李要偉 孫兆宏

摘 要：EWB、Multisim以及OrCAD是目前常用的數(shù)?；旌戏抡鍱DA工具，三種軟件內(nèi)核均為Spice。實(shí)驗(yàn)教學(xué)，先“虛擬”實(shí)驗(yàn)，后“硬件”實(shí)驗(yàn)，豐富教學(xué)手段同時提升教學(xué)質(zhì)量。文章基于EDA工具進(jìn)行常用選頻振蕩器的設(shè)計和仿真。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；EDA工具；選頻振蕩器

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）14-0104-03

Abstract： EWB， Multisim and OrCAD are commonly used digital analog mixed simulation EDA tools， whose cores are all Spice. Experimental teaching， with the first "virtual" experiment and then "hardware" experiment， enriches teaching approaches as well as improves the quality of teaching. This paper designs and simulates the common frequency selection oscillator based on EDA.

Keywords： virtual experiment； EDA tools； frequency selective oscillator

一、RC振蕩器的設(shè)計與仿真

用RC串并聯(lián)選頻電路作為選頻環(huán)節(jié)的正弦波振蕩器電路如圖1（a）所示，運(yùn)放？滋A741構(gòu)成放大環(huán)節(jié)，電阻RF1和RF2、RD等組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。D1、D2組成自動穩(wěn)幅電路，防止運(yùn)放輸出級進(jìn)入飽和而產(chǎn)生嚴(yán)重的上下削波失真。電路的負(fù)反饋系數(shù)F=■，當(dāng)輸出電壓增加時，二極管導(dǎo)通，負(fù)反饋系數(shù)變?yōu)镕=■，負(fù)反饋加強(qiáng)，達(dá)到限幅目的，調(diào)整RF2使F略大于1/3，以滿足起振條件，振蕩電路設(shè)計頻率f0=■≈1KHz。用Multisim軟件對電路進(jìn)行振蕩輸出頻譜分析如圖1（b）所示，可見其頻率同理論計算基本一致。

二、LC振蕩器設(shè)計與仿真

LC振蕩器以LC串并聯(lián)回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，類型較多，典型如西勒振蕩器和克拉潑振蕩器。圖2（a）為設(shè)計好的電容三點(diǎn)式振蕩器，調(diào)整Rw是三極管VT工作于放大狀態(tài)，C1和C2形成反饋網(wǎng)絡(luò)，C2兩端信號加于晶體管發(fā)射結(jié)，形成正反饋。C1、C2、C3和C4及電感L構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整C4的大小可影響輸出正弦波頻率，根據(jù)圖示電路給的參數(shù)，設(shè)計頻率為f0=■≈6MHz。仿真輸出信號頻譜見圖2（b），頻率和理論計算基本相同。

三、晶體振蕩器設(shè)計與仿真

晶體振蕩器常見有兩種形式，即串聯(lián)型和并聯(lián)型。圖3（a）為并聯(lián)型晶體振蕩器，晶體的作用相當(dāng)于圖2（a）中的電感。選擇Multisim軟件Misc庫中的HC-49/U-15MHz石英晶體，其參數(shù)：LS=5mH，CS=0.022pF，RS=10Ω，CO=5pF， fp≈■≈15.17MHz為其并聯(lián)標(biāo)稱頻率。電路經(jīng)仿真，頻譜如圖3（b）所示，和石英晶體的標(biāo)稱頻率一致。

四、負(fù)阻振蕩器設(shè)計與仿真

隧道二極管的伏安特性是一條“N”形曲線。工作時，工作點(diǎn)選于隧道二極管的負(fù)阻區(qū)，可和LC電路連接實(shí)現(xiàn)振蕩。仿真時，首先對電路進(jìn)行DC掃描，獲取隧道二極管伏安特性，從而確定1N3712工作在負(fù)阻特性段的中點(diǎn)電壓值（0.16V）。調(diào)整R1，在隧道二極管端電壓為0.16V時，進(jìn)行瞬態(tài)分析。圖4（b）給出的就是仿真輸出波形，振蕩輸出頻率為100MHz。調(diào)整電路中的C1或CD可獲不同輸出頻率。

五、結(jié)束語

以Mulitisim為代表的電子電路仿真技術(shù)改變了傳統(tǒng)以定量估算和電路實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)教學(xué)方法。無論在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方面的輔助作用是非常明顯的。在實(shí)踐教學(xué)中，引入基于Spice的振蕩器設(shè)計和實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大增，也改善了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的硬性驗(yàn)證模式，有力促進(jìn)教學(xué)方法和質(zhì)量的提高。

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