基于石英晶体的正弦波振荡器multisimnewto st

正弦波振荡器电路的设计一．设计要求1．要求振荡器的工作频率在30MHZ附近。

2．频率的稳定度为1%—5%。

二．设计原理正弦波振荡器可分为两大类，一类是利用正反馈原理构成的反馈振荡器，它是目前应用最广的一类振荡器。

另一类是负阻振荡器，它是将负阻器件直接连接到谐振回路中，领用负阻器件的负电阻效应去抵消回路中的损耗，从而产生出等幅的自由振荡。

本次实验采用负反馈振荡器产生正弦波。

原理框图如下：1、平衡条件与起振条件（1）振荡的过程当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大→反馈→放大→反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。

随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。

（2）起振条件——为了振荡起来必需满足的条件由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压Uf 与输入电压Ui 在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf ＞Ui ，即：起振条件：2T K F n ψψψπ=+=|()|1T jw KF => (3)平衡条件——为维持等幅振荡所需满足的条件振幅平衡条件：|()|1T jw KF == 相位平衡条件 :2T K F n ψψψπ=+=其中n=0,1,2,3…2、稳定条件振荡器工作时要处于稳定平衡状态，既要振幅稳定，而且相位要稳定。

振幅稳定条件：AF 与Ui 的变化方向相反。

相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反三． 设计步骤 1．选定电路形式。

选择电容反馈式的改进型振荡器——克拉泼振荡器。

下图是克拉泼振荡器的交流等效电路。

它是用电感L 和电容C3的串联电路构成，且C3<<C1,C2。

C1C2L1C3.此回路的总电容C 只要由C3决定，因为C1，C2和并联对电路总电容的影响很小。

所以电路的振荡角频率为10311LC LC ωω≈== 反馈系数12C F C = 振荡器频率取32MHZ ，则C3电容取50PF ，电感L1取500nH 。

项目名称：正弦波振荡器的仿真设计小组成员及分工：张曌（电路仿真图设计及PPT设计及论文撰写A）、翟小宝(查阅资料及论文撰写B)、陈春(查阅资料及论文撰写B)指导教师：田野日期：2016年目录摘要 (3)前言 (4)正文 (4)一、正弦振荡器的原理及设计 (4)1.1振荡条件 (4)二、互感耦合振荡器仿真设计 (5)2.1互感耦合振荡器的原理 (5)2.2振荡条件 (6)2.3仿真电路图的设计 (6)2.4互感系数对振荡频率的影响 (8)三、电容三端式振荡器仿真设计 (9)3.1电路原理图 (9)3.2振荡条件分析 (9)3.3仿真设计 (10)3.4起振过程分析 (13)3.5探究偏置电路工作点设置对振荡频率的影响 (13)四、电感三端式振荡器 (14)4.1电路原理图 (14)五、改进型电容三端式振荡器 (15)5.1克拉泼振荡器 (16)5.2西勒振荡器 (19)六、并联型石英晶体振荡器 (21)6.1电路原理图 (22)6.2振荡分析 (22)6.3仿真设计 (23)6.4石英晶体的串联和并联谐振频率 (25)七、串联型石英晶体振荡器 (26)7.1基本原理图 (26)7.2仿真设计 (27)八、总结 (29)8.1电路振荡频率稳定度的对比 (29)8.2提高频率稳定度的措施 (29)8.4各振荡电路的应用情况 (29)九、优缺点及问题 (30)十、参考文献 (30)本文利用Mulitisim仿真软件对互感耦合调集正弦振荡器、电容三端反馈式正弦振荡器、克拉泼振荡电路、西勒振荡电路、电感三端反馈式振荡器、并联石英晶体振荡器、串联石英晶体振荡器依次进行了电路设计及仿真，仿真结果表明各正弦振荡器均可实现其功能，产生高频正弦信号。

第一部分对互感耦合振荡器的三种类型进行了介绍，选取最为常见的互感耦合调集电路进行设计，通过选取合适的偏置电路以及利用电位器对晶体管工作点的调整，选取合适的互感系数，从而得到了互感耦合振荡器的波形。

高频课设报告-采用Multisim仿真软件对高频正弦波振荡器设计洛阳理工学院计算机与信息工程系20XX届通信工程专业课程设计报告计算机与信息工程系《高频电子线路》课程设计报告专业通信工程班级xxxxxxx学号xxxxxxxxx姓名xxxxxxxx完成日期20XX年12月26日指导教师xxxxxx评语：成绩：批阅教师签名：批阅时间：第一章高频正弦波振荡器1.1任务和设计要求：1.1.1设计内容在本次课程设计中采用了Multisim仿真软对高频正弦波振荡器进行设计及绘制，并模拟仿真。

从理论上对电路进行了分析。

选择合适的预案器，设计出满足要求的高频正弦波振荡器。

1.1.2设计要求设计一个高频正弦波振荡器，要求振荡频率为5MHz,相对准确对≤2‰。

1.2高频正弦波振荡器工作原理及系统框图由LC谐振回路作反馈电路的反馈型正弦波振荡器。

其放大电路主要由晶体管或电子管构成，自振频率基本上决定于谐振回路的电感L和电容C，振荡幅度主要受制于有源电子器的非线性和电源电压的幅度。

LC振荡器因谐振回路具有很高的选择性，即使放大器工作在非线性区，振荡电压仍非常接近正弦形。

但因它的谐振元LC之值限于体积不宜过大，振荡频率不宜太低,一般为几百千赫到几百兆赫。

频率稳定度墹f/f一般为10-2～10-4量级，略优于RC振荡器，但比石英晶体振荡器要低几个数量级。

谐振元L或C 的数值调节方便，可借以改变振荡频率，因而为广播、通信、电子仪器等电子设备所广泛采用。

LC振荡器依L、C在电路中的接法不同而有调集振荡器、哈特莱振荡器、科皮兹振荡器等主要类型。

正弦波振荡器的工作原理图如下：图1系统原理框图1.3系统电路设计该高频正弦波振荡器是不需要输入信号控制就能自动地将直流电转换为特定频率和振幅的正弦交变电压（电流）的电路。

它由四部分组成：放大电路，选频网络，反馈网络和稳幅电路。

常用的正弦波振荡器有电容反馈振荡器和电感反馈振荡器两种。

后者输出功率小，频率较低；而前者可以输出大功率，频率也较高。

石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。

对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。

一、石英晶体的特点将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并作为两个极引出管脚, 加以封装, 就构成石英晶体谐振器。

其结构示意图和符号如右图所示。

1.压电效应和压电振荡在石英晶体两个管脚加交变电场时, 它将会产有利于一定频率的机械变形, 而这种机械振动又会产生交变电场, 上述物理现象称为压电效应。

一般情况下, 无论是机械振动的振幅, 还是交变电场的振幅都非常小。

但是, 当交变电场的频率为某一特定值时, 振幅骤然增大, 产生共振, 称之为压电振荡。

这一特定频率就是石英晶体的固有频率, 也称谐振频率。

2.石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路如下图（a）所示。

当石英晶体不振动时,可等效为一个平板电容C0, 称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积, 一般约为几到几十皮法。

当晶片产生振动时, 机械振动的惯性等效为电感L, 其值为几毫亨。

晶片的弹性等效为电容C, 其值仅为0.01到0.1pF, 因此, C<0。

晶片的磨擦损耗等效为电阻R, 其值约为100Ω, 理想情况下R=0。

当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时, 该支路呈纯阻性, 等效电阻为R, 谐振频率谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗, 因R<<ω0C0, 故可近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为R。

当f<fs时, C0和C电抗较大, 起主导作用, 石英晶体呈容性。

当f>fs时, L、C、R支路呈感性, 将与C0产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率由于C<0, 所以fP≈fS。

当f>fP时, 电抗主要决定于C0, 石英晶体又呈容性。

因此, 石英晶体电抗的频率特性如上图所示, 只有在fs<f<fP的情况下, 石英晶体才呈现感性；并且C0和C的容量相差愈悬殊, fs和fP愈接近, 石英晶体呈感性的频带愈狭。

基于Multisim12的RC正弦波振荡器的仿真及分析张静;王瑜【摘要】采用Multisim12电路仿真软件对RC正弦波振荡电路进行虚拟仿真,对于振荡频率采用滑动变阻器R和可变电容C进行组合调节,串并联同时控制,实现不同频率正弦波的输出.仿真并分析了从起振、平衡到失真的整个过程,仿真结果与理论一致.通过虚拟电路的设计、仪器仪表的使用,实验结果的分析,使得正弦波振荡器教学更加形象生动,有利于学生对理论知识的理解,提高他们的高频电子线路的学习热情及效果.【期刊名称】《绥化学院学报》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】4页(P151-154)【关键词】Multisim12;RC正弦波振荡器;仿真;频率;幅度;失真【作者】张静;王瑜【作者单位】河海大学文天学院安徽马鞍山 243031;河海大学文天学院安徽马鞍山 243031【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;TN702Multisim12软件是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以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。

它不仅可以广泛的应用于电路、模拟电路、数字电路、通信（高频）电子线路、射频电路、数字通信电路的仿真分析，还可以用于电子测量、单片机仿真PLC控制系统以及PLD的仿真[1]。

在高校教学中的应用也很多，特别是在相对较难的高频电子线路中应用价值尤为突出，比如，在高频小信号放大器的仿真分析[2-3]，高频谐振功率放大器[4-6]，正弦波振荡器的设计与仿真[7-10]，以及调幅与解调的仿真分析[11-12]等等。

通过实验仿真，不仅可以对理论进行检验，同时，电路设计的过程以及仿真分析的过程可以不断发现问题，解决问题，对理论知识思考更加透彻。

正弦波振荡器在通信系统中非常常用，在发送端负责产生高频载波对基带信号进行调制，接收端负责生成本振信号用于混频。

正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器）实验一、实验目的1．掌握电容三点式LC 振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2．掌握LC 振荡器幅频特性的测量方法；3．熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响；通过实验进一步了解调幅的工作原理。

4．了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。

二、实验仪器1.100M 示波器 一台2.高频信号源 一台3.高频电子实验箱 一套三、实验电路原理1.基本原理振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定波形的交变振荡能量的装置。

正弦波振荡器在电子技术领域中有着广泛的应用。

在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去的。

在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生一个本地振荡信号，送入混频器，才能将高频信号变成中频信号。

振荡器的种类很多。

从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。

此实验只讨论反馈式振荡器。

根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器分为正弦波振荡器与非正弦波振荡器。

此实验只介绍正弦波振荡器。

常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。

按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC 振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。

（1）反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理以互感反馈振荡器为例，分析反馈型正弦波自激振荡器的基本原理，其原理电路如图2-1所示。

b V bE cE -1L 2L f V bV '+-图 2-1反馈型正弦波自激振荡器原理电路当开关K 接“1”时，信号源b V 加到晶体管输入端，构成一个调谐放大器电路，集电极回路得到了一个放大了的信号F V 。

当开关K 接“2”时，信号源b V 不加入晶体管，输入晶体管是F V 的一部分b V '。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目一：高频石英晶体正弦波振荡器初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、采用晶体三极管构成一个多功能正弦波振荡器；2、额定电源电压5.0V ，电流1～3mA;输出频率10 MHz；3、通过跳线可构成串、并联晶体振荡器；4、有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压≥1 V (D-P);5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：二十周一周，其中4天硬件设计与制作，3天调试及答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)2 设计内容及要求 (1)2.1设计目的及主要任务 (1)2.1.1设计目的 (1)2.1.2 设计任务及要求 (1)2.2设计思想 (2)3 石英晶体特性简介 (2)3.1物理特性 (2)3.2等效电路及阻抗特性 (2)3.3晶体谐振器的应用 (3)4 晶体正弦波振荡器的设计 (3)4.1串联型晶体振荡器 (4)4.2并联型晶体振荡器 (5)4.2.1 c-b型并联晶体振荡器 (5)4.2.2 b-e型并联晶体振荡器 (6)4.3输出缓冲级设计 (7)4.4晶体振荡器设计总原理图 (7)4.4.1电路原理图的设计 (7)4.4.2 元件参数的计算 (8)5 电路仿真与硬件调试 (9)5.1电路仿真 (9)5.1.1静态工作点的测试 (9)5.1.2串联型振荡器输出测试 (10)5.1.3并联型振荡器输出测试 (11)5.2硬件调试 (11)6 元器件清单 (13)7 总结与心得体会 (14)参考文献 (15)摘要石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

基于 Multisim 的 RC 正弦波振荡电路仿真分析RC正弦波振荡电路是一类重要的电路，被广泛应用于电子领域。

本文以基于Multisim的RC正弦波振荡电路为研究对象，对其进行仿真分析，从而探究其基本特性和性能参数。

一、电路搭建首先，在Multisim软件中，选取电路图纸，通过选取电子元器件，建立RC电路。

RC正弦波振荡电路的基本架构由正放式运放、两个电阻和一个电容组成。

将一个电容放在反相输入端与输出端负极相连，电容的另一端与一个固定电阻相接，在反相输入端连接一个变阻器，非反相输入端接地。

通过连接电源，建立好电路图。

二、调整电路参数在搭建电路之后，需要为电路调整参数。

首先可以调整电阻的值，调整R1、R2值，以便改变振荡频率。

然后对电容C进行调整，设置合适的电容值，以得到电路的理想振荡频率。

当调整好参数后，可以进行振荡波形的观测，从而验证电路的实际效果。

三、分析电路特性通过Multisim软件得到电路的振荡波形，并分析其特性。

在本文所述的RC正弦波振荡电路中，通过选择合适的元器件值，可以得到稳定、可调谐范围广、信噪比高的正弦振荡器。

在这样的正弦振荡器中，正放运放工作于非线性区，并且依靠电容C和电阻R进行反馈调整，从而保持输出的正弦波振荡。

四、参数计算在Multisim中，我们可以测量并计算各个参数。

例如，可通过测量电压对时间的变化，计算出电路的振荡频率。

通过计算得知，RC正弦波振荡电路的振荡频率为：f = 1 / (2 * π * RC)。

其中，C为电容值，R为与电容器相连的电阻值。

五、性能分析通过Multisim软件的仿真分析，我们可以获得RC正弦波振荡电路的性能指标。

这些指标包括：振幅稳定、振荡频率稳定、频率可调范围、波形畸变系数、信噪比等。

其中，振荡频率可调范围是关键参数之一。

通常，在RC正弦波振荡电路中，调节电容和电阻值，既可以调节振荡频率，又可以实现对振幅和相位的调节。

综上所述，本文以基于Multisim的RC正弦波振荡电路为研究对象，通过仿真分析其基本特性和性能参数。

⽯英晶体振荡器⽯英晶体振荡器⽯英晶体振荡器是⼀种⽤于频率稳定和选择频率的电⼦器件，它的主要作⽤是提供频率基准，由于它具有⾼稳定的物理化学性能、极⼩的弹性震动损耗以及频率稳定度⾼的特点，因此被⼴泛⽤于远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系统（GPS）、导航、遥控、航空航天、⾼速计算机、精密计测仪器及消费类民⽤电⼦产品中，是⽬前其它类型的振荡器所不能替代的.⼀、⽯英晶体谐振器的结构、振荡原理1、⽯英晶体振荡器的结构⽯英晶体振荡器是利⽤⽯英晶体（⼆氧化硅的结晶体）的压电效应制成的⼀种谐振器件，它的基本构成⼤致是：从⼀块⽯英晶体上按⼀定⽅位⾓切下薄⽚（简称为晶⽚，它可以是正⽅形、矩形或圆形等），在它的两个对应⾯上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊⼀根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了⽯英晶体谐振器，简称为⽯英晶体或晶体、晶振。

其产品⼀般⽤⾦属外壳封装，也有⽤玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

下图是⼀种⾦属外壳封装的⽯英晶体结构⽰意图。

2、压电效应若在⽯英晶体的两个电极上加⼀电场，晶⽚就会产⽣机械变形。

反之，若在晶⽚的两侧施加机械压⼒，则在晶⽚相应的⽅向上将产⽣电场，这种物理现象称为压电效应。

如果在晶⽚的两极上加交变电压，晶⽚就会产⽣机械振动，同时晶⽚的机械振动⼜会产⽣交变电场。

在⼀般情况下，晶⽚机械振动的振幅和交变电场的振幅⾮常微⼩，但当外加交变电压的频率为某⼀特定值时，振幅明显加⼤，⽐其他频率下的振幅⼤得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象⼗分相似。

它的谐振频率与晶⽚的切割⽅式、⼏何形状、尺⼨等有关。

⼆、⽯英晶体振荡器的等效电路与谐振频率1、等效电路⽯英晶体谐振器的等效电路如下图所⽰。

当晶体不振动时，可把它看成⼀个平板电容器称为静电电容Co，它的⼤⼩与晶⽚的⼏何尺⼨、电极⾯积有关，⼀般约⼏个PF到⼏⼗PF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可⽤电感L1来等效。

⼀般L1的值为⼏⼗mH 到⼏百mH。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目一：高频石英晶体正弦波振荡器初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、采用晶体三极管构成一个多功能正弦波振荡器；2、额定电源电压5.0V ，电流1～3mA;输出频率10 MHz；3、通过跳线可构成串、并联晶体振荡器；4、有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压≥1 V (D-P);5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：二十周一周，其中4天硬件设计与制作，3天调试及答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)2 设计内容及要求 (1)2.1设计目的及主要任务 (1)2.1.1设计目的 (1)2.1.2 设计任务及要求 (1)2.2设计思想 (2)3 石英晶体特性简介 (2)3.1物理特性 (2)3.2等效电路及阻抗特性 (2)3.3晶体谐振器的应用 (3)4 晶体正弦波振荡器的设计 (3)4.1串联型晶体振荡器 (4)4.2并联型晶体振荡器 (5)4.2.1 c-b型并联晶体振荡器 (5)4.2.2 b-e型并联晶体振荡器 (6)4.3输出缓冲级设计 (7)4.4晶体振荡器设计总原理图 (7)4.4.1电路原理图的设计 (7)4.4.2 元件参数的计算 (8)5 电路仿真与硬件调试 (9)5.1电路仿真 (9)5.1.1静态工作点的测试 (9)5.1.2串联型振荡器输出测试 (10)5.1.3并联型振荡器输出测试 (11)5.2硬件调试 (11)6 元器件清单 (13)7 总结与心得体会 (14)参考文献 (15)摘要石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

目录课程设计任务书第一章摘要 (2)第二章特性简介【1】物理特性 (2)【2】晶振符号及等效电路 (2)【3】电抗特性 (3)【4】晶振的特点 (3)【5】晶振的优缺点 (4)第三章晶体振荡器的类型概述【1】并联型晶体振荡器 (4)【2】串联型晶体振荡器 (6)【3】泛音晶体振荡器 (6)第四章正弦波晶体振荡器设计电路【1】晶体振荡器原理图选择依据 (7)【2】晶体振荡器设计原理图 (7)【3】工作点及回路参数的确定 (8)第五章心得体会 (10)第六章参考文献 (11)第一章摘要石英晶体正弦波振荡器简称晶振，是以高稳定度、高Q值的石英谐振器替代LC振荡器中震荡回路的电感、电容元件而构成的自激正弦波振荡器，它利用石英晶体的压电效应实现机械能与电能的相互转化。

由于晶体振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

第二章特性简介【1】物理特性晶体的基本特性是它具有压电效应。

依靠这种效应，可以将机械能转变为电能；反之，也可以将电能转变为机械能。

当晶体受到机械力时，它的表面上就产生了电荷。

如果机械力由压力变成张力，则晶体表面的电荷极性就反过来。

这种效应成为正压电效应。

反之，如果在晶体表面加入一定的电压，则晶体就会产生弹性变形。

如果外加电压作交流变化，晶体就产生机械振动，振动的大小基本上正比于外加电压幅度，这种效应称为反压电效应。

晶体的压电效应如图1（a）所示。

另外，石英晶体和其他弹性体一样，也具有惯性和弹性，因而存在固有振动频率。

当外加电源频率与晶体的固有振动频率相等时，晶体片就产生谐振。

这时，机械振动的幅度最大，相应地晶体表面产生的电量亦最大，因而外电路中的电流也最大。

因此石英晶体片本身具有谐振回路的特性，如图1（b）所示。

【2】晶振符号及等效电路石英晶体谐振器的符号及等效电路分别如图2（a）（b）所示。

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目一：高频石英晶体正弦波振荡器初始条件：具较扎实的电子电路的理论知识及较强的实践能力；对电路器件的选型及电路形式的选择有一定的了解；具备高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力；能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、采用晶体三极管构成一个多功能正弦波振荡器；2、额定电源电压5.0V ，电流1～3mA;输出频率 10 MHz；3、通过跳线可构成串、并联晶体振荡器；4、有缓冲级，在100欧姆负载下，振荡器输出电压≥ 1 V (D-P);5、完成课程设计报告（应包含电路图，清单、调试及设计总结）。

时间安排：二十周一周，其中4天硬件设计与制作，3天调试及答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)2 设计内容及要求 (1)2.1设计目的及主要任务 (1)2.1.1设计目的 (1)2.1.2 设计任务及要求 (1)2.2设计思想 (2)3 石英晶体特性简介 (2)3.1物理特性 (2)3.2等效电路及阻抗特性 (2)3.3晶体谐振器的应用 (3)4 晶体正弦波振荡器的设计 (3)4.1串联型晶体振荡器 (4)4.2并联型晶体振荡器 (5)4.2.1 c-b型并联晶体振荡器 (5)4.2.2 b-e型并联晶体振荡器 (6)4.3输出缓冲级设计 (7)4.4晶体振荡器设计总原理图 (7)4.4.1电路原理图的设计 (7)4.4.2 元件参数的计算 (8)5 电路仿真与硬件调试 (9)5.1电路仿真 (9)5.1.1静态工作点的测试 (9)5.1.2串联型振荡器输出测试 (10)5.1.3并联型振荡器输出测试 (11)5.2硬件调试 (11)6 元器件清单 (13)7 总结与心得体会 (14)参考文献 (15)摘要石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

目录第一章振荡器的基本常识 (1)第一节振荡器的分类 (1)第二节振荡产生的原理 (1)一自激振荡的产生 (1)二产生振荡的条件 (2)第三节起振和稳幅 (3)一起振过程 (3)二振幅的稳定 (3)第四节正弦波振荡器 (4)第五节频率稳定度 (5)第二章石英晶体 (6)第一节石英晶体的基本特性 (6)一石英晶体的基本结构 (6)二压电效应 (6)第二节石英晶体等效电路和振荡电路 (7)第三章12MHz石英晶体正弦波振荡器 (10)第一节电路的选择 (10)第二节石英晶体振荡器设计 (10)一主要技术指标 (10)二设计说明 (10)<一）选择电路 (10)<二）选择晶体管和石英晶体 (11)<三）确定直流工作点并计算偏置电路元件参数 (11)<四）求C1\C2\Ct的电容值 (12)心得体会 (13)参考文献 (13)第一章振荡器的基本常识第一节振荡器的分类震荡器<Oscillator）是一种能量转换装置。

它的能量来源一般是直流形式<振荡器电路的直流供电电源）。

经过振荡器转换后，此直流能量转换为一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出。

这种电能的“转换”过程被称作“振荡”(Oscillation）。

振荡器的作用是产生特定的输出信号，因此也常常被称为信号发生器<signalcreator）。

振荡器的类型繁多，按照振荡过程是否依赖于外部激励信号的参与，可以分为他激振荡器和自激振荡器；按照波形分类有正弦波振荡器和非正弦波振荡器；按照振荡器振荡频率的高低，可以分为低频振荡器、高频振荡器、超高频振荡器等；按照振荡器的选频元件分类，则有RC振荡器、LC振荡器、石英晶体振荡器等。

第二节振荡产生的原理一自激振荡的产生无需外加激励就能产生特定波形的交流输出信号，这种振荡电路称为自激振荡器。

自激振荡器产生的波形可能是正弦波，也可能是非正弦波。

其中正弦波自激振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用；而非正弦振荡器能产生出矩形波<方波）、三角波、锯齿波等信号，这些信号可以用于测量设备、数字系统、自动控制及计算机设备中。

晶体振荡器的基本知识下图是石英晶体谐振器的等效电路。

图中C0是晶体作为电介质的静电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。

Lq、Cq、rq是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。

rq是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。

由图3-1可以看出，晶体振荡器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0分别为f q=1/2πLqCq，f0=f q Co1Cq/图1晶体振荡器的等效电路当W＜Wq或W>Wo时，晶体谐振器显容性；当W在Wq和Wo之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。

由于Lq很大，即使在Wq 处其电抗变化率也很大。

其电抗特性曲线如图所示。

实际应用中晶体工作于Wq~Wo之间的频率，因而呈现感性。

图2晶体的电抗特性曲线设计内容及要求一设计目的及主要任务1设计目的掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并联变换的晶体正弦波振荡器。

2并联型晶体振荡器图3c-b型并联晶体振荡器电路图4皮尔斯原理电路图5交流等效电路C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上，C1、C2、C3串联组成石英晶体谐振器的负载电容C L上，其值为C L=C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3)C q/(C0+C L)<<1二详细设计步骤1、电路的选择晶体振荡电路中，与一般LC振荡器的振荡原理相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。

根据实际常用的两种类型，电感三点式和电容三点式。

由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。

该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。

所以它具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。

因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。

图6工作电路2、选择晶体管和石英晶体根据设计要求，选择高频管2N3904型晶体管作为振荡管。