带五节选频网络的Colpitts振荡电路仿真与实现电子课程设计报告.doc

带五节选频网络的Colpitts振荡电路仿真与实现 目录 一 、设计任务及要求 2 二、设计原理 2 （一）Colpitts振荡电路 2 1. Colpitts振荡电路结构 2 （二）带五节选频网络的混沌电路 3 1. 混沌电路原理 3 2. 电路参数设置 5 （三）电路的仿真与分析（基于Multisim和Matlab） 5 1. Colpitts振荡电路的仿真与分析 5 (1) Colpitts振荡电路Multisim仿真 5 (2) Colpitts电路状态分析 6 2、带五节选频网络的Colpitts振荡电路的仿真 8 (1) 带五节选频网络的Colpitts振荡电路的Multisim仿真 8 (2) 基于 Matlab的仿真数据分析 10 三、设计总结 15 一 、设计任务及要求 Colpitts振荡电路又称为电容三点式振荡器，它具有简单的电路结构和数学模型，它具有简单的电路结构和数学模型，因此是人们非常熟悉和常用的一类振荡器。这种电路的振荡频率范围很宽，可以从数个赫兹的数量级到数吉赫兹的数量级。由于Colpitts振荡电路引用范围很广泛，国内外很多学者对此做了研究，并将其用于产生宽带混沌信号。 本题目给出了Colpitts振荡电路及选频网络的参考电路，要求如下： 分析参考电路的工作原理，并在此参考基础上进行Multisim或PSpice仿真。 设计带五节频选网络Colpitts振荡电路的PCB，做出实际的电路板进行测试。 如果对Colpitts振荡电路及选频网络有一定的了解，或者希望对此类电路进行研究，可自行查阅相关文献，对电路结构或其中的参数做相应的调整，以产生不同特性的信号。 对电路产生信号的测试至少包括时域波形，功率谱，相图三部分，需要图形化结果。 二、设计原理 （一）Colpitts振荡电路 1. Colpitts振荡电路结构 图（1）Colpitts振荡电路 由图（1）可见，Colpitts振荡电路是由一个双极结型三极管（BJT）Q1，一个线性电感L，两个线性电阻RL、 和两个线性电容Ca 、CbVC 、VVC 、VQ1 处于直流放大区，振荡及反馈网络由L 、 RL 、Ca、CbQ1可以等效为一盒非线性电阻与一个 线性受控源组成的电路模型，则图（1）可以等效为图（2）所示的电路模型。 图（2）Colpitts振荡等效电路 对图（2）所示电路列写电路方程，经整理后得到Colpitts振荡电路的三阶自治方程组： （二）带五节选频网络的混沌电路 1. 混沌电路原理 图（3）Colpitts振荡电路 图（4） 选频网络单元 由于Colpitts电路不能提供平滑宽带的混沌电路，所以在此基础上做了一些改进。利用带选频网络的Colpitts电路来实现宽带平滑的混沌电路。它是由Colpitts正弦振荡电路与一组RLC构成的选频网路级联组成，相应的电路原理图见图3和图4。考必兹振荡电路能够产生谐振、子谐振、混沌等各种不同类型的信号，这里选用的Colpitts电路工作在谐振范围。Colpitts振荡电路含有一个非线性器件，即三极管Q1。振荡回路由电容Ca、Cb和电感L以及其等效体电阻R构成，振荡的中心频率f0由下式决定: 经过电路分析和多次仿真实验可以得到该电路输出的通带混沌信号的上限频率如下式: 即电路中谐振部分的中心振荡频率。因此，我们可以通过调高谐振电路(这里为Colpitts振荡电路)的中心频率来提高输出通带混沌信号的上限频率。 此电路输出混沌信号的下限频率由选频网络部分决定: 即选频网络的第一单元中串联电容、电感值限定了输出混沌信号的下限频率。通过适当地选择电容C1，和电感L.，结合一定中心频率的谐振电路，就可以将电路输出的通带混沌信号限定在所需要的范围。 上面的上、下限频率公式仅仅是限定了输出混沌信号的通带范围，但是不能保证信号频谱在通带内的平坦性，也就是说不能保证混沌信号在通带内的能量较为均匀分布。为了使电路输出混沌信号的能量在通带内较为均匀分布，以便更适合于宽带混沌雷达的应用，必须对电路参数做进一步的调整电路。通带频谱的平滑性可以通过对选频网路中的各级串并联电容、电感的设置实现，具体做法有如下一些规律: A. 选频网络的节数低的串联电容电感电路对信号高频成分有较大阻碍作用，对低频限制较小。所以第一节的串联电容电感电路能够迅速抑制了谐振电路输出的周期信号，从而相对放大了与其固有频率接近的信号成分。 B. 选频网络中的并联电容电感电路的作用是增强与其固有频率一致的信号能量，对与其固有频率差别较大的信号影响较小。 C. 串联的电感对高频信号影响较大，而串联电容则对低频信号作用明显。当然，对于通带要求不是很宽的情况，各节电容、电感值可以取相同，而对于信