高頻電子線(xiàn)路課程實(shí)驗(yàn)一正弦波振蕩器

1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院 實(shí)驗(yàn)報(bào)告裝訂線(xiàn) 太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院高頻電子線(xiàn)路課程 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 測(cè)控13-2班 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 溫濤 裝訂線(xiàn) 實(shí)驗(yàn)一 正弦波振蕩器 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握晶體管（振蕩管）工作狀態(tài)、反饋大小對(duì)振蕩幅度與波形的影響。 2、掌握改進(jìn)型電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器的工作原理及振蕩性能的測(cè)量方法。 3、研究外界條件變化對(duì)振蕩頻率穩(wěn)定度的影響。 4、比較lc振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度，加深對(duì)晶體振蕩器頻率穩(wěn)定高的原因理解。 二實(shí)驗(yàn)原理 振蕩器是指在沒(méi)有外加信號(hào)作用下的一種自動(dòng)將直流電源的能量變換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。 正弦波振蕩器在電子技術(shù)領(lǐng)域中有著廣

2、泛的應(yīng)用。在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機(jī)中，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過(guò)放大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。在超外差式的各種接收機(jī)中，是由振蕩器產(chǎn)生一個(gè)本地振蕩信號(hào)，送入混頻器，才能將高頻信號(hào)變成中頻信號(hào)。 振蕩器的種類(lèi)很多。從所采用的分析方法和振蕩器的特性來(lái)看，可以把振蕩器分為反饋式振蕩器和負(fù)阻式振蕩器兩大類(lèi)。我們只討論反饋式振蕩器。根據(jù)振蕩器所產(chǎn)生的波形，又可以把振蕩器分為正弦波振蕩器與非正弦波振蕩器。我們只介紹正弦波振蕩器。 常用正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器組成，這就是反饋振蕩器。按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同，正弦波振蕩器可分為 lc 振蕩器、rc

3、振蕩器和晶體振蕩器等類(lèi)型。 電容三點(diǎn)式 lc 振蕩器 裝訂線(xiàn)裝訂線(xiàn)振蕩器實(shí)質(zhì)上是滿(mǎn)足振蕩條件的正反饋放大器。振蕩器是指振蕩回路是由元件組成的。從交流等效電路可知：由振蕩回路引出三個(gè)端子，分別接振蕩管的三個(gè)電極，而構(gòu)成反饋式自激振蕩器，因而又稱(chēng)為三點(diǎn)式振蕩器。如果反饋電壓取自分壓電感，則稱(chēng)為電感反饋振蕩器或電感三點(diǎn)式振蕩器；如果反饋電壓取自分壓電容，則稱(chēng)為電容反饋振蕩器或電容三點(diǎn)式振蕩器。在幾種基本高頻振蕩回路中，電容反饋振蕩器具有較好的振蕩波形和穩(wěn)定度，電路形式簡(jiǎn)單，適于在較高的頻段工作，尤其是以晶體管極間分布電容構(gòu)成反饋支路時(shí)其振蕩頻率可高達(dá)幾百。 裝訂線(xiàn) 1.振蕩器的起振條件 一個(gè)振蕩器能

4、否起振，主要取決于振蕩電路自激振蕩的兩個(gè)基本條件，即：振幅起振 平衡條件和相位平衡條件。 2.lc振蕩器的頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度表示：在一定時(shí)間或一定溫度、電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化程 度，常用表達(dá)式： ff來(lái)表示（f為所選擇的測(cè)試頻率； f為振蕩頻率的頻率誤差， fff；f和f為不同時(shí)刻的f），頻率相對(duì)變化量越小，表明振蕩頻率的穩(wěn) 定度越高。由于振蕩回路的元件是決定頻率的主要因素，所以要提高頻率穩(wěn)定度，就要設(shè) 法提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性，除了采用高穩(wěn)定和高q值的回路電容和電感外，其振蕩管可以 采用部分接入，以減小晶體管極間電容和分布電容對(duì)振蕩回路的影響，還可采用負(fù)溫度系 數(shù)元件實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)

5、償。 3.lc振蕩器的調(diào)整和參數(shù)選擇 以實(shí)驗(yàn)采用改進(jìn)型電容三點(diǎn)振蕩電路（西勒電路）為例，交流等效電路如圖2-2所示。 從圖可知，該電路 c 2 上的電壓為反饋電壓，即該電壓加在三極管 be 之間。由于該電 壓形成正反饋，符合振蕩器的相位平衡條件。 (1)靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整合理選擇振蕩管的靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)振蕩器工作的穩(wěn)定性及波形的好壞，有一定的影響， 偏置電路一般采用分壓式電路。 裝訂線(xiàn) 裝訂線(xiàn) 當(dāng)振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，振蕩管工作在非線(xiàn)性狀態(tài)，通常是依靠晶體管本身的非線(xiàn)性實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)幅。若選擇晶體管進(jìn)入飽和區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，則將使振蕩回路的等效q值降低，輸出波形變差，頻率穩(wěn)定度降低。因此，一般在小功率振蕩器中總

6、是使靜態(tài)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)。 （2）振蕩頻率f的計(jì)算 式中ct為c1、c2和c3的串聯(lián)值，因c1（300p）>>c3(75p),c2(1000p)>>c3(75p)，故ctc3， 所以，振蕩頻率主要由l、c和c3決定。 (3) 反饋系數(shù)f的選擇 =反饋系數(shù)f不宜過(guò)大或過(guò)小，一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) f » 0.10.5 ,本實(shí)驗(yàn)取 =4.克拉潑和西勒振蕩電路圖2-3為串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路克拉潑振蕩電路。 圖2-4為并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路西勒振蕩電路。 三實(shí)驗(yàn)電路 圖 2-6 為電容三點(diǎn)式 lc 振蕩器和晶體振蕩器實(shí)驗(yàn)電路。圖中，左側(cè)部分為 lc 振

7、蕩器，中間部分裝訂線(xiàn) 為晶體振蕩器，右側(cè)部分為射極跟隨器。裝訂線(xiàn) 裝訂線(xiàn) 三極管 3q01 為 lc 振蕩器的振蕩管，3r01、3r02 和 3r04 為三極管 3q01 的直流偏置電阻，以保證振蕩管 3q01 正常工作。圖中開(kāi)關(guān) 3k05 打到“s”位置時(shí)，為改進(jìn)型克拉潑振蕩電路，打到“ p ”位置時(shí)，為改進(jìn)型西勒振蕩電路。四位撥動(dòng)開(kāi)關(guān) 3sw01 控制回路電容的變化，也即控制著振蕩頻率的變化。調(diào)整電位器 3w01 可改變振蕩器三極管 3q01 的電源電壓。 圖中 3q03 為晶體振蕩器振蕩管，3w03、3r10、3r11 和 3r13 為三極管 3q03 直流偏置電阻，以證3q03 正常工

8、作，調(diào)整 3w03 可以改變 3q03 的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖中 3r12、3c20為去藕元件，3c21 為旁路電容，并構(gòu)成共基接法。3l03、3c18、3c19 構(gòu)成振蕩回路，其諧振頻率應(yīng)與晶體頻率基本一致。3c17 為輸出耦合電容。3tp03 為晶體振蕩器測(cè)試點(diǎn)。該晶體振蕩器的交流電路與圖 2-5 基本相同。晶體振蕩器輸出與 lc 振蕩器輸出由 3k01 來(lái)控制，開(kāi)關(guān)與上方接通時(shí)，為晶振輸出，與下方接通時(shí)，為 lc 振蕩器輸出。三極管 3q02 為射極跟隨器，以提高帶負(fù)載的能力。電位器 3w02 用來(lái)調(diào)整振蕩器輸出幅度。3tp02 為輸出測(cè)量點(diǎn)，3p02 為振蕩器輸出鉚孔。 四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.用示

9、波器觀察 lc 振蕩器和晶體振蕩器輸出波形，測(cè)量振蕩器輸出電壓峰-峰值 并以頻率計(jì)測(cè)量振蕩頻率； 2.測(cè)量 lc 振蕩器的幅頻特性； 3.測(cè)量電源電壓變化對(duì)振蕩器的影響； 4.觀察并測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)晶體振蕩器工作的影響。 五實(shí)驗(yàn)步驟 1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 插裝好 lc 振蕩器和晶體振蕩器模塊，接通實(shí)驗(yàn)箱電源，按下模塊上電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)模塊上電源指示燈點(diǎn)亮。 2.lc 振蕩實(shí)驗(yàn) （1）西勒振蕩電路幅頻特性的測(cè)量 3k01撥至lc振蕩器，示波器接3tp02，頻率計(jì)接振蕩器輸出口3p02。調(diào)整電位器3w02，使輸出最大。開(kāi)關(guān)3k05撥至“p”，此時(shí)振蕩電路為西勒電路。 四位撥動(dòng)開(kāi)關(guān)3sw01分別控制3c0

10、6（10p）、 3c07（50p）、3c08（100p）、3c09（200p）是否接入電路，開(kāi)關(guān)往上撥為接通，往下?lián)転閿嚅_(kāi)。四個(gè)開(kāi)關(guān)接通的不同組合，可以控制電容的變化。例如開(kāi)關(guān)“1”、“2”往上撥，其接入電路的電容為 10p+50p=60p。按照表2-1電容的變化測(cè)出與電容相對(duì)應(yīng)的振蕩頻率和輸出電壓（峰-峰值vp-p），并將測(cè)量結(jié)果記于表中。 p電容c（pf）1050100150200250300350振蕩頻率f(mhz)8.9986.9746.6955.9556.0925.5185.084.738輸出電壓vp-p(v)1.210.850.6520.5880.320.3320.310.248s

11、電容c（pf）1050100150200250300350振蕩頻率f(mhz)8.9988.9988.9988.9988.9988.9988.9988.998輸出電壓vp-p(mv)124125127123128116117127 表2.1 注：如果在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中使振蕩器停振無(wú)輸出，可調(diào)整3w01，使之恢復(fù)振蕩。 （2）克拉潑振蕩電路幅頻特性的測(cè)量 將開(kāi)關(guān)3k05撥至“s”，振蕩電路轉(zhuǎn)換為克拉潑電路。按照上述（1）的方法，測(cè)出振蕩頻率和輸出電壓，并將測(cè)量結(jié)果記于表2-1中。 3.晶體振蕩器實(shí)驗(yàn) （1）3k01 撥至“晶體振蕩器”，將示波器探頭接到 3tp02 端，觀察晶體振蕩器波形，如果沒(méi)有波形，應(yīng)調(diào)整 3w03 電位器。然后用頻率計(jì)測(cè)量其輸出端頻率，看是否與晶體頻率一致。 （2）示波器接 3tp02 端，頻率計(jì)接 3p02 輸出鉚孔，調(diào)節(jié) 3w03 以改變晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)，觀察振蕩波形及振蕩頻率有無(wú)變化。 六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （1）根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，分別繪制西勒振蕩器，克拉潑振蕩器的幅頻特性曲線(xiàn)，并進(jìn)行分析比較; （2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)晶體振蕩器工作的影響； 靜態(tài)工作點(diǎn)的高低影響波形 會(huì)使晶體管工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài),晶體管的振蕩條件是基極-發(fā)射極間電壓是-0.1 -0.4v,如果達(dá)不到這個(gè)條件，是不會(huì)起振的。所以靜態(tài)