LC正弦波振荡电路的仿真分析
摘 要
本文主要叙述的是LC正弦波振荡电路的仿真分析的设计。自激振荡器我们所学中有电容三点式振荡器，电感三点式振荡器。通过对比我们选择电容三点式振荡器。线路简单、易起振、电容三点式振荡器的频率调节范围一般比电感三点式频率调节范围小、输出波形好。电容三点式振荡器都放大器和选频网络组成，都要满足起振，平衡和稳定条件。设计之后用mulsitim进行仿真，进行分析。
关键词:LC正弦波振荡电路;电容三点式振荡电路;正弦波信号
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LC正弦波振荡电路的仿真分析
目 录
1、绪论 ..................................................................... 1 2、方案的确定 ............................................................... 1 2.1振荡电路的设计 ........................................................ 1 3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算 ..................................... 3 3.1电容三点式振荡器 ...................................................... 3 3.1.1 振荡平衡条件一般表达式 ............................................ 3 3.1.2 参数设计 .......................................................... 4 3.2 LC正弦波振荡电路的工作原理 ........................................... 4 3.3 LC振荡器的振荡条件 ................................................... 5 3.3.1相位的平衡条件 .................................................... 5 3.3.2振幅平衡条件 ...................................................... 5 4、总体电路设计和仿真分析 ................................................... 5 4.1总体电路设计 .......................................................... 5 4.2仿真分析 .............................................................. 6 4.3调试过程 .............................................................. 8 5、心得体会 ................................................................. 9 参考文献 ................................................................... 10 附录 ....................................................................... 11 元器件清单 ................................................................. 11
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LC正弦波振荡电路的仿真分析
1、绪论
LC正弦波振荡电路使用非常广泛。在日常生活中我们也离不开LC正弦波振荡电路电路的应用。例如无线电的收发设备，各种开关电源。它广泛应用于通信、电视、仪器仪表和测量等系统中。在通信方面，正弦波震荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或调解时所需要的本机振荡信号。
本课程设计中要求设计的正弦波振荡器能够输出稳定正弦波信号，本设计中所涉及的仿真电路是比较简单的。但通过仿真得到的结论在实际的类似电路中有很普遍的意义。
2、方案的确定
如图2.1所示为方案框图。
放大电路 选频网络 输出
正反馈网络
图2.1振荡器方案框图
2.1振荡电路的设计
方案一：电容三点式振荡电路。如图2.2所示。
图2.2 电容三点式振荡电路
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电容三点式是利用电容C2将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路又叫电容式反馈三点式振荡器。
方案二：电感三点式振荡电路。如图2.3所示。
图2.3 电感三点式振荡电路
电感反馈三点电路，该电路是以LC谐振回路为集电极负载，并利用电感L2将谐振电压反馈到基极上，故称为电感反馈式振荡器。
方案比较：
方案一：优点：（1）电容三点式LC振荡器的最大优点是减小了极间电容的影响，提高了电路频率的稳定性。（2）振荡波形好。（3）电路的频率稳定度较高，工作频率可以做得较高，可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。
缺点：（1）振荡回路工作频率的改变，若用调C1或C2实现时，反馈系数也将改变。使振荡器的频率稳定度不高。
方案二：优点：（1）频率范围宽、容易起振。（2）改变谐振回路的电容C，可方便的调节
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振荡频率。
缺点：（1）输出波形较差，不能抑制高次谐波的反馈。
经过振荡电路两个方案的对比，我选择电容三点式振荡电路。 3、工作原理、硬件电路的设计或参数的计算
整体电路如图3.1所示。
图3.1 电路的总设计图
电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号输出。 3.1电容三点式振荡器
3.1.1 振荡平衡条件一般表达式
震荡条件为 AF1 振幅平衡条件 AF1
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相位平衡条件
3.1.2 参数设计
AFAF2n
对于电容三点式振荡器，反馈系数F的表达式为： F≈C1 （公式1） C1+C2不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量为C1、C2的串联，即 C111C1C2 （公式2）
振荡频率的近似为 f12LC21C1C2C1C2 （公式3）
反馈系数F为
F
3.2 LC正弦波振荡电路的工作原理
振荡器接通电源后，由于电路中的电流从无到有变化，将产生脉动信号，因任一脉冲信号包含有许多不同频率的谐波，因振荡器电路中有一个LC谐振回路，具有选频作用，当LC谐振回路的固有频率与某一谐波频率相等时，电路产生谐振。虽然脉动的信号很微小，通过电路放大及正反馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件。
C1C2 （公式4）
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3.3 LC振荡器的振荡条件 3.3.1相位的平衡条件
（1）X1、X2应为同性质的X2电抗元件。即与晶体管发射极相连的两个电抗元件性质相同，要么均为感性元件，要么均为容性元件。
（2)X3与X1、X2的电抗性质相反。即与晶体管基极相连的两个电抗元件性质相反。 3.3.2振幅平衡条件
..反馈信号的振幅应该大于或等于输入信号的振幅，即AF1。振荡器接通电源后，由于电路中存在某种扰动，这些微小的信号，通过电路放大及正反馈使振荡不断增大。当增大到一定的程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生子给偏压，引起晶体管的放大倍数减少。
..最后达到平衡，即 AF1。震荡幅度就不再增大了。振荡器有一个LC并联谐振回路，由于其选频作用，所以使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信号，这个振荡器就是正弦波振荡器。
当增大到一定程度时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏压，使放大器的放大倍数减小，最后达到平衡，即AF1，振荡幅度就不再增大了。于是使振荡器只有在某一频率时才能满足振荡条件。
4、总体电路设计和仿真分析 4.1总体电路设计
如图4.1所示。
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图4 .1电路的总体设计
4.2仿真分析
如图4.2所示LC正弦波振荡器的起振过程。
图4 .2 LC正弦波振荡器的起振过程
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如图4.3所示LC正弦波振荡器电路的波形图。
图4.3所示LC正弦波振荡器电路的波形图
如图4.4所示f0的示数。
图4.4所示f0的示数。
因为 f112LC
2C1C2C1C2 C1=200pF C2=100nF
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经计算 f019.492MHz
4.3调试过程
在我们要测试各原件的作用。就是开路或者短路该原件，观察振荡器的工作情况。观察波形。现在我将电路中的R2开路，即删除R2。通过Multisim软件再次进行仿真。如图4.5所示。
图4.5 开路R2电路图
Multisim进行仿真后看到的对波形的影响，如图4.6所示
图4.6 R2影响后的波形图
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我们可以看到，由于开路了R2，使得振荡器发生变化，波形图中的正弦波变得失真。
5、心得体会
深刻懂得了LC正弦波振荡电路以及设计思想与方法我们学会了很多东西，培养了动手能力也为我们以后的工作打下了良好的基础。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固有了深刻的理解。
在这个设计当中，我学会了振荡电路中的一些基础理论知识，在设计电路元件参数的时候首先要考虑电路起振条件和平衡条件，这分别包含振幅条件和相位条件。经过了这次课程设计，我更加深入的了解了课本里的知识，学会了如何熟练的使用Multisim软件。更加明白了应该如何细心耐心的去完成一件事。这是我学习之外体会到的东西。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次
表示忠心的感谢！感谢老师的用心指导。
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参考文献
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［2］许晓华主编. Multisim10计算机仿真及应用.清华大学出版社，2006年5月 ［3］刘乃安，陈健主编. 高频电路原理与分析. 西安电子科技大学出版社,2003，6. ［4］康华光主编. 电子技术基础（模拟部分）。 北京：高等教育出版社，2006年 ［5］郑步生,吴渭主编. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.北京:电子工业出版社,2002.
［6］ 沈伟慈主编. 高频电路.西安:西安电子科技大学出版社,2002.
［7］谭岳衡,陈列尊等主编. Mutisim在电子技术实验教学中的应用.衡阳师范学院学报,2003,
［8］王小海主编.集成电子技术基础教程（下册）.第二版.北京高等教育出版社，2008年 ［9］张肃文,陆兆熊主编. 高频电子线路. 武汉:高等教育出版社,1992.
［10］秦曾煌主编。电工学（上册，电子技术） 北京：高等教育出版社，2004年 ［11］康华光主编. 电子技术基础（模拟部分）.第五版。北京：高等教育出版社，2006年 ［12］陈大钦主编. 电子技术基础实验.北京：高等教育出版社，2000年
［13］杨素行主编. 模拟电子技术基础简明教程.第三版. 北京：高等教育出版社，2006年 ［14］蔡惟铮主编. 基础电子技术.北京：高等教育出版社，2004年
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附录 元器件清单
表1 元器件清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
编号 R1 R2 C1 C2 C3、C5 C4 C6 L1、L3 Q1 名称 电阻 电阻 电容 电容 电容 电容 电容 电感 晶体管
型号 2kΩ 12kΩ 300pF 1µF 200pF 100pF 1.1µF 10mH 2N2923 数量 1 1 1 1 2 1 1 2 1
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