三點式電容LC 振蕩器仿真實驗報告
實驗?zāi)康模?br> 本仿真實驗的目的是，通過仿真實驗，加深對于電容LC 振蕩器的認(rèn)識。。
實驗題目：

實驗工具：
Multisum仿真軟件，計算器
參考資料：
電容LC振蕩器ppt，《通信電子電路》教材，陳邦媛著，
《電子設(shè)計從零開始》（楊欣）
電容三點式振蕩電路-電子制作站
[1]王曉輝,王智永,韓智偉,胡帥可,謝印慶.基于三極管放大原理的電容三點式LC振蕩器的設(shè)計[J].電子世界,2020(03):206.
實驗過程：
電容三點式振蕩器也稱考畢茲（Colpitts，也叫科耳皮茲）振蕩器，是三極管自激LC振蕩器的一種，因振蕩回路中兩個串聯(lián)電容的三個端分別與三極管的三個極相接而得名，適合于高頻振蕩輸出的電路形式之一。
實驗電路：
圖片源自電工學(xué)習(xí)網(wǎng)
可見，實驗電路主要包括：直流偏置電路，LC諧振反饋振蕩電路，實驗采用共射極放大電路，首先進(jìn)行直流偏置電路的參數(shù)設(shè)置
實驗中選擇了mutisim中的虛擬三極管BJT-NPN 2N2222A，該三極管較為常見，頻率穩(wěn)定性較好。
直流偏置電路如下：

參數(shù)設(shè)定：
由于本實驗工作頻率在12MHZ左右，輸出振蕩正弦波信號幅值約為1V，故模擬整體電路進(jìn)行靜態(tài)工作點的選取。
計算電路如下：
12V VCC，
根據(jù)經(jīng)驗公式：

VCQ=1/2VCC=6V;RE=1/10RC；
ICQ大小為1mA-4mA較為合適；
本實驗選取ICQ=1.5mA；
RC= VCQ/ ICQ=4KΩ；RE=400Ω；
故UEQ=IEQ*RE=0.6V; UCEQ=0.7V;
B點電勢約等于1.3V；
又可以近似的認(rèn)為IBQ<<ICQ；
UB=R2/(R2+R1)*VCC;
取R1=10KΩ；
有R2約等于1.2KΩ；
故靜態(tài)工作點的選擇：
R1=10KΩ；R2=1.2KΩ
RC=4KΩ;RE=400Ω;

圖片源自raymon_tec的blog

實驗驗證:

模擬綜合驗證：

選擇12MHZ，0.1Vrms的交流小信號作為被放大信號，可見在直流工作點設(shè)置下，諧波失真2%左右，較小，符合設(shè)計要求，波形輸出電壓幅值2V左右，R3可調(diào)增益，符合輸出電壓要求。

下面分析電容三點式振蕩器的LC諧振部分的電路參數(shù)設(shè)置
考畢茲電路實驗原理如下：

圖片來源電工學(xué)習(xí)網(wǎng)
從圖上可以看出，基極輸入（假設(shè)有輸入）經(jīng)過三極管放大后的輸出電壓uo，再經(jīng)過電容C2與C1分壓后施加在三極管的BE結(jié)之間形成正反饋，
因此其反饋系數(shù)如下式：
F≈C1/C1+C2；
由振蕩器起振條件，AF>1；
F取值應(yīng)該為0.1—0.5；取C2=50pF,
有2π根號[4.7（50*x/(50+x)）]12=1000；
解得：C1=50pF；C2=148.83pF；
實驗驗證如下：

諧波失真4.75%,基本滿足要求，實際振蕩頻率為11.688MHZ
頻率相對準(zhǔn)確度：（12-11.688）/12100%=2.6%，不滿足頻率穩(wěn)定度小于1/1000的要求，需要改進(jìn)
分析誤差原因：
1.實際電路
存在極間電容CBC和CBE，等效電路圖應(yīng)該是下圖所示的電路，

又調(diào)整電容發(fā)現(xiàn)當(dāng)C5=116.6pF的時候，振蕩頻率剛好為11.999MHZ，滿足精度要求，此時我們可以這樣得到結(jié)論，
C2與Cb’E并聯(lián)后的值為116.6pF，計算可得到Cb’E=174.55pF；
減小誤差的辦法：
①盡量在保證反饋系數(shù)F的情況下，減小C2的值，以達(dá)到減小Cb’E影響的效果
②近似的認(rèn)為Cb’E大小為116.6pF，并納入后續(xù)計算
無論如何，由于Cb’E是一個會隨著電路參數(shù)變化而變化的量，改變電路C5的參數(shù)會引起一連串的改變，無法精確的獲取某一頻率的正弦波，使用考畢茲電路無法滿足要求，
下面采用改進(jìn)型電容三點式振蕩器克拉潑電路：
改變：在回路中增加一個小電容C3與電感串聯(lián)，這樣隔直通交，如果滿足C3<<C2,C3<<C1,則震蕩頻率只由C3決定，
f=1/（2π根號LC3），
由上面的考畢茲電路中計算可知，C等效=37.43pF，過于小，我們調(diào)整一下參數(shù)
C1=200pF，C2=500pF，理論計算：C等效=37.43pF=C1//C2//C3，解出：C3=50.3pF
實際仿真驗證：

實際測量的頻率相對準(zhǔn)確度：
0.002/12=1.67*10^(-4)滿足頻率穩(wěn)定度要求
但是由于反饋系數(shù)和調(diào)整寬頻率之間的矛盾和C3無法調(diào)整到很小的問題，我們這個電路無法實現(xiàn)較寬頻段的調(diào)整，因而我們進(jìn)一步改進(jìn)

改進(jìn)2：
西勒電路：
在L兩邊并聯(lián)電容C4，f=1/（2π根號LC3+C4），

理論分析：

C等效=37.43pF ，C3=37.43-10=27.43pF；得分點分析計算……5分

實驗驗證：

實際測量的頻率相對準(zhǔn)確度：
0.007/12=5.810^{(-4)優(yōu)于10}(-3),滿足頻率穩(wěn)定度要求

示波器顯示輸出震蕩信號的峰值為0.994V，滿足要求1V±0.1V得分點……5分
又根據(jù)要求輸出頻率在[12MHZ-22MHZ]且可1MHZ步進(jìn)
根據(jù)要求，我們改變一下電路參數(shù)
首先：根據(jù)頻率公式：
f=1/2π（根號L1（C3+C4））
設(shè)定電容C遞增1pF輸出頻率增加1pF
故有：
1000/（2π √ L）*√m+5=17;
1000/（2π √ L）*√m+6=16;
解出：m=2.76pF，L1=11.3uF；

實驗驗證：

通過調(diào)整C3每次以1uF的值變化，來獲取不同輸出頻率的信號，下圖是C3=5pF和6pF時的輸出頻率值，可見輸出頻率穩(wěn)定度符合要求，步進(jìn)1MHZ±100KHZ得分點……5分