Proteus与cadence实训(高频正弦波振荡器)

武汉理工大学Cadence与Proteus实训课程设计任务书学生姓名：专业班级：电子1001班指导教师：韩屏工作单位：信息工程学院题目:高频晶体正弦波振荡器初始条件：计算机、Proteus软件、Cadence软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习Proteus软件和Cadence软件。（2）设计一个高频晶体正弦波振荡器电路。（3）利用Cadence软件对该电路设计原理图并进行PCB制版，用Proteus软件对该电路进行仿真。3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：2013.11.11做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。2013.11.11-11.16学习Proteus软件和Cadence软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。2013.11.17-11.21对高频晶体正弦波振荡器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。2013.11.22提交课程设计报告，进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学Cadence与Proteus实训1目录目录.........................................................................................................1摘要.........................................................................................................2一、工作原理说明.................................................................................31.1、振荡器概念.............................................................................31.2、静态工作点的确定...............................................................31.3、振荡器的起振检查.................................................................4二、电路设计.........................................................................................52.1、正弦波振荡器的设计.............................................................52.2、电路功能的仿真.....................................................................72.3、Cadence部分原理图设计......................................................9三、PCB版图设计................................................................................15四、心得体会.......................................................................................18五、参考文献.......................................................................................19武汉理工大学Cadence与Proteus实训2摘要：本次课程设计通过对课本知识的运用，简单介绍了高频正弦波振荡器的设计方法，主要应用LC电容三点式振荡电路产生正弦波。电路应用Candence软件进行的原理图设计及PCB设计，使用Proteus软件进行电路功能仿真，经过反复的调试最终得到满足课题要求的电路。关键词：正弦波；振荡器；高频功率放大器。武汉理工大学Cadence与Proteus实训3一、工作原理说明1.1、振荡器概念振荡器主要分为RC，LC振荡器和晶体振荡器。其中电容器和电感器组成的LC回路，通过电场能和磁场能的相互转换产程自由振荡。要维持振荡还要有具有正反馈的放大电路，LC振荡器又分为变压器耦合式和三点式振荡器，现在很多应用石英晶体的石英晶体振荡器，还有用集成运放组成的LC振荡器。振荡器的作用主要是将直流电变交流电.它有很多用途.在无线电广播和通信设备中产生电磁波.在微机中产生时钟信号.在稳压电路中产生高频交流电.。题目要求产生高频正弦波，所以选用电容三点式电路，进一步考虑从而选用并联改进型电容三点式振荡器（西勒电路），因为它具有输出波形不易失真，作为可变0f振荡器使用非常方便，而且幅度平稳，频率稳定性高，最高振荡频率可达百兆至千兆等特点。1.2、静态工作点的确定静态工作点的确定直接影响着电路的工作状态和振荡波形的好坏。由于振荡幅度稳定下来后，电路必然工作到非线性区，也就是说，可能进入截止区，也可能进入饱和区，静态工作点偏高，易进入饱和区．实践证明：当晶体管进入饱和区后，晶体管的输出阻抗将急剧下降(由原来的线性工作区几十千欧或几百千欧下降为几百欧姆)，使谐振回路Q值大为降低，不仅使振荡波形严重武汉理工大学Cadence与Proteus实训4失真，而且频率稳定度大为降低，甚至停振，为了避免上述情况发生，一般小功率振荡器将静态工作点设计得远离饱合区而靠近截止区，所以，c取1～4mA之间(可调整风确定)。1.3、振荡器的起振检查(1)用三用表检查由于本振荡电路采用基极自给偏置，起始工作点在晶体管的放大区，故发射极应有正向偏置，接通电源后，调节电位器R，使振荡管的静态电流lco=(1～4)nlA(可用测发射极电压Ve来得知，Ico的大小)若Vb—Ve0V可判定电路已起振，工作在丙类状态，而且振荡很强。若Vb—Ve=0.4V，可断定已起振，工作在甲乙类状态，振荡比较强。若Vb—Ve=0.4-0.8V，工作状态可能在甲类，但不能判定是否起振，需进一步检查。(2)用高频毫伏表检查用高频毫伏表接在振荡器的输出端，有读数即有高频电压输出，则起振，否则未起振。(3)用示波器检查用示波器接于振荡器的输出端，如有高频振荡波形显示，说明起振，否则未起振。在实验室条件下，可应用示波器检查起振，因为示波器不但能判定是否起振，还能观察波形结构，是否有失真及间歇振荡现象，以致还可判断是否有寄生振荡产生。武汉理工大学Cadence与Proteus实训5若用上述方法检查时，发现振荡器未起振，可从两方面着手解决：(1)检查是否过小，难以满足起振条件。(2)调整反馈系数的大小。二、电路设计2.1、正弦波振荡器的设计（1）、正弦波振荡器电路如图2所示。图2正弦波振荡器电路图LC振荡部分是由晶体管组成的电容三点式振荡器，所用改进型电路既西勒电路，1c对交流短路，因此是基极接地（共集）电路。对于振荡电路选择共武汉理工大学Cadence与Proteus实训6集组态主要考虑电容5c的改变来调节频率，因为变容二极管加反向偏置电压和调制电压，需要有公共接地点，通常选用共基电路在电路连接上比较方便，晶体管的静态工作点由4321RRRR、、、决定。即cQbQeCQBEBQEQceccQcccQccbbbbQIIRIVVVRRVVIVRRRV212综上所述，可以取振荡器的静态工作点CQI=1.4mA，VVCEQ7.0，设三极管60。得kIVVRRCQCEQCC843为了提高电路的稳定性，3R的值可适当增大，取3R=k5.2，则kR5.54。所以VRIVCQEQ5.33若取流过2R的电流CQBQIII101020.23mA则kIVRBQ1022所以CCBQVVRRR)(212即kVVRRBQCC75121振荡器的静态工作电流通常选在（1~4）mA，CQI偏大可使输出电压幅度增加，但波形失真加重。频率稳定度差，CQI过小会使uoA较小，起振困难。谐振频率的计算，CLf1021，C为5432CCCC、、、总电容，如果选武汉理工大学Cadence与Proteus实训7择3C远大于2C，4C远大于2C，则52CCC。根据题目要求振荡器振荡频率变化范围0f=2~4MHz，所以取101LuH，302CpF，5C变化范围是5~30pF.。2.2、电路功能的仿真本次电路需要使用Proteus软件进行电路功能的仿真，打开软件，按照电路图绘制好仿真电路，最后画好的仿真电路如下图3中所示。图3proteus仿真电路由于振荡器的起振原理是通过在输入端接收空间中的电磁波作为扰动信号来使电路起振，但在Proteus环境中无法实现这种扰动信号，所以电路在设计好之后无法实现振荡器的功能，因此此次的仿真是通过Multisim软件进行的。其仿真结果如下图4中所示。武汉理工大学Cadence与Proteus实训8图4电路仿真结果由仿真结果我们可以看到，最后电路工作正常，能够产生预期的正弦波，所以电路的设计达到了预定的效果。武汉理工大学Cadence与Proteus实训92.3、Cadence部分原理图设计仿真之后开始用Cadence软件进行原理图以及PCB图部分的设计，开始打开Cadence中的OrCADCaptureCIS软件，新建一个原理图工程，然后按照电路图绘制好电路原理图，最后制作好的电路原理图如下图5中所示。图5振荡器原理图绘制好原理图之后再依次点击各个元件，打开元件的参数信息栏，在每个元件参数栏的PCBFootprint栏中填好每个元件的封装信息，为之后的制作PCB板做好准备，在本次设计中，所有的定值电阻和电容都是使用的cap0805封装，三极管使用的是to18封装，可变电容使用的是cap196封装。设置好所有的封装之后点击Tools/DesignRulesCheck命令进行DRC检查，最后的检查结果如下图6所示武汉理工大学Cadence与Proteus实训10图6DRC检查结果检查结果无错误之后便可以创建网表文件，点击Tools/CreateNetlist命令调出网表创建设置界面，如下图7所示。图7网表创建设置界面武汉理工大学Cadence与Proteus实训11设置好网表创建类型和保存路径之后点击确定就能开始创建网表，最后创建完成的网表内容如下：FILE_TYPE=EXPANDEDNETLIST;{UsingPSTWRITER16.5.0p001Jan-02-2014at14:15:16}NET_NAME'N00174''@ZHENDANGQI.SCHEMATIC1(SCH_1):N00174':C_SIGNAL='@zhendangqi.schematic1(sch_1):n00174';NODE_NAMER21'@ZHENDANGQI.SCHEMATIC1(SCH_1):[e-mail](CHIPS)':'1':;NODE_NAMEC11'@ZHENDANGQI.SCHEMATIC1(SCH_1):[e-mail](CHIPS)':'1':;NODE_NAMEQ11'@ZHENDANGQI.SCHEMATIC1(SCH_1):[e-mail]_0.NORMAL(CHIPS)':'1':;NODE_NAMEC32'@ZHENDANGQI.SCHEMATIC1(SCH_1):INS207@