基于Multisim的正弦波振蕩器性能測(cè)試仿真

聶紅玲

（安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)， 安徽 合肥 233000）

Multisim是一款專門(mén)用于電子線路仿真的軟件，如何在正弦波振蕩器設(shè)計(jì)中適量使用Multisim軟件來(lái)降低開(kāi)發(fā)難度、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高開(kāi)發(fā)效率值得思考。本文以正弦波性能測(cè)試為例，分析如何將Multisim融入正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中。

一、反饋振蕩器的原理分析

如圖1所示，反饋型振蕩器是由放大電路和反饋電路組成的一個(gè)閉環(huán)，放大電路通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)（如諧振回路）作為其負(fù)載，反饋型振蕩器是一個(gè)調(diào)諧放大電路。

要想產(chǎn)生自激振蕩，必須引入正反饋，即反饋到輸入端的信號(hào)相位應(yīng)與放大器輸入端的信號(hào)相位相同。定義A（S）為開(kāi)環(huán)放大器的電壓放大倍數(shù)：

圖1 反饋振蕩器方框圖

F(S)為反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)：

Af(S)為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：

在起振時(shí)，因?yàn)榧?lì)信號(hào)弱，所以輸出電壓的振幅Uo較小。此后，經(jīng)過(guò)不斷放大與反饋循環(huán)，輸出幅度Uo開(kāi)始逐漸增大，為了維持這一過(guò)程使輸出振幅不斷增加，應(yīng)使反饋回來(lái)的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大，即振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩，即：

因此，起振的振幅條件是：

起振的相位條件是：

要使振蕩器起振必須同時(shí)滿足起振的振幅條件和相位條件。其中起振的相位條件即為正反饋條件。

二、電容三點(diǎn)式振蕩電路

電容三點(diǎn)式振蕩電路由放大電路、反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)組成，如圖2所示。由2N2923三極管構(gòu)成放大電路，將反饋信號(hào)放大；反饋網(wǎng)絡(luò)起正反饋，將反饋信號(hào)疊加到放大電路輸入端，進(jìn)一步放大；選頻網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜的頻譜中選取與自身諧振頻率相同的頻率將其反饋，所以此信號(hào)得以持續(xù)放大，最終由輸出端輸出。

圖2 振蕩電路

三、電路連接及其參數(shù)計(jì)算

電容反饋三點(diǎn)式原理電路如圖3所示，L，C4和C5組成振蕩器回路，作為晶體管放大器的負(fù)載阻抗；而反饋信號(hào)則從反饋元件C5兩端取得，然后再反饋到放大器的輸入端。

圖3 電容三點(diǎn)式振蕩器

合理設(shè)置振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)，是振蕩器的起振的前提條件，也是振蕩器是否能夠穩(wěn)定工作、輸出波形質(zhì)量好壞的重要保證。一般情況下，小功率振蕩電路的靜態(tài)工作點(diǎn)大都選在靠近截止區(qū)的地方。根據(jù)以上的基本原則，一般小功率振蕩電路的集電極電流ICQ大約選取在0.8-4mA之間，因此，本設(shè)計(jì)電路中選取

由圖2可知，為滿足了相位平衡條件，發(fā)射極與兩個(gè)同性質(zhì)電抗相連，而集電極與基極間連接一個(gè)異性質(zhì)電抗。技術(shù)指標(biāo)給出f0=9MHz，令L=4μH，電路的振蕩頻率公式f0為：

圖3中的C4與C5分別為公式中的C1和C2,通過(guò)計(jì)算可得出總電容C

令C1=150pF，則通過(guò)公式C=C2C1/(C0+C1)可以計(jì)算出C2≈150pF

由以上數(shù)值可以計(jì)算出電路的理論計(jì)算振蕩器的頻率為

四、運(yùn)用Multisim進(jìn)行電容三點(diǎn)式振蕩器性能測(cè)試

（一）組建仿真電路

運(yùn)用Multisim軟件，在電子平臺(tái)上組建仿真電路，連接如圖4所示仿真電路。

圖4 仿真電路

（二）仿真的振蕩頻率和幅度

1.點(diǎn)擊電源開(kāi)關(guān)電路開(kāi)始進(jìn)行仿真，雙擊示波器，顯示出如圖5所示震蕩波形。由波形可知振幅有效值大于5V。

圖5 振蕩波形

2.雙擊頻率計(jì)，顯示如圖6所示的頻率仿真值

圖6 頻率仿真值

電路的理論計(jì)算振蕩器的頻率為計(jì)算得出

而仿真的實(shí)際頻率值f0=8.997MHz

（三）誤差分析

由圖6與理論值對(duì)比可知，仿真實(shí)驗(yàn)值和理論值間存在一定誤差，這可能是由于計(jì)算過(guò)程中的計(jì)算誤差和實(shí)驗(yàn)仿真過(guò)程中的仿真誤差造成的，對(duì)此我們可以提高計(jì)算和仿真精度，在滿足工程要求上盡量提高精度。

五、結(jié)論

通過(guò)以上仿真發(fā)現(xiàn)，在正弦波振蕩器設(shè)計(jì)中，采用Multisim對(duì)電路進(jìn)行仿真性能測(cè)試，可以讓開(kāi)發(fā)者清晰直觀的得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為設(shè)計(jì)周期縮短和效率的提高解決提供一種解決辦法。

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