首页
|
新闻
|
新品
|
文库
|
方案
|
视频
|
下载
|
商城
|
开发板
|
数据中心
|
座谈新版
|
培训
|
工具
|
博客
|
论坛
|
百科
|
GEC
|
活动
|
主题月
|
电子展
注册
登录
论坛
博客
搜索
帮助
导航
默认风格
uchome
discuz6
GreenM
»
模拟电路
» 基于OrCAD/PSpice的晶体振荡电路设计仿真
返回列表
回复
发帖
发新话题
发布投票
发布悬赏
发布辩论
发布活动
发布视频
发布商品
基于OrCAD/PSpice的晶体振荡电路设计仿真
发短消息
加为好友
forsuccess
当前离线
UID
871057
帖子
6281
精华
0
积分
3141
阅读权限
90
在线时间
282 小时
注册时间
2012-2-21
最后登录
2015-6-23
论坛元老
UID
871057
性别
男
1
#
打印
字体大小:
t
T
forsuccess
发表于 2012-10-23 22:13
|
只看该作者
基于OrCAD/PSpice的晶体振荡电路设计仿真
电路
,
工程设计
,
可靠性
,
振荡器
摘要:
通过对电容三点式振荡电路和石英晶体振荡器等效电路的计算分析,设计并改进了石英晶体振荡器电路。在OrCAD/PSpice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PSpice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:
OrCAD/PSpice;正弦波;石英晶体振荡器;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OrCAD/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,在电路设计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:
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。
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。
2 石英晶体振荡电路
石英晶体振荡器是利用石英晶体压电效应制成的一种谐振器件;图3是其等效电路,Lq,Cq为晶片振动时的等效动态电感和电容,Rq等效为晶片振动时的摩擦损耗,C0为静态电容。
由电路模型知,石英晶体有两个谐振频率。串联上支路发生串联谐振时的频率:
由于C0很小,谐振等效阻抗近似为Rq,呈纯阻性,其阻值很小。当频率高于fs小于fp时。串联上支路呈感性,并与C0发生并联谐振,其谐振频率:
式中C为C0和Cq串联后的电容。
由上述分析;石英晶体工作在略高于呈感性的频段内,用来作为三点式电路中的回路电感,构成并联晶体振荡器;工作在fs上,等效为串联谐振电路,构成串联晶体振荡器。设计并联型石英晶体振荡器如图4所示。
振荡电路的选频网络由石英晶体和C3,C4组成。振荡频率可表示为:
振荡频率基本由晶体固有频率决定,与C’的关系很小,即由电容C1,C2不稳定而引起的频率漂移很小,振荡频率稳定度很高。在Orcad/PSpice中对电路进行瞬态分析,Probe中可清晰地看到晶体振荡发生电路的稳幅波形,如图5所示。
由上图分析可知:振荡波形稳定,振荡周期T=1.589 660-1.589 560=0.000 1 ms,f0=1/T≈10 MHz,与理论值基本一致。
3 改进型石英晶体振荡电路
为增加石英晶体振荡电路的实用性,外接一可调小电容Cs作为微调电容,用于校正振荡频率,Cs应比Cq大。接入Cs得到新的串联谐振频率:
串入Cs后并不影响并联谐振频率,当Cs→0时,fs’=fp;当Cs→∞时,fs’=fs;实际使用中用Cs作为微调电容,可使fs’在fs和fp之间的一个小范围内调整。在仿真调试中发现C5=8 pF时可输出良好的波形,电路和波形如图6所示。
由图7分析可知:振荡波形很稳定,振荡周期为T=1.633 425-1.633 325=0.000 1 ms,f0=1/T≈10 MHz,与无Cs基本一致。
4 结语
本文在电容三点式振荡电路基础上设计并改进了石英晶体振荡电路;通过OrCAD/Pspice仿真分析,以图像可视化方式显示了电路起振过程及输出波形,并通过仿真验证,电路输出波形好,谐波分量小。基于PSpice电路仿真设计快捷、直观,避免了传统设计方法为确定元件参数进行的复杂运算。
收藏
分享
评分
回复
引用
订阅
TOP
发短消息
加为好友
jtdv3yKylqt
当前离线
UID
909222
帖子
15
精华
0
积分
8
阅读权限
10
在线时间
3 小时
注册时间
2012-10-3
最后登录
2012-11-23
新手上路
UID
909222
2
#
jtdv3yKylqt
发表于 2012-10-24 15:32
|
只看该作者
有用,很好的资料
http://dizilin.com/
http://www.chaopaiguan.com/
http://www.chaotongguan.com/
http://www.chaotongshuo.com/
http://www.techangdi.com/
回复
引用
TOP
返回列表
数字电路
医疗电子
电商论坛
Pine A64
资料下载
方案分享
FAQ
行业应用
消费电子
便携式设备
医疗电子
汽车电子
工业控制
热门技术
智能可穿戴
3D打印
智能家居
综合设计
示波器技术
存储器
电子制造
计算机和外设
软件开发
分立器件
传感器技术
无源元件
资料共享
PCB综合技术
综合技术交流
EDA
MCU 单片机技术
ST MCU
Freescale MCU
NXP MCU
新唐 MCU
MIPS
X86
ARM
PowerPC
DSP技术
嵌入式技术
FPGA/CPLD可编程逻辑
模拟电路
数字电路
富士通半导体FRAM 铁电存储器“免费样片”使用心得
电源与功率管理
LED技术
测试测量
通信技术
3G
无线技术
微波在线
综合交流区
职场驿站
活动专区
在线座谈交流区
紧缺人才培训课程交流区
意见和建议