3.2 三端式正弦波振荡器仿真设计
1. 新建三端式振荡器项目，在项目中添加电容三端式振荡器电路，晶体管选择2N2221，设计电路如图3.10所示。
图3.10 电容三端式振荡器电路
从图3.10可以看出，电容三点式LC正弦波振荡电路的重要特性是：与三极管发射极相连的两个电抗元件为相同性质的电抗元件，而与三极管集电极（或基极）相连接的电抗元件是相反性质的。如果合理设置电路参数使其满足起振条件，则电路将开始振荡，如果忽略分布电容、三极管参数等因素，此电路的振荡频率f0如下式：
对于一个具体的振荡电路，振幅的增大主要依赖于三极管的集电极静态电流，此值如果设置太大，则三极管容易进入饱和导致振荡波形失真，甚至振荡电路停振，一般取值范围为1mA～4mA 。
反馈系数一般取值0.1~0.5,太小不容易起振，太太则容易使电路放大倍数与回路有载Q值下降，这样容易使振荡波形产生失真，输出频率稳定度也会相应地降低。
电路中我们加了一个电源开关，主要是在仿真运行开始后再闭合，这样可以让电路产生扰动从而更容易起振，有很多读者可能会出现这样的情况：明明电路是抄着某本书上的实验例子按部就班地做，却偏偏起不了振荡，这时可以尝试添加一个这样的开关。
当然，电路是否容易起振与电路参数也是相关的，参数合理则一次开合就可起振，差一点则需要多次开合才行，但如果参数不合理，来N次开合也是不行的，不能来硬的呀。
2. 基本电容三端式振荡电路的谐振频率由谐振电感L1与串联电容C3、C4决定，而这两个电容直接与三极管的各个电极相连接，而三极管是存在极间电容的，且这些电容值随温度、电流等因素变化而变化，即多种因素将导致电路谐振回路的稳定性下降。为了降低三极管极间电容对振荡电路稳定度的影响，我们可以使用图3.11所示的改进型振荡电路。此电路也叫克拉拔电路，在基本电容三端式振荡电路基础上增加了一个电容C5，此电容的值一般远小于C3与C4，谐振总电容即C3、C4、C5三者的串联，极间寄生电容对总电容其实还是有影响的，但是它们接入系数（亦即对总电容的影响）相对于基本电容三端式电路已经下降，因此该电路的谐振频率如下所示：
3.共集电极放大电路的克拉拔振荡电路如图3.12所示，仿真分析结果见图。
图3.12 共集电极放大电路克拉拔振荡电路及仿真结果
4. 西勒振荡器电路
克拉拔振荡电路的稳定性很好，但其频率可调范围比较小，我们可以更进一步改进克拉拔振荡电路，如图3.13所示。
此电路也称“西勒振荡器电路”，在克拉拔电路的基础上增加了电容C6与谐振电感L1并联，这样可以改善克拉拔电路频率可调范围小的缺点。谐振回路的总电容即克拉拔电路中的总电容与C6的并联，再次将三极管寄生极间电容的接入系数降低。总之就是不断地降低晶体管极间电容对谐振频率的影响，此时电路的谐振频率如下所示：
图3.13 西勒振荡器电路及仿真结果
3.2.2 电容三端式振荡器仿真设计实例
图3.14
注意：在波形出现失真饱和失真，要调整R3的值，消除饱和失真。改变集电极的偏置电阻只会改变输出波形的振幅，不会改变其频率。同时通过测试，当R3增加到5KΩ时，电路将不再输出稳定的正弦波。与改变偏置电阻类似，改变电源电压值只会改变输出波形的振幅，不会改变其频率大小。但当电压值降低到5V时，将不会输出稳定波形。改变相位电容C4时，输出波形的振幅和频率都会改变。经过测试当相位电容调至25%以下时，将不会输出波形。
合理地选择振荡器的静态工作点，对振荡器的起振，工作的稳定性，波形质量的好坏有着密切的关系。一般小功率振荡器的静态工作点应选在远离饱和区而靠近截止区的地方。根据上述原则，一般小功率振荡器集电极电流Ic大约在0.8-4mA之间选取。故选取Icq=2mA, Vceq=6V,取VCC=12V,则易得R3+R4=3KΩ，为提高电路的稳定性R3值适当增大，取R3=2KΩ,则R4=1KΩ。根据基尔霍夫电压定理和欧姆定理易得偏置电路的电阻可取为R1为100KΩ的可变电阻，R2=12KΩ，以满足电路的技术要求。其它的参数设置如下，C4=1uF, L2=300uH,C5= C6=10nF,负载电容C3=1uF，负载电阻R5=5.1KΩ。选频网络C1=900pF， C2= 3000pF , L1=100uH，C7取为100pF的可变电容。则根据
可得振荡频率大概在1.5MHz到5.5MHz，中心频率大概在3.5MHz，由于克拉泼振荡器的频率覆盖系数较小，故边缘频率相对不稳定。根据式(5)，反馈系数为0.3。并且以上参数均不违背三极管数据表的要求。
图3.15
增大或减小偏置电阻R1的值，观察波形变化。
改变电源电压由8V---20V变化，观察波形变化。
改变C7的大小，当C7=100p,20p,10p时振荡频率如何变化。
电容反馈三端振荡电路的静态工作点测试：先断开图3.16中的反馈电容C1连线,调出万用表并结在电阻R3两端。开启仿真开关,双击虚拟万用表图标,打开放大面板,调整电位器R6的大小,使万用表指示直流电压在2V左右,此时正弦波振荡电路的静态工作点Icq≈2 mA，测试完毕,恢复反馈电容C1连线,并取掉万用表。
振荡频率 