基于EDA工具的選頻振蕩器設計與仿真談教學質量的提升

李要偉 孫兆宏

摘 要：EWB、Multisim以及OrCAD是目前常用的數模混合仿真EDA工具，三種軟件內核均為Spice。實驗教學，先“虛擬”實驗，后“硬件”實驗，豐富教學手段同時提升教學質量。文章基于EDA工具進行常用選頻振蕩器的設計和仿真。

關鍵詞：虛擬實驗；EDA工具；選頻振蕩器

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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振蕩器的設計與仿真

用RC串并聯選頻電路作為選頻環節的正弦波振蕩器電路如圖1（a）所示，運放？滋A741構成放大環節，電阻RF1和RF2、RD等組成負反饋網絡。D1、D2組成自動穩幅電路，防止運放輸出級進入飽和而產生嚴重的上下削波失真。電路的負反饋系數F=■，當輸出電壓增加時，二極管導通，負反饋系數變為F=■，負反饋加強，達到限幅目的，調整RF2使F略大于1/3，以滿足起振條件，振蕩電路設計頻率f0=■≈1KHz。用Multisim軟件對電路進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振蕩器設計與仿真

LC振蕩器以LC串并聯回路作為選頻網絡，類型較多，典型如西勒振蕩器和克拉潑振蕩器。圖2（a）為設計好的電容三點式振蕩器，調整Rw是三極管VT工作于放大狀態，C1和C2形成反饋網絡，C2兩端信號加于晶體管發射結，形成正反饋。C1、C2、C3和C4及電感L構成選頻網絡，調整C4的大小可影響輸出正弦波頻率，根據圖示電路給的參數，設計頻率為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、晶體振蕩器設計與仿真

晶體振蕩器常見有兩種形式，即串聯型和并聯型。圖3（a）為并聯型晶體振蕩器，晶體的作用相當于圖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：LS=5mH，CS=0.022pF，RS=10Ω，CO=5pF， fp≈■≈15.17MHz為其并聯標稱頻率。電路經仿真，頻譜如圖3（b）所示，和石英晶體的標稱頻率一致。

四、負阻振蕩器設計與仿真

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

五、結束語

以Mulitisim為代表的電子電路仿真技術改變了傳統以定量估算和電路實驗為基礎的傳統教學方法。無論在理論教學和實踐教學方面的輔助作用是非常明顯的。在實踐教學中，引入基于Spice的振蕩器設計和實驗方法，學生的學習興趣大增，也改善了傳統實踐教學的硬性驗證模式，有力促進教學方法和質量的提高。

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