基于Multisim10的克拉泼振荡器的仿真设计(定稿)

1、目录摘要1关键词11. 引言.11.1 Multisim10 的介绍 .11.2正弦波振荡器的现状及发展趋势 .22. 克拉泼振荡器原理 .22.1克拉泼振荡器的电路 .22.2克拉泼振荡器的参数分析 .32.2.1克拉泼振荡器的起振条件 .32.2.2克拉泼振荡器的振荡频率 .32.2.3克拉泼振荡器的参数影响 .42.2.4克拉泼振荡器的主要特点 .53. 克拉泼振荡器的仿真与调试 .53.1克拉泼振荡器的仿真分析 .53.2电容参数改变对波形的影响 .9总结9参考文献9致10基于 Multisim10的克拉泼振荡器的仿真设计XXX，电子信息系摘要：随着科学技术的发展， 振荡器在各领域中的

2、运用越来越广泛，如通信、电子、航海航空航天等领域扮演重要的角色。本文的主要容是利用 Multisim 对克拉泼振荡器进行仿真分析。 首先介绍了克拉泼振荡器的由来、 电路分析和参数分析，通过对振荡器的各大组成部分的基本原理、 功能及应用的分析， 从理论上画出合适的电路原理图。然后再利用 Multisim 对克拉泼振荡电路进行仿真分析，可以得到电路的仿真波形是一串连续的正弦波， 改变电路的电容参数， 会使正弦波发生失真 。关键词： 克拉泼振荡器；仿真；MultisimThe design and simulation of Clapp oscillator based onMultisim10Lv

3、 Wandong, Department of Electronic InformationAbstract:With the development of science and technology,the oscillator is usedwidely in various fields,such as communication,electronics,maritime aerospaceand other fields play an important role.The main content of this paper is to use Multisim simulatio

4、n analysis of Clapp Oscillator is the major part of the analysis of basic principle,function and application of theoretically draw the right circuit simulation analysis,can get the circuit simulation waveform is a sequence of sine wave,change the parameters of the capacitance of the circuit,can make

5、 sine wave distortion occurs.Key words: Clapp Oscillator; Simulation; Multisim1. 引言1.1 Multisim10 的介绍Multisim 是 Interactive Image Technologies公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，使用于班级模拟 / 数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形出入，电路硬件描述语言输入方式， 具有丰富的仿真分析能力， 为适应不同的应用场合， Multisim 推出了许多版本 1 。而 Multisim10 是最新的版本，它是一个原理电路设计、 电路功能测试的

6、虚拟电路仿真软件， 一个虚拟电子实验室。 软件可以虚拟设计测试和演示各种电子电路（电工学、模拟电路、数字电路等） ，能够进行详细的电路分析功能， 以帮助设计人员分析电路的新能。 Multisim10 是学习电子设计专业必备的软件2 。1.2 正弦波振荡器的现状及发展趋势正弦波振荡器是指在没有输入信号控制的情况下就能自动地将直流能量转换为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。 正弦波振荡器广泛用于各种电子设备中。例如，无线发射机中的载波信号源， 超外差式接收机中的本地振荡信号源，电子测量仪器中的正弦波信号源，数字系统中的时钟信号源3 。在这些应用中，对振荡器提出的要求主要是振荡频率和振荡振幅的准确

7、性和稳定性， 其中尤以振荡频率的准确性和稳定性最为重要。 正弦波振荡器的另一类用途是作为高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。 在这类应用中， 对振荡器提出的要求主要是高效率地产生足够大的正弦交变功率， 而对振荡器的准确性和稳定性的要求一般不苛求，本文讨论的是前一类用途的振荡器。 从早期的真空管时代到后期的晶体管时代，无论是理论上还是电路结构和性能上， 无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的进展4 。近年来，随着通信电子领域的迅速发展，对电子设备的要求越来越高， 尤其是对像振荡器等这种基础部件的要求更是如此。 我国在电子通信领域市场潜力非常大， 自主研究高性能、 高质量、低成本的

8、振荡器市场前景广阔，意义巨大5 。2.克拉泼振荡器原理2.1 克拉泼振荡器的电路克拉泼（ Clapp）振荡器是电容三点式振荡器的改进型电路，在电容三点式电路中，要减小极间电容在回路总电容中的比重，可以采用部分接入的方法6 。在电容三点式振荡器电路的回路中，仅多加一个与 C1 、 C2 相串联的电容 C3 即构成了克拉泼振荡器，图 2-1-1 （a）和（ b）分别是它的实际电路和相应的交流通路。通常C3 取值较小，满足C3C1， C3C2 ，回路总电容C 主要取决于C3 。而回路中的不稳定电容主要是三极管的极间电容Cce 、 Cbe 、 Ccb ，它们又都直接并接在 C1 、 C2 上，不影响

9、C3 值，结果是减小了这些不稳定电容对振荡频率的影响，而且 C3 越小，这种影响越小，环路增益就越小，回路标准性就越高，实际情况下，克拉泼电路的频稳度大体上比电容三点式电路高一个量级，可达10 4 10 56。（ a）实际电路（ b）交流通路图 2-1-1 克拉泼振荡电路2.2 克拉泼振荡器的参数分析2.2.1 克拉泼振荡器的起振条件（a）克拉泼电路（ b）开环电路图 2-2-1 克拉泼电路（a）及其开环电路（b）在如图2-2-1 （a）所示的克拉泼电路中，L 、 C3 的串联支路呈感性，该电路符合三点式电路的组成法则，即与发射极连接的为C1 和 C2 ，而不与发射极连接的为感性电抗。该电路满

10、足相位平衡条件。在处断开，可以得到如图2-2-1 （b）所示的开环电路。它的反馈网络的反 馈 系 数 保持 不 变 ， 仍 为 n C1 / (C1 C2 ) ， C2C2Cb e ， 不 同 的 仅是RL ( RL / / Re0 ) 需要通过 C3 和 C1,2 (C1C2 / (C1 C2 ) 的电容分压网络折算到集电极上，折算后的数值为n22 RL （或 gL/ n22 ），其中 n2C3 / (C3 CL 2) 。因此，该电路的振幅起振条件为：gnn 1，其中， gi1/ re7 。gL / n22n2 gi2.2.2 克拉泼振荡器的振荡频率克拉泼振荡电路是在电容三点式振荡电路的基础

11、上，采用L 和 C3 的串联电路代替原来的 L 而构成的。由图 2-2-1（b）可知，在工作频率上， L 与 C3 串联支路应等效为一个电感， C1 和 C 2 以及并接在 C1 、C 2 上的 Cce 、 Cbe 只是整个回路电容的一部分，晶体管以部分接入的方式与归路联接， 这样就减弱了晶体管与回路的耦合。由于 C3 C1 ， C3 C2 ，因而回路总电容近似等于 C3 ，振荡器的振荡频率osc 为：11，oscLCLC3C1C3 。111C1 CceC2CbeC3显然，管子的结电容对osc 的影响是很小的， 而且 C3 越小，结电容对振荡频率的影响就越小。但是，由于C1 、 C2 只是整个

12、振荡回路的一部分，晶体管是以部分接入的方式与回路连接， 减弱了晶体管与回路之间的耦合。而晶体管的电压U beC1。反馈系数为： FC2U ce如果设回路L 两端的等效负载为 RL ，则集电极负载电阻 RL为RLC32RLp2 RL ， p 为回路总阻抗反映到管子ce 端的接入系数，其值C1C2C3pC2 C3C3 ，C2C3CC12C2 C3可见 C3 减小 RL也减小，从而导致放大倍数下降，影响起振条件 6 。由于通过改变 C3 来改变振荡频率的同时会影响负载电阻RL 变化，进而影响振荡器的性能，故克拉泼振荡器不适合用作频率可变的振荡器。2.2.3 克拉泼振荡器的参数影响如图 2-2-1（a

13、）所示，在电容三点式振荡电路中接入C3 后，虽然振荡器的反馈系数不变，但是接在电感L 两端的电阻 RL (RL / / Re 0 ) 折算到振荡管集基极间的数值（设为RL ）减小，其值为：C32RLn22 RLRLC3C1,2式中， C1,2 是 C1 、C 2 和包括各极间电容在的总电容。因而，放大器的增益亦即环路增益将相应减小。显然，C2 越小，环路增益就越小。可见，在这种振荡电路中，减小 C3 来提高回路标准性是以牺牲环路增益为代价的。如果C3 取值过小，振荡器就不能满足振荡起振条件而停振8 。2.2.4 克拉泼振荡器的主要特点振荡器简单地说就是一个频率源， 一般用在锁相环中。 详细地说

14、就是一个不需要外信号激励、 自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。 一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡” ，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。 能够完成从直流电能到交流电能的转化， 这样的装置就可以称为“振荡器” 。简单地说，振荡器的作用是将直流电转变为交流电。振荡器电路的特点： 优点是高次谐波成分小， 波形好；缺点是调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入电流和输出电流影响9 。克拉泼电路是电容三点式振荡电路的改进型，也有它自身所具有的特点。 首先，由于 Cce 、Cbe 的接入系数减小， 晶体管与谐振回路是松耦合；第二，调整 C1 、C2 的值可以改变反馈

15、系数，但对谐振频率的影响很小；第三，调整C3 的值可以改变反馈系数，但对谐振系数无影响。由于放大倍数与频率的立方成正比， 故随着放大频率的增加振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。所以，克拉泼电路的波段围不宽，波段覆盖系数小，一般约为 1.2-1.3；其次，增大 C1 和减小 C2 时会引起振荡幅度下降，波段输出幅度不均匀，难于起振；最后就是工作波段输出波形随着频率的变化大10 。3.克拉泼振荡器的仿真与调试3.1 克拉泼振荡器的仿真分析根据克拉泼振荡器的原理，绘制如图3-1-1 所示的电路：图 3-1-1 克拉泼实例电路将上图在 Multisim10 仿真软件中绘制如图3-1-2 所示的电路

16、：图 3-1-2 克拉泼仿真电路设置 C6 为 0%，即 C6 =0pF, 振荡波形输出如图3-1-3 所示：图 3-1-3 C6 为 0%的振荡波形设置 C6 为 25%，即 C6 =7.5pF，振荡波形输出如图3-1-4 所示：图 3-1-4C6 为 25%的振荡波形设置 C6 为 50%，即 C6 =15pF，振荡波形输出如图3-1-5 所示：图 3-1-5 C6 为 50%的振荡波形设置 C6 为 75%，即 C6 =22.5pF，振荡波形输出如图3-1-6 所示：图 3-1-6C6 为 75%的振荡波形设置 C6 为 100%，即 C6 =30pF，振荡波形输出如图3-1-7 所示：

17、图 3-1-7 C6 为 100%的振荡波形3.2 电容参数改变对波形的影响从以上振荡波形可知， 随着 C6 的逐渐增大， 振荡波逐渐稳定。 当 C6 较小时，如图 3-1-3、 3-1-4，振荡波不太稳定；当C6 较大时，如图3-1-6、 3-1-7，振荡波比较稳定。因此，C6 不能太小，一般应较大些6 。总结通过本次的论文设计， 使我进一步了解了克拉泼振荡电路的特性与原理。 接着查找资料， 找到各个模块的电路图， 了解各个模块的工作原理与特性。 确定本次设计的电路，然后在 Multisim10 仿真软件中绘制出电路图，进行仿真分析，模拟分析结果与实际结果基本一致，说明 Multisim10

18、 仿真软件能够运用于高频电路的仿真。 Multisim10 帮助我们更好地掌握课堂讲述的容， 使我们加深对概念与原理的理解， 仅仅靠课堂上的听讲很难加深我们对所学知识的理解， 弥补了课堂教学存在的不足，通过电路仿真，使我们可以熟悉常用电子仪器的测量方法，培养我们综合分析的能力，开发、创新的能力，排除故障的能力。参考文献1 建春 . 基于 Multisim 的电子技术仿真教学 . 考试周刊， 2001（30） .2 黄培根 . Multisim 10 虚拟仿真和业余制版实用技术 M . ：电子工业，2008.3 明亮 . 振荡器的原理和应用 . ：高等教育， 1983:6-73.4 高金玉 . 高频电子技术与应用 . ：电子科技大学， 2009:65-67.5 应光 . 基础电子学 . ：人民邮电， 1989.6