三点式电容LC 振荡器mutisim仿真

三点式电容LC 振荡器仿真实验报告
实验目的：
本仿真实验的目的是，通过仿真实验，加深对于电容LC 振荡器的认识。。
实验题目：

实验工具：
Multisum仿真软件，计算器
参考资料：
电容LC振荡器ppt，《通信电子电路》教材，陈邦媛著，
《电子设计从零开始》（杨欣）
电容三点式振荡电路-电子制作站
[1]王晓辉,王智永,韩智伟,胡帅可,谢印庆.基于三极管放大原理的电容三点式LC振荡器的设计[J].电子世界,2020(03):206.
实验过程：
电容三点式振荡器也称考毕兹（Colpitts，也叫科耳皮兹）振荡器，是三极管自激LC振荡器的一种，因振荡回路中两个串联电容的三个端分别与三极管的三个极相接而得名，适合于高频振荡输出的电路形式之一。
实验电路：
图片源自电工学习网
可见，实验电路主要包括：直流偏置电路，LC谐振反馈振荡电路，实验采用共射极放大电路，首先进行直流偏置电路的参数设置
实验中选择了mutisim中的虚拟三极管BJT-NPN 2N2222A，该三极管较为常见，频率稳定性较好。
直流偏置电路如下：

参数设定：
由于本实验工作频率在12MHZ左右，输出振荡正弦波信号幅值约为1V，故模拟整体电路进行静态工作点的选取。
计算电路如下：
12V VCC，
根据经验公式：

VCQ=1/2VCC=6V;RE=1/10RC；
ICQ大小为1mA-4mA较为合适；
本实验选取ICQ=1.5mA；
RC= VCQ/ ICQ=4KΩ；RE=400Ω；
故UEQ=IEQ*RE=0.6V; UCEQ=0.7V;
B点电势约等于1.3V；
又可以近似的认为IBQ< UB=R2/(R2+R1)*VCC;
取R1=10KΩ；
有R2约等于1.2KΩ；
故静态工作点的选择：
R1=10KΩ；R2=1.2KΩ
RC=4KΩ;RE=400Ω;

图片源自raymon_tec的blog

实验验证:

模拟综合验证：

选择12MHZ，0.1Vrms的交流小信号作为被放大信号，可见在直流工作点设置下，谐波失真2%左右，较小，符合设计要求，波形输出电压幅值2V左右，R3可调增益，符合输出电压要求。

下面分析电容三点式振荡器的LC谐振部分的电路参数设置
考毕兹电路实验原理如下：

图片来源电工学习网
从图上可以看出，基极输入（假设有输入）经过三极管放大后的输出电压uo，再经过电容C2与C1分压后施加在三极管的BE结之间形成正反馈，
因此其反馈系数如下式：
F≈C1/C1+C2；
由振荡器起振条件，AF>1；
F取值应该为0.1—0.5；取C2=50pF,
有2π根号[4.7（50*x/(50+x)）]12=1000；
解得：C1=50pF；C2=148.83pF；
实验验证如下：

谐波失真4.75%,基本满足要求，实际振荡频率为11.688MHZ
频率相对准确度：（12-11.688）/12100%=2.6%，不满足频率稳定度小于1/1000的要求，需要改进
分析误差原因：
1.实际电路
存在极间电容CBC和CBE，等效电路图应该是下图所示的电路，

又调整电容发现当C5=116.6pF的时候，振荡频率刚好为11.999MHZ，满足精度要求，此时我们可以这样得到结论，
C2与Cb’E并联后的值为116.6pF，计算可得到Cb’E=174.55pF；
减小误差的办法：
①尽量在保证反馈系数F的情况下，减小C2的值，以达到减小Cb’E影响的效果
②近似的认为Cb’E大小为116.6pF，并纳入后续计算
无论如何，由于Cb’E是一个会随着电路参数变化而变化的量，改变电路C5的参数会引起一连串的改变，无法精确的获取某一频率的正弦波，使用考毕兹电路无法满足要求，
下面采用改进型电容三点式振荡器克拉泼电路：
改变：在回路中增加一个小电容C3与电感串联，这样隔直通交，如果满足C3< f=1/（2π根号LC3），
由上面的考毕兹电路中计算可知，C等效=37.43pF，过于小，我们调整一下参数
C1=200pF，C2=500pF，理论计算：C等效=37.43pF=C1//C2//C3，解出：C3=50.3pF
实际仿真验证：

实际测量的频率相对准确度：
0.002/12=1.67*10^(-4)满足频率稳定度要求
但是由于反馈系数和调整宽频率之间的矛盾和C3无法调整到很小的问题，我们这个电路无法实现较宽频段的调整，因而我们进一步改进

改进2：
西勒电路：
在L两边并联电容C4，f=1/（2π根号LC3+C4），

理论分析：

C等效=37.43pF ，C3=37.43-10=27.43pF；得分点分析计算……5分

实验验证：

实际测量的频率相对准确度：
0.007/12=5.810^(-4)优于10(-3),满足频率稳定度要求

示波器显示输出震荡信号的峰值为0.994V，满足要求1V±0.1V得分点……5分
又根据要求输出频率在[12MHZ-22MHZ]且可1MHZ步进
根据要求，我们改变一下电路参数
首先：根据频率公式：
f=1/2π（根号L1（C3+C4））
设定电容C递增1pF输出频率增加1pF
故有：
1000/（2π √ L）*√m+5=17;
1000/（2π √ L）*√m+6=16;
解出：m=2.76pF，L1=11.3uF；

实验验证：

通过调整C3每次以1uF的值变化，来获取不同输出频率的信号，下图是C3=5pF和6pF时的输出频率值，可见输出频率稳定度符合要求，步进1MHZ±100KHZ得分点……5分