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基于OrCAD/PSpice的晶体振荡电路设计仿真

作者:时间:2012-10-21来源:网络收藏

摘要:通过对电容三点式振荡电路和石英器等效电路的计算分析,设计并改进了石英器电路。在环境中完成了电路的时域和频域仿真分析,对影响振荡电路起振特性的因素进行了探讨,进一步验证了电路仿真设计的合理性和可靠性。给出了发生电路的振荡、稳幅波形,测量了振荡周期和振荡频率,并与理论值做出比较。结果表明,设计的振荡电路波形好,振荡频率稳定,易于实现,可广泛应用于工程设计领域。
关键词:;正弦波;石英器;电路仿真

0 引言
随着微电子、计算机技术的快速发展,电子产品开发都实现了电子设计自动化。Cadence公司的/PSpice就是其中功能强大的一种专用电路仿真软件;它可对给定参数的复杂电路进行直流、交流分析、瞬态分析、参数扫描和蒙特卡罗分析等,在初级阶段进行功能和性能的验证。本文以具体的振荡电路对PSpice仿真过程作深入探讨,对电子电路特性进行仿真分析,为电路优化设计提供可靠的理论依据。

1 电容三点式振荡电路
图1为利用反馈原理设计的电容三点式振荡电路,又称科尔皮兹(Colpitts)振荡器。图中晶体管放大电路构成主网络,直流电源对电路提供偏置,LC并联谐振回路构成正反馈选频网络。其中C1,C2和Ce分别为高频耦合电容和旁路电容;C3,C4为回路电容;L是回路电感;C4端接回基极构成正反馈,反馈系数F=C3/C4。在不考虑寄生参数的情况下,据正弦振荡的相位条件,振荡频率(单位:MHz)为:
a.JPG
在Capture CIS中绘制电路原理图,各元件参数如图1所示,对电路瞬态分析,进行时域仿真,仿真时间选择5μs,设置Maximum step为10 ns,执行仿真命令,在Probe中可清晰地看到电路的起振过程和光滑的输出波形,起振时间约为1.0μs,如图2所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/185632.htm

b.JPG


刚接通电源时电路中存在各种宽频谱扰动,频率近似为LC选频网络谐振频率的分量才能通过反馈网络产生反馈电压;经线性放大和反馈不断循环,振荡电压不断增大。但晶体管线性范围有限,随着振幅增大放大器逐渐进入饱和或截止区,增益逐渐下降;当环路增益下降到1时,振幅停止增长,振荡电路达到平衡,进入等幅振荡状态。
由图可知,T=4.902-4.811=0.091 μs,f0=1/T≈10.98 MHz。与理论计算值比较,频率失真主要是因为电路非理想特性的影响,如晶体管内部参数、分布电容、分布电感等。
lc振荡电路相关文章:lc振荡电路原理

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