负阻正弦波振荡器设计1(1)

目录前言 (1)工程概况 (1)正文 (2)3.1负阻正弦波振荡器 (2)3.1.1振荡电路 (2)3.1.2振荡电路的种类： (2)3.2负阻型振荡器 (3)3.2.1负阻型振荡器的介绍 (3)3.2.2负阻器件的伏安特性 (3)3.2.3特性分析 (3)3.2.4负阻振荡器的用途 (4)3.3负阻振荡电路 (5)3.3.1原理电路： (5)3.3.2隧道二极管负阻振荡电路 (5)3.4 Multisim软件介绍 (6)3.4.1 Multisim 基本概念 (6)3.4.2 Multisim 仿真软件的特点 (6)3.5 Multisim仿真电路及仿真结果 (6)3.5.1负电阻的实现电路 (6)3.5.3 负阻振荡器的设计电路 (8)3.5.4结论 (9)致谢 (9)参考文献 (10)附录元件汇总表 (10)前言信息传输是人类社会生活的重要内容，从古代的烽火到近代的旗语，对人类生活的重要性是不言而喻的。

最基本的信息传输手段当然是语言和文字。

语言与文字的产生和发展，对人类社会的发展起了很大的作用。

没有语言，人类就无法进行思维。

文字不但能够传输信息，而且能够储存信息。

随着人类社会生产力的发展，迫切地要求在远距离迅速而准确的传送信息。

从发明无线电开始，传输信息就是无线电技术的首要任务。

直到今天，虽然无线电电子领域在迅速扩大，但信息的传输与处理仍然是它的主要内容。

高频电子线路所涉及的单元电路都是从传输与处理信息这一基本点出发来进行研究的。

人们一直都在寻求快速远距离通信的手段。

但是，直到十八世纪中叶才有了现代意义上的快速远距离通讯手段，这归功于无线电的发明。

一个多世纪以来，通信的方式和内容不断更新发展，从最初的莫尔斯电码到现在的卫星通讯，现代通讯技术正成为人们日常生活中越来越重要的角色。

本次课程设计，通过对电路图的分析，增强学生的独立思考能力、分析问题能力；通过对仿真软件的应用，增强学生对仿真软件的了解以及应用能力；通过课程设计，增强学生运用课本知识的能力，提高学生将课本理论与实践相结合的能力，巩固所学知识，将所学知识转化为事实的能力。

工程概况本次通信电子线路课程设计，我选择的是负阻正弦波振荡器的设计。

振荡器用于产生一定频率和幅度的信号，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能量输出。

振荡器在现代科学技术领域中有着广泛的应用，例如，在无线电通信、广播、电视设备中用来产生所需要的载波和本机振荡信号；在电子测量仪器中用来产生各种频段的正弦信号等。

本次课程设计共进行了两个星期，期间，通过对资料的查阅以及整理，大概了解了负阻正弦波振荡器的设计方法以及设计原理。

其中，根据产生振荡波形的不同，可分为简谐波振荡电路，即正弦波振荡电路和多谐振荡电路；按照振荡机理的不同，可分为反馈型振荡电路和负阻型振荡电路两类；根据选频网络所采用的不同形式，又可以分为很多种。

振荡器的负阻器件是具有负增量电阻特性的电子器件，分电压控制型和电流控制型两类，而本次课程设计，就针对电压控制型的负阻器件的伏安特性进行分析。

除了对负阻器件以及负阻振荡器的研究，本文对Multisim软件也进行了简单的介绍，其中，分别介绍了Multisim软件的基本概念、用途以及Multisim软件的特点。

在做课程设计的过程中，通过自己的研究以及和同学的相互讨论，对Multisim软件有了一定的了解，运用起来也比较得心应手。

通过本次课程设计，会学到很多知识，也会掌握很多知识，希望这次课程设计可以圆满结束。

正文3.1负阻正弦波振荡器3.1.1振荡电路在通信系统及无线电测量仪器中，除了放大电路以外，还需要能够产生周期性振荡信号的振荡电路，正弦波振荡器在电子技术领域有着及其广泛的应用。

如在无线电发送设备中，用振荡器产生载波；在超外差接收机里产生本振信号；在各种定时系统中把它作为时间基准信号；在各种通信测量仪器中，用振荡器作为各种波段的正弦波信号源。

振荡器在整个通信系统中占据着非常重要的地位。

在上述各种用途中，都要求振荡电路产生一定频率和振幅的正弦波信号，其主要技术指标是振荡频率的准确性和频率的稳定度、振荡幅度的大小及其稳定性等，而其中振荡频率稳定度最为重要。

振荡电路和放大电路一样，是一种能量转换电路，它无需外加激励而自动地把直流电源输出的直流能量转换成为指定频率和波形的交流电信号。

它与放大电路的区别在于，振荡器不需要外加信号的激励，其输出信号的频率、波形、振幅由电路的参数确定。

3.1.2振荡电路的种类：根据产生振荡波形的不同，可分为简谐波振荡电路，即正弦波振荡电路（能产生单频正弦波）和多谐振荡电路（能产生含有丰实谐波的波形，如：方波、三角波、锯齿波等）。

按照振荡机理的不同，可分为反馈型振荡电路和负阻型振荡电路两类。

反馈型振荡电路：利用正反馈将输出信号的一部分反馈回输入端，以补充振荡过程所损失的能量。

振荡器频率在200MHz 以下的正弦波振荡器绝大部分采用反馈型振荡器。

负阻型振荡电路：利用具有负阻效应的器件在一定条件下对负载呈现负阻，即等效一个源的特性来补充或者说抵消谐振回路中电阻所损耗的能量，从而使回路维持等幅的正弦振荡。

负阻型振荡器绝大的数用于振荡频率在几百MHz 以上的正弦波振荡器，在微波波段用的较多。

根据选频网络所采用的不同形式，正弦波振荡器又可分为：1、RC 振荡器（低频振荡器）RC ⎧⎨⎩串并联网络振荡器移相式振荡器2、互感耦合振荡器：频率不能工作得很高，一般工作于短波段。

例如，调幅广播接收机。

3、三点式振荡器OSC OSC OSC OSC OSCOSC ⎧⎪⎧⎪⎨⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎩电感反馈（哈特莱）基本型（考比兹）电容反馈克拉泼西勒 4、石英晶体OSC OSC OSC OSC OSCOSC ⎧⎪⎧⎪⎨⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎩串联型晶体皮尔斯并联型晶体米勒泛音3.2负阻型振荡器3.2.1负阻型振荡器的介绍由负阻器和LC谐振回路构成，它工作在100MHZ以上的超高频段。

利用负阻器件抵消回路中的正阻损耗，产生自激振荡的振荡器。

由于负阻器件与回路仅有两端连接，故负阻振荡器又称为“二端振荡器”。

负阻振荡器是把一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振回路相连，以产生等幅震荡。

负电阻是一种较为特殊的电阻，尽管它也满足欧姆定律，但不同于正电阻，负电阻是一种有源元件，在工程中不存在像正电阻那样的单独负电阻元件，但负电阻可以通过其它的电路元件来实现。

本次课程设计主要借助于运算放大器实现负电阻与谐振回路相连设计出负阻振荡器。

3.2.2负阻器件的伏安特性负阻器件：具有负增量电阻特性的电子器件，分电压控制型和电流控制型两类，其伏安特性分别如下图所示。

共同特点是：特性曲线中间AB段的斜率值为负，即在该区域内，器件的增量为负值（a）电压控制型（b）电流控制型图3—1 负阻器件图3—1（a）所示，同一个电流值可以对应一个以上的电压值，但一个电压值只对应一个电流值，把具有这种特性的负阻器件称为电压控制器件，只要确定电压值，器件的工作点便可确定下来。

图3—1（b）所示，同一个电压值可以对应一个以上的电流值，但一个电流值只对应一个电压值，只要确定电流值，器件的工作点便可确定下来了，这种器件称为电流控制负阻器件。

实用中：隧道二极管属于电压控制负阻器件；单结晶体管、雪崩管等为电流控制负阻器件。

3.2.3特性分析图3—2 负阻器件特性分析图3—2所示，在负阻区内Q 点处，电压有一正增量D u ∆，其对应的电流增量D i ∆为负值，所以该点处的增量电阻为负值，现用n r -表示增量电阻（负号表示负电阻），因此可得：n D D n g i U r /1/-=∆=。

n g 为n r 的倒数，称为负电导。

如果在所示负阻区内工作点电压U Q 上叠加一幅度很小的正弦波，在负阻特性线性化后，流过负阻器件的交流电流也是正弦波，电压电流对应波形如图3—3所示，可以看到电压、电流的相位相反。

图3—3电压电流波形t)(sin -I )t)/(-r (sin U )/(-r m n m n ωω===u i式中： m n n m m U g r U I ==/作用在器件上的合成电压和电流分别为：t)(sin ωm Q Q D U U u U u +=+=t)(sin ωm Q Q D I I I I i -=+=则器件消耗的平均功率：dt i u pdt T P D D T T00(1/T))/1(⎰=⎰=代入可得： )2/(m m Q Q I U I U P -=右边第一项是直流电源供给器件的直流功率，第二项是器件加上交流电压后形成交流电流所产生的功率，它是一个负功率。

这说明负阻器件在交流电压的作用下，能把从直流电源获得的直流能量的一部分转变为交流电能，这就是负阻器件能构成负阻振荡器的基础。

3.2.4负阻振荡器的用途负阻振荡器在通信设备和电子仪器中用作信号源，常用于频率比较高的场合。

60年代以来，陆续发明了不少新型的固态负阻器件和据此构成的负阻振荡器。

在微波频段,除了上述的隧道二极管振荡器外，最主要的有雪崩渡越时间二极管振荡器和转移电子器件振荡器。

它们与微波真空电子器件(反射速调管、磁控管、返波管等)振荡器比较,具有耗电少、直流供电电压低、结构简单、体积小、成本低等优点，缺点是输出功率较小，耐核辐射能力差。

3.3负阻振荡电路3.3.1原理电路：串联型和并联型，如图3—4（a ）（b ）所示（a ）串联型 （b ）并联型图3—4原理电路3.3.2隧道二极管负阻振荡电路（a ）振荡电路 （b ）交流等效电路图3—5隧道二极管负阻振荡电路如图3—5（a ）所示，图中D 为隧道二极管，具有电压控制型负阻特性，L 、C 构成并联谐振回路，V CC 、R 1、R 2构成隧道二极管的直流偏置电路，提供隧道二极管工作在负阻区所需要的直流工作点电压，C 1为高频旁路电容，用以对R 2产生交流旁路作用。

将隧道二极管用等效的负电导代替，并考虑到其极间电容C j 的影响，可画出交流等效电路，如图3—5（b ）所示。

根据LC 回路自由振荡的原理，当负阻器件所呈现的负阻与LC 振荡回路的等效损耗电阻相等时，即负阻器件向振荡回路所提供的能量恰好补偿回路的能量损耗，电路就能维持稳定的等幅振荡。

也就是说，LC 谐振回路的等效电阻L/Cr)G G G (G D L D e e =+=G 与负电导n g 相等时，就能产生正弦波振荡，其振荡频率决定于LC 谐振回路的参数()1-2102⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=j C C L f π 需要注意的是：在起振阶段，只有当负阻器件向LC 回路提供的交流能量大于回路消耗的能量时，振荡回路中才能产生增幅振荡，即电压控制型负阻振荡器的振幅起振条件为： e n G g >随着振荡幅度的增大，负阻器件由交流小信号线性工作区逐渐进入大信号非线性区，虽然加在负阻器件上的交流电压为正弦波而通过器件的电流为非正弦波，其基波分量增长量减小，负阻器件的等效电导值n g 也减小，当n g 减小到与回路的损耗电导e G 相等时，即进入振荡的平衡状态。