL變化，進(jìn)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(diǎn)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(shè)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(yīng)減小。顯然，C2越小，環(huán)路增益就越小。可見(jiàn)，在這種振蕩電路中，減小C3來(lái)提

13、高回路標(biāo)準(zhǔn)性是以犧牲環(huán)路增益為代價(jià)的。如果C3取值過(guò)小,振蕩器就不能滿(mǎn)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(diǎn)振蕩器簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一個(gè)頻率源，一般用在鎖相環(huán)中。詳細(xì)地說(shuō)就是一個(gè)不需要外信號(hào)激勵(lì)、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(fù)阻型兩種。所謂“振蕩”，其涵義就暗指交流，振蕩器包含了一個(gè)從不振蕩到振蕩的過(guò)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(chēng)為“振蕩器”。簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是高次諧波成分小，波形好；缺點(diǎn)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。克拉潑電路是電

14、容三點(diǎn)式振蕩電路的改進(jìn)型，也有它自身所具有的特點(diǎn)。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(duì)諧振頻率的影響很小；第三，調(diào)整C3的值可以改變反饋系數(shù)，但對(duì)諧振系數(shù)無(wú)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(shí)會(huì)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(shè)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(shí)例電路-TOriF-TOriF：G3G3士TnFTnFI1aUii：2M2222A2M2222Ar r柒A-XKey=A-XKey=A- -riiaaaarr5：；：IF1uFIF1uF時(shí)間時(shí)間電電一一通道通道通道通道號(hào)號(hào)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(lèi)型類(lèi)型正玄正玄| |標(biāo)淮標(biāo)淮| |自動(dòng)自動(dòng)圖3-1-3C6為0%的振蕩波形圖3-1-4C6為25%的振蕩波形T3TlT3Tl時(shí)間軸時(shí)間軸時(shí)間時(shí)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(lèi)型類(lèi)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(shí)間時(shí)間690.525ms690.525ms690,525ms690,525ms606.06Ips606.06Ips設(shè)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(lèi)型類(lèi)型_ _匹玄匹玄I標(biāo)標(biāo)fI自珈自珈而而圖3-1-5C6為50%的振蕩波形設(shè)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(shí)間時(shí)間690,903ms690,903690,903msms39,39,773ns773ns設(shè)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(shè)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(duì)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(dāng)C6較小時(shí),如圖3-1-3、3-1-4,振蕩波不太穩(wěn)定；當(dāng)C6較大時(shí)，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(yīng)較大些6。總結(jié)通過(guò)本次的論文設(shè)計(jì)，使我進(jìn)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(gè)模塊的電路圖，了解各個(gè)模塊的工作原理與特性。確定本次設(shè)計(jì)的電路，然后在Multisim10仿真軟件中繪制出電路圖，進(jìn)行仿真分析，模擬分析結(jié)果與實(shí)際結(jié)果基本一致，說(shuō)明Multisim10仿真軟件能夠運(yùn)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(duì)概念與原理的理解，僅僅靠課堂上的聽(tīng)講很難加深我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，彌補(bǔ)了課堂教學(xué)存在的不足，通過(guò)電路仿真，使我們可以熟悉常用電子儀器的測(cè)量方法，培養(yǎng)我們綜合分析的能力，開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新的能力，排除故障的能力。參考文獻(xiàn)1趙建春.基于Multisim的電子技術(shù)仿真教學(xué).考試周刊，2001(30).2黃培根.Multisim10虛擬仿真和業(yè)余制版實(shí)用技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2008.3劉明亮.振蕩器的原理和應(yīng)用.北京：高等教