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正弦波振荡 1.课程设计的目的 《高频电子线路》课程是电类专业的主要技术基础课。通过本课程的学习，能够使学生掌握近代高频理论的基础知识、电路分析与计算的基本方法，具备进行试验的初步技能，并为后续课程的学习打下必要的基础。 高频电子线路课程设计是学习高频电子线路课程之后的实践教学环节，是对课程理论和课程实验的综合和补充，其目的是训练学生综合运用学过的高频电子线路的基础知识。学会并利用一种电路分析软件，对电路进行分析、计算和仿真，通过查找资料，选择方案，设计电路，撰写报告，完成一个较完整的设计过程，将抽象的理论知识与实际电路设计联系在一起，使学生在掌握电路基本设计方法的同时，加深对《高频电子线路》课程知识的理解和综合应用，培养学生综合运用基础理论知识和专业知识解决实际工程设计问题的能力，以及工程意识和创新能力。 2.设计方案论证 2.1 Multisim软件介绍 Multisim是加拿大Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 功能： (1).直观的图形界面 整个操作界面就像一个电子实验室工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如何在真实一起上看到的。 (2).丰富的元器件 提供了世界主流元件提供商的170000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编
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辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的与器件。 (3).强大的仿真能力 以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引警，通过Electronic workbench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDI仿真、电路向导等功能。 (4).丰富的测试仪器 提供了22中虚拟仪器进行电路动作的测量： Multimeter(万用表)、Function Generatoer(函数信号振荡器)、Wattmeter(瓦特表)、Oscilloscope(示波器)、Bode Plotter(波特仪)、Word Generator(字符振荡器)、Logic Analyer(逻辑分析仪)、Logic Converter(逻辑转换仪)、Distortion Analyer(失真度仪)、Spectrum Analyzer(频谱仪)等等。 这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态交互显示。除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地升级的测试、测量及控制应用程序的仪器。 (5).完备的分析手段 Multisim提供了许多分析功能：DC operating Point Analysis (直流工作点分析)、AC Analysis(交流分析)、Transient Analysis(瞬态分析)、Fourier Analysis(傅里叶分析)、Noise Analysis(噪声分析)、Distortion Analysis(失真度分析)、DC Sweep Analysis(直流扫描分析)、等等。 它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本得到极端的到不常见的都有，并将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。 (6).独特的射频（RF）模块 提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由RF-specific、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪器、一些RF-specific分析等组成。 (7).强大地MCU模块 支持4钟类型的单片机芯片，支持对外部RAM、外部ROM、键盘的LCD等外围设备的仿真，分别对4种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码，并兼容第三方工具源代码；包含设置断点、编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。 2.2概述
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正弦波振荡器广泛应用于工业生产、科学实验和日常生活等各个领域中。电子技术实验中经常使用中的高频信号振荡器就是一种正弦波振荡电路。大功率正弦波振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。此外如超声波探伤，无线电和广播电视信号振荡器的发送和接收等，都离不开正弦波振荡电路。 2.3设计方案选择论证 正弦波振荡电路由放大电路，回馈网络，选频网络和稳幅调节四部分组成。其中放大电路和回馈网络构成正回馈系统，选频网络的作用是实现单一频率的正弦波振荡，稳幅环节的作用是使振荡幅度达到稳定，通常可以利用放大组件的非线性特性来实现。 放大电路可以采用晶体管，场效应管，集成运算放大器等。场效应管放大电路的电极之间具有明确的关系即FET栅极g，源极s和漏极d，FET是非线性组件而且是电压控制组件，利用栅源之间电压的变化控制漏极电流，通过跨导来描述其放大作用，在FET放大电路中，要求设置一个合适的静态偏置电压，FET的共源输入电阻很高，还有FET的跨导相对比较小，此外由于FET利用一种极性的多数载流子导电，是单极性器件，因此它具有噪声小，受外界温度及辐射等影响小的特点。 集成放大电路主要有三个特点。一有集成电路工艺制造的的元器件，虽然参数的绝对精度不是很高，受温度的影响也比较大，但由于各有关元器件同处在一个硅片上，距离有非常接近，因此参数的对称性极好，正是由于相邻元器件的的参数对称性好，故适于构成差分放大电路。二由集成电路工艺制造出来的电阻，其阻值范围具有一定的局限性，一般在几十欧到几十千欧之间，因此在需要很高阻值的电阻时，就要在电路上另想办法。三在集成电路中，制造三极管，特别是NPN三极管往往比制造电阻，电容等无源器件更加方便，占用更少的芯片面积，因而成本更低廉，所以在集成放大电路中，常常用三极管能将高次谐波短路掉，因输出波形中含有较大的高次谐波，故波形较差。因为频率稳定度不高，因此通常应用于要求不高的设备中。 电容三点式振荡电路的特点：由于回馈电压取自于电容，电容对于高次谐波阻抗很小，于是回馈电压中的谐波分量很小，所以输出波形较好。因为两个电容可以选的很小，因此震荡频率较高。调节两个电容可以改变振荡频率，但同时会影响起振条件，因此这种电路适于产生固定频率的振荡。由于晶体的固有频率与温度有关，因此石英谐振器只有在较窄的温度范围内工作具有很高的频率稳定度，或工作环境的温度变化范围很宽时，应选用高精度和高稳定度的晶体。稳幅调节可以利用放大器件自身的非线性，也可常用外加限幅电路。综上所述根据设计任务要求及具体实验条件，放大电路选择集成运算放大器，型号为，
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回馈及选频网络选择RC串并联电路，稳幅环节采用二极管反向并联限幅电路。 2.4设计方案框图 2.4.1反馈型振荡器 反馈型振荡器一般由放大器和反馈网络组成，如图1所示。图中放大器用增益函数A(s)表示，反馈网络用其传递函数F(s)表示。 图1 反馈型振荡器方框图 根据线性系统的复频域分析法，图1所示网络的闭路传递函数表达式为： Af(s)?uo(s)uo(s)A(s)?? us(s)ui(s)?uf(s)1?A(s)F(s)式中，A(s)?uo(s)ui(s)为主网络的传递函数，F(s)?uf(s)uo(s)为反馈网络的传递函数。 如定义T(s)为闭环网络开环时的环路传递函数 T(s)?所以： Af(s)?uo(s)A(s)? us(s)1?T(s)uf(s)ui(s)?A(s)F(s) 由此，即可求得环路产生振荡的条件为 1?T(s)?0 上式说明，当T(s)?1时，闭环传递函数有极点存在，此时，系统即使在没有信号输入的情况下，也有交变电压输出，即环路内部达到了能量平衡状态。这时图1所示的闭环电路即成为振荡器。
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2.4.2设计方案的整体框图。 正弦波振荡电路由三部分组成，分别是RC串并联反馈及选频电路、集成运算放大电路和稳幅及反馈控制电路。 图2 正弦波振荡电路框图 2.5单元电路设计 2.5.1 RC串并联反馈及选频电路的设计 RC串并联反馈及选频电路如图2所示，其频率特性如图3所示，由图3可见，当频率为选频频率时，输出值最大，而且与输入相位相同。 图3 RC串并联反馈及选频电路
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