基于Multisim的西勒振荡器设计

2019-06-29 版权声明 举报文章

基于Multisim的西勒振荡器设计

【摘 要】在工程技术的很多领域都要使用到高频信号源,本文主要基于Multisim仿真软件设计一款中心频率为3.579MHz的实用的高频信号源,其核心电路为西勒振荡器。

【关键词】信号源;高频;西勒振荡器;PCB

1、设计简介

本文主要是基于Multisim设计一款实用的高频信号发生器,该设备可产生3.579MHz稳定的正弦波以供使用,其核心电路为西勒振荡器,通过合理设置参数,最终达到设计要求。

2、电路设计

为了很好的完成项目,我按下述顺序完成电路原理设计工作。

2.1 原理概述

振荡器是用于产生一定频率和幅值信号的装置,它不需要外加输入信号的控制,就能自动地将直流电能转换为所需要的交流输出[1],本文主要讨论正弦波反馈式振荡器的设计与实现。

下面首先讨论反馈式振荡器的基本工作原理,其原理框图如图1所示,其中,输入信号为Vi,拉普拉斯变换为R(s),输出信号为V0。其拉普拉斯变换为C(s),放大器模块的系统传递函数为G(s),反馈网络的系统函数为H(s)。若在某一时刻,系统输入端有一个短暂的信号输入系统,系统将产生与之对应的输出,如果输出信号经过反馈网络后与输入信号振幅和相位相同。那么,即使短暂信号消失之后,系统输出端依然会有信号输出,即此时系统产生了自激振荡[2],使用数学表・达式可对上述文字进行进一步阐述:

其中A是放大网络的放大倍数,为放大网络的相移,为稳定振荡时的输入电压,为稳定振荡时的频率,这就是著名的“幅值稳定条件”和“相位稳定条件”。也就是说当系统发生幅度或相位的变化时,系统可以自动的调节,使系统重新稳定,这全部依赖三极管特殊的传输特性来实现。

所以要设计一个稳定的振荡器,则需要同时满足以上的所有条件。

2.2 参数选定

本文阐述西勒振荡器的设计方法,在这里我采用电容三点式接法构成主体电路,其原理图如图2所示。

2.2.1 静态工作点的设定

结合通用的集成电路设计标准,本设计选择5V直流电源作为电路工作电源,为了使三极管工作在线性状态,且输出正弦波峰值为2V左右,则可选定:

2.2.2 振荡部分设计

由于需要设计的振荡器的中心频率为3.579MHz,所以可计算出谐振网络的参数值为:

至此,参数设定工作已经完成,从原理上讲,这个振荡器是可以实现的,下面我会对其可行性做进一步验证。

3、仿真实验

在进行制板之前,需要对上述结果做进一步验证,本文主要阐述使用Multisim进行仿真实验,仿真后,我得出如下数据:

VBE=1.448V,VCE=869mV,振荡频率f=3.565MHz

从上述数据可以看出,本振荡器已达到设计要求。

4、电路板制作

为了制作出实用的振荡器,我使用protel进行布线,生成网络表文件。然后将它导入PCB文件中,按信号走向排布好元件,并在底层进行手工布线。

至此,已经完成了布线操作,下一步将进行实验室调试,以使振荡器性能达到最好。

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