山東大學(xué)信息學(xué)院高頻電子線路實驗

1、第四章高頻電子線路實驗4.1常用高頻電子實驗儀器的使用一、實驗?zāi)康某Ｓ玫母哳l電子線路實驗儀器主要有示波器、高頻信號發(fā)生器、掃頻儀等。正確使用這些儀器是做好高頻實驗和綜合設(shè)計以及課程設(shè)計的基本要求。所以該實驗的目的是：1、了解常用示波器（雙蹤示波器、數(shù)字示波器）、EE164系列函數(shù)信號發(fā)生器/計數(shù)器、頻率計、高頻毫伏表、BT3頻率特性測試儀、直流穩(wěn)定電源等儀器的工作原理、主要技術(shù)性能以及面板上各旋鈕的功能。2、學(xué)會上述儀器的正確使用方法，特別是用示波器、頻率特性測試儀觀察和測量電子線路的性能參數(shù)及其幅頻特性。3、掌握仿真軟件Multisim8的使用方法。二、實驗儀器及設(shè)備1、示波器2、高頻信號發(fā)

2、生器3、頻率特性測試儀4、高頻毫伏表5、頻率計三、常用高頻測量儀器的原理及使用常用高頻電子線路實驗儀器參見第二章的有關(guān)內(nèi)容。四、Multisim8的使用熟悉Multisim8的使用方法。五、實驗內(nèi)容1、示波器的使用2、高頻信號發(fā)生器的使用3、頻率特性測試儀的使用4、高頻毫伏表的使用5、頻率計的使用用Multisim8仿真圖4.1所示LC諧振回路的選頻特性。6、1c11R2C：r1mA1kndi)10.7MHzp56pFyODegJ0圖4.1LC諧振回路的選頻特性分析六、預(yù)習(xí)要求認真閱讀上述儀器的內(nèi)容介紹，熟悉各儀器的面板旋鈕的作用及其位置七、實驗報告要求1、試畫出用頻率特性測試儀測試LC諧振回

3、路幅頻特性的連線圖，并畫出幅頻特性曲線。2、簡述用示波器測量波形周期或頻率的方法。八、思考題1、用示波器觀察輸出波形，測量波形周期（頻率），如何提高測量精度？2、用頻率特性測試儀測試有源網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性時應(yīng)注意什么？4.2高頻小信號放大器高頻小信號放大器的作用是放大通信設(shè)備中的高頻小信號，以便作進一步變換或處理。所謂“小信號”，主要是強調(diào)放大器應(yīng)工作在線性范圍。高頻與低頻小信號放大器的基本構(gòu)成相同，都包括有源器件（晶體管、集成放大器等）和負載電路，但有源器件的性能及負載電路的形式有很大差異。高頻小信號放大器的基本類型是以各種選頻網(wǎng)絡(luò)作負載的諧振（頻帶）放大器；在某些場合，也采用寬頻帶放大器，寬頻

4、帶放大器以無選頻作用的寬帶網(wǎng)絡(luò)（如傳輸線變壓器）作負載。高頻小信號諧振放大器一、實驗?zāi)康?、了解高頻小信號諧振放大器的電路組成、工作原理。2、進一步理解高頻小信號放大器與低頻小信號放大器的不同。3、掌握用Multisim8分析、測試高頻小信號放大器的基本性能。4、掌握諧振放大器的調(diào)試方法。5、掌握用示波器測試小信號諧振放大器的基本性能。6、學(xué)會用掃頻儀測試小信號諧振放大器幅頻特性的方法。二、實驗儀器雙蹤示波器數(shù)字頻率計高頻毫伏表頻率特性測試儀BT3直流穩(wěn)壓電源萬用表高頻信號發(fā)生器三、實驗原理高頻小信號諧振放大器最典型的單元電路如圖421所示，由LC單調(diào)諧回路作為負載構(gòu)成晶體管調(diào)諧放大器。晶體管

5、基極為正偏，工作在甲類狀態(tài)，負載回路調(diào)諧在輸入信號的頻率10.7MHz上。該放大電路能夠?qū)斎氲母哳l小信號進行反相放大。LC調(diào)諧回路的作用主要有兩個：一是選頻濾波，選擇放大f=f的工作信號頻率，抑制其它頻率的信號。o二是提供晶體管集電極所需的負載電阻，同時進行阻抗匹配變換。高頻小信號頻帶放大器的主要性能指標有：（1）中心頻率f：指放大器的工作頻率。它是設(shè)計放大電路時，選擇有源器件、計算o諧振回路元件參數(shù)的依據(jù)。（2）增益：指放大器對有用信號的放大能力。通常表示為在中心頻率上的電壓增益和功率增益。電壓增益A=V/V（4.2.1）式中V、V分別為放大器中心頻率上的輸出、輸入電壓，P、P分別為放大器

6、中心頻oioi率上的輸出、輸入功率。增益通常用分貝表示為A(dB)=20lgV(4.2.3)VkooiA(dB)=10lgPP(4.2.4)pooi通頻帶：指放大電路增益由最大值下降3db時所對應(yīng)的頻帶寬度，用BW0,7表示。它相當于輸入不變時，輸出電壓由最大值下降到0.707倍或功率下降到一半時對應(yīng)的頻帶寬度，如圖4.2.2所示。選擇性：指放大器對通頻帶之外干擾信號的衰減能力。通常有兩種表征方法：(A)用矩形系數(shù)說明鄰近波道選擇性的好壞。設(shè)放大器的幅頻特性如圖423示，矩形系數(shù)K定義為：r0.1(4.2.5)2AfK07T2Afr0.1圖4.2.2放大器的頻率特性及通頻帶圖4.2.3放大器的

7、實際頻率特性與理想特性的比較式中2Af為相對電壓增益（或相對電壓輸出幅度）下降到0.7時的頻帶寬度，亦即放0.7大器的通頻帶BW0.7；2Af為相對電壓增益下降到0.1時的頻帶寬度。顯然，理想矩形系0.70.1數(shù)應(yīng)為1，實際矩形系數(shù)均大于1。（B）用抑制比來說明對帶外某一特定干擾頻率f信號抑制能力的大小，其定義為中心n頻率上功率增益A（f）與特定干擾頻率f上的功率增益A（f）之比。P0nPnd=ap（f。）（4.2.6）A（f）Pn用分貝表示，則為：A（f）d（dB）=10lgp0（4.2.7）A（f）pn還有其它一些性能指標參數(shù)，如工作穩(wěn)定性，噪聲系數(shù)等，在此不再贅述。四、Multisim8

8、仿真在Multisim8電路窗口中，創(chuàng)建圖424所示的高頻小信號放大電路，其中晶體管-選用2N2222A晶體管。單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到輸入與輸出的信號波形如圖4.2.5所示。1、單諧振回路放大器的性能分析（1）利用Simulate菜單中的Analyses中的DCOperatingPoint進行直流工作點分析，結(jié)果記錄入表4.2.1中。表4.2.1VBQVCQVEQICQ估算值仿真值實測值（2）利用Simulate菜單對電路分別進行交流分析、瞬態(tài)分析和噪聲分析。（3）放大倍數(shù)的計算，利用虛擬示波器的測量波形，計算出該放大器的放大倍數(shù)。（4）觀察負載電阻對電路性能的影響（分別接通

9、開關(guān)J1、J2、J3）。（5）利用虛擬儀器波特圖儀測量電路的頻率特性，并求出通頻帶和矩形系數(shù)。（6）高頻小信號諧振放大器的選頻作用分析。將高頻小信號諧振放大器的輸入信號由單一頻率改為多頻率，信號頻率分別為10.7MHz及其2、3、4、8次諧波（21.4MHz、32.1MHz、42.8MHz、85.6MHz），此時電路如圖4.2.6所示。用虛擬示波器觀察輸出信號波形，并分析電路的選頻濾波作用。2、雙諧振回路放大器的性能分析單回路諧振放大器的矩形系數(shù)遠大于1，約為9.95，濾波特性不理想。利用雙調(diào)諧回路作為晶體管的負載，可以改善放大器的濾波特性，使矩形系數(shù)減少到3.2。在Multisim8電路窗口

10、中，創(chuàng)建圖427所示的雙調(diào)諧高頻小信號放大電路圖。虛擬示波器的連接如圖4.2.7所示。單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到輸入與輸出的信號波形如圖4.2.8所示。仿真如下內(nèi)容：（1）利用Simulate菜單對電路分別進行交流分析、瞬態(tài)分析和噪聲分析。（2）放大倍數(shù)的計算，利用虛擬示波器的測量波形，計算出該放大器的放大倍數(shù)。圖4.2.4高頻小信號放大電路ReverseG忖匸iOscilloscope-XSClCh3nnel_A102.772mV-100.119mV-202.891mVChannel_B-1.196品1.478mV2.674mVTime122.449ns823.980ns701

11、.531nsScale1100ns/DivScalepLDmV/DivScale|5mWDiviiyy=iEdge釗兩B|Ert|Xposition10Yposition|1.2Yposition丘Level|o|V|Y/TAid|B/AA/B|aTdJd|AC-0DC-TypeSing?Nor.|.AJto|None|T2-T1圖4.2.5高頻小信號放大電路輸入與輸出的信號波形|-VC12V-vccI1AKey=A11二二二二二二二二二;二二二V尺2-15X0C4XSC12N2222AiLIULipF42EMH乙ODeg85-6MHZ：ODect-圖4.2.6多輸入信號的高頻小信號諧振放大器

12、3）利用虛擬儀器波特圖儀測量電路的頻率特性，并求出通頻帶和矩形系數(shù)。4）雙諧振回路放大器的選頻作用分析。圖4.2.7雙調(diào)諧高頻小信號放大電路：4779MHz3/186MHz6732kHz12.744MHz出信號波形Urriv-=1.593MHz圖4.2.9多輸入信號的雙回路高頻小信號諧振放大器將高頻小信號諧振放大器的輸入信號由單一頻率改為多頻率，信號頻率分別為1.593MHz及其2、3、4、8次諧波（3.186MHz、4.779MHz、6.372MHz、12.744MHz）,此時電路如圖4.2.9所示。用虛擬示波器觀察輸入、輸出波形并加以分析電路的選頻濾波作用。3、參差諧振放大器的性能分析利用

13、參差調(diào)諧放大器，同樣可以改善放大器的濾波特性。雙參差調(diào)諧放大電路的總級數(shù)是二的整數(shù)倍，每二級組成一組。實際上，還有三參差放大電路，而且三參差放大電路在電視接收機的圖像中頻放大器中有著廣泛的應(yīng)用，目前已經(jīng)研究出三參差調(diào)諧的晶體濾波器，使用極為方便。圖4.2.10為采用雙參差調(diào)諧的放大電路，通過這個試驗主要掌握參差調(diào)諧放大器的電路組成及其主要性能。由圖4.2.10可見，參差調(diào)諧放大器的各級都包含有放大器、調(diào)諧回路、偏置電路等。從外觀上看與多級級聯(lián)的諧振放大器沒有任何差別，但該放大器中的第一級回路調(diào)諧在f+5上，第二級回路調(diào)諧在f-5oo上，其中f為輸入信號頻率，即工作頻率。為了展寬放大器的通頻帶寬

14、度，應(yīng)合理選擇5的o值，5值太小起不到展寬頻帶的作用，5值太大幅頻特性曲線中間將出現(xiàn)凹陷。圖4.2.10雙參差調(diào)諧放大電路單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到輸入與輸出的信號波形如圖4.2.11所示。仿真如下內(nèi)容（1）利用Simulate菜單對電路分別進行交流分析、瞬態(tài)分析和噪聲分析。（2）放大倍數(shù)的計算，利用虛擬示波器的測量波形，計算出該放大器的放大倍數(shù)。（3）利用虛擬儀器波特圖儀測量電路的頻率特性，并求出通頻帶和矩形系數(shù)。五、實驗任務(wù)參照圖4.2.1所示的實驗電路，自行設(shè)計測試電路。要求當信號頻率分別為4MHz、430kHz時，計算回路元件參數(shù)。熟悉測試電路的布局、識別電路中的元器件及

15、其作用，完成如下操作：1、熟悉頻率特性測試儀的原理與使用方法（見第二章）。2、熟悉示波器的原理與使用方法（見第二章）。3、測量并調(diào)整單調(diào)諧回路諧振放大器（工作頻率為4MHz）的靜態(tài)工作點，將結(jié)果記錄在表4.2.1中。4、觀察單調(diào)諧回路諧振放大器（工作頻率為4MHz）的輸入、輸出信號的波形，注意幅度變化和相位關(guān)系。（此時應(yīng)調(diào)節(jié)回路元件至諧振狀態(tài)）。5、用示波器測量單調(diào)諧回路諧振放大器（工作頻率為4MHz）的頻頻特性曲線、增益并計算通頻帶寬度。注意：這是用逐點法測量諧振放大器的幅頻特性。測量時，應(yīng)首先調(diào)節(jié)回路元件使輸出為最大，即使回路處于諧振狀態(tài)。在保持輸入信號幅度不變的情況下，等間隔改變輸入信號

16、頻率，測量輸出信號幅度，記錄下各頻率值所對應(yīng)的輸出電壓大小并將數(shù)據(jù)填入自行設(shè)計的表格內(nèi)，并做出相應(yīng)的幅頻特性曲線，由此得到V。（峰一一峰值）與頻率f的關(guān)系。由此計算出放大器的增益、通頻帶和Q值。（1）測試條件：輸入信號頻率4MHz,幅度V=5mV，阻尼電阻R=x（開路）；i6（2）測試條件：輸入信號頻率4MHz,幅度V=5mV，阻尼電阻R=2000；i6（3）測試條件：輸入信號頻率4MHz,幅度V=5mV，阻尼電阻R=5k0；i6由此討論R對回路的影響。66、用頻率特性測試儀直接觀察幅頻特性曲線。注意：掃頻儀的連接；掃頻儀的中心頻率應(yīng)在信號頻率上，同時應(yīng)注意掃頻儀的“輸出衰減”“頻率偏移”“Y

17、軸增益”旋鈕應(yīng)處的位置。測量方法及條件如下：R=5k06（1）調(diào)節(jié)好掃頻儀的輸出基準（5格）。（2）將掃描儀輸出加到放大器輸入端，把放大器的輸出通過掃頻儀檢波探頭接到掃頻儀輸入端，此時掃頻儀屏幕上將有膨起的曲線。（3）改變掃頻儀輸出衰減使曲線的頂端正好與基準線同高，由衰減器指示的衰減數(shù)就是放大器的放大倍數(shù)，顯示的曲線為諧振放大器幅頻特性曲線，由曲線可以得到放大器的中心頻率及通頻帶寬度。將所得到的結(jié)果與實驗任務(wù)5所得到的結(jié)果比較。7、若放大器的輸入信號是調(diào)幅度為30%的調(diào)幅信號時，用示波器觀察輸出波形并測量輸出信號的m值。六、預(yù)習(xí)要求1、認真閱讀示波器、高頻信號發(fā)生器、頻率特性測試儀等各種儀器面

18、板旋鈕的作用及位置。2、預(yù)習(xí)有關(guān)小信號諧振放大器的工作原理和性能分析方面的內(nèi)容。3、對照電原理圖、印刷版圖熟悉電路中各元件的位置、作用，弄懂電路原理。4、自擬實驗步驟及實驗所需的各種表格。5、完成Multisim8的仿真，記錄仿真結(jié)果。七、實驗報告要求1、畫出測試電路的交流通路。2、整理數(shù)據(jù)、畫出各相應(yīng)的頻率特性曲線并計算增益、通頻帶及矩形系數(shù)。3、回答思考題提出的問題。八、思考題1、圖428雙調(diào)諧高頻小信號放大電路中電容C9的作用是什么？2、用示波器觀察輸出波形時，以何種特征作為回路諧振狀態(tài)的標志？3、單調(diào)諧回路諧振放大器的電壓增益與哪些因素有關(guān)？改變阻尼電阻的阻值時，放大器的增益、通頻帶應(yīng)

19、如何變化？4、實驗電路中若要實現(xiàn)阻抗匹配，電路應(yīng)如何連接？高頻集成放大器一、實驗?zāi)康?、了解寬頻帶高頻放大器集成電路的電路組成、工作原理、特點及使用。2、掌握用Multisim8分析、測試寬頻帶高頻放大器的基本性能。3、進一步掌握用示波器測試高頻放大器增益的方法。4、進一步掌握掃頻儀的使用方法。二、實驗儀器雙蹤示波器數(shù)字頻率計晶體管毫伏表頻率特性測試儀BT3直流穩(wěn)壓電源萬用表高頻信號發(fā)生器三、實驗原理高頻集成放大器，通常以電阻或?qū)拵Ц哳l變壓器作負載，如圖4212(a)所示為由單運放OP37構(gòu)成的簡易寬頻帶非選頻的高頻集成小信號放大器。圖中OP-37的引腳功能如圖4.2.12(b)所示，其增益帶

20、寬積ABW可達63MHz。該電路的信號由2腳輸入，6u0.7腳輸出，電路的放大倍數(shù)為RR204.26(4.2.8)ouV4.7i11Dl41OmV100Cl3.5(a)由單運放OP37構(gòu)成的簡易寬頻帶小信號放大器失調(diào)調(diào)零r8rm27J+W3oL失調(diào)調(diào)零+rOUTNGb)OP37的引腳功能圖4.2.12單運放OP37構(gòu)成的簡易寬頻帶小信號放大器四、高頻小信號寬頻帶放大器的Multisim8仿真在Multisim8電路窗口中，創(chuàng)建如圖4.2.13所示的高頻寬帶放大電路圖。單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到輸入與輸出的信號波形如圖4.2.14所示。仿真如下內(nèi)容：tOiiijH：1IJ2R6.R

21、3.-VvV2o；okrt:R1：:AA/V4.7knKey-4.7kn-LI-1：Oii.jH：C2卄-II-0-.01uF-：iOmV.:UeSkHzWJ-|XSC11QLIKQ_LINOPE；芯:H丄-V2.R2-3卿:孑.ODeg.0-.0-1uF-圖4.2.13高頻寬頻帶放大電路（2）放大倍數(shù)的計算，利用虛擬示波器測量的波形，計算出該放大器的放大倍數(shù)。（3）利用虛擬儀器波特圖儀測量電路的頻率特性。（4）高頻寬帶放大器的選頻作用分析。將高頻寬帶放大器的輸入信號由單一頻率改為多頻率，信號頻率分別為465kHz及其2、4次諧波（930kHz、1860kHz）,此時電路如圖4215所示。用虛

22、擬示波器觀察輸入、輸出信號的波形并分析電路的選頻濾波作用。L2-IJjijijH：6：4：IJ210tnVgo%：R2-3.9ktl.R3.AW2u：.ukdAAA-斗FkTTLt-IJjijijH：C：1-C2卄Jjbeg.15V：5：:丄LV3.匚二佇骨_R6Key-,4_4.-W：1ULiKQ_LINmw訛:!930kHz：Z_+_S.：lOrri?:；-；門QAOkHz孑JJDeg.:465kHz：V1-ODeg-/-O-.OluF-0-.01uF-XQ甲-:I:I:広云圖4.2.15多頻率輸入的高頻寬帶放大器五、實驗任務(wù)參照圖4.2.12所示的實驗電路，熟悉并識別電路中的元器件及其作

23、用和測試電路的布局，完成如下操作：1、熟悉實驗電路板的布局及電路中各元件的作用和位置，確定測試點。2、用示波器測量寬帶放大器在工作頻率附近的電壓增益。3、當輸入信號頻率變化時(保持輸入幅度不變)，用示波器觀察輸出信號波形的幅度變化情況，分析幅頻特性。4、用掃頻儀觀察放大器的幅頻特性。六、預(yù)習(xí)要求1、估算測試電路的放大倍數(shù)。2、對照測試電原理圖、印刷版圖熟悉電路中各元件的位置、作用，弄懂電路原理。3、自擬實驗步驟及實驗所需的各種表格。4、完成Multisim8的仿真并記錄仿真結(jié)果。七、實驗報告要求整理數(shù)據(jù)、畫出相應(yīng)的頻率特性曲線并計算增益、通頻帶。八、思考題1、圖4215高頻寬帶放大電路中電容C

24、2的作用是什么？集中選頻放大器一、實驗?zāi)康?、了解集中選頻高頻小信號放大電路的組成、工作原理、特點及使用。2、了解陶瓷濾波器的選頻特性及其使用。3、進一步掌握用示波器測試集中選頻高頻小信號放大電路增益的方法。二、實驗儀器雙蹤示波器數(shù)字頻率計晶體管毫伏表頻率特性測試儀BT3直流穩(wěn)壓電源萬用表高頻信號發(fā)生器三、實驗原理圖4.2.16為集成寬頻帶放大器LM733(F733BG733FX733)的內(nèi)部電路，L733的特點是可以放大0120MHz的電壓信號，而無需外加補償電路。該電路可以采用雙端輸入、輸出，也可以采用單端輸入、輸出方式，被廣泛用作弱信號的前置放大器、寬帶放大器、中頻放大器等。改變第一級差

25、放的負反饋電阻，可以調(diào)節(jié)整個電路的電壓增益。將引出端11和4短接，增益可達400倍；將引出端12和3短接，增益可達100倍。各引出端均不短接，增益為10倍。以上三種情況的上限頻率依次為40MHz、90MHz、120MHz。圖4216集成寬帶放大器LM733(F733)的內(nèi)部電路圖4.2.17給出了LM733用作可調(diào)增益放大器時的典型接法。圖中電位器R是用于調(diào)節(jié)電壓增益和帶寬的。當R調(diào)到零時，4與11短接，片內(nèi)人、T2發(fā)射極短接，增益最大，上限截止頻率最低；當R調(diào)到最大時，片內(nèi)TT2發(fā)射極之間共并接了5個電阻，即片內(nèi)R、123R、R、R和外接電位器R,這時交流負反饋最強，增益最小，上限截止頻率最

26、高?？?56見，這種接法使得電壓增益和帶寬連續(xù)可調(diào)。a)LM733外接電路的典型接法圖b)LM733外引線圖圖4.2.17F733外接電路圖及外引線圖圖4218是由L733集成寬頻帶放大器和10.7MHz的陶瓷濾波器構(gòu)成的集中選頻放大器。圖4.2.18由LM733和陶瓷濾波器構(gòu)成的集中選頻放大器電路五、實驗任務(wù)1、用示波器測量集中選頻放大器在工作頻率附近的電壓增益。2、當輸入信號頻率變化時(保持輸入幅度不變)，用示波器觀察輸出信號波形的幅度變化情況，分析幅頻特性。3、用掃頻儀觀察放大器的幅頻特性，并測量放大器的中心頻率及其頻帶寬度。4、當輸入為三角波信號時，觀察并記錄輸入、輸出信號的波形，分析

27、產(chǎn)生變化的原因。5、觀察放大器的幅頻特性，調(diào)整100Q電位器R的值改變放大器的增益和改善特性曲線的形狀。六、預(yù)習(xí)要求1、對照測試電原理圖、印刷版圖熟悉電路中各元件的位置、作用，弄懂電路原理。2、自擬實驗步驟及實驗所需的各種表格。七、實驗報告要求1、簡要說明集中選頻高頻小信號放大器的工作原理。2、畫出放大器的幅頻特性，并標出中心頻率、頻帶寬度，記錄增益。3、回答思考題提出的問題。八、思考題1、該實驗電路屬于窄帶放大器還是寬帶放大器。其頻帶寬度主要取決于哪個元件？2、你知道該電路主要應(yīng)用在什么場合嗎？陶瓷濾波器主要影響FM接收機的哪項技術(shù)指標？4.3正弦波振蕩器正弦波振蕩器(SinewaveOsc

28、illator)是一種能將直流電源提供的能量自動的轉(zhuǎn)換為特定頻率和振幅的正弦交變能量的電路。正弦波振蕩器產(chǎn)生振蕩的起振條件是：振幅起振條件T(&)1(4.3.1a)osc相位起振條件9()=2n冗(n=0,1,2,)(4.3.1b)Tosc即在保證電路為正反饋的條件下，在起振過程中，直流電源補充的能量大于整個環(huán)路消耗的能量，使振蕩的幅度不斷增加。平衡條件為：振幅平衡條件T(w)=1(4.3.2a)osc相位平衡條件9(w)=2n冗(n=0,1,2,)(4.3.2b)Tosc即當振蕩幅度增大到使晶體管進入非線性區(qū)域時，由于自偏壓的作用達到平衡，而保持等幅振蕩。4.3.1LC正弦波振蕩器一、實驗?zāi)?/p>

29、的1、學(xué)會數(shù)字頻率計的使用方法。2、掌握常用正弦波振蕩器(如基本電容三點式(Coplitts)振蕩器、克拉潑振蕩器、西勒振蕩器)的基本工作原理及特點。3、掌握正弦波振蕩器的基本設(shè)計、分析和測試方法。4、研究不同反饋系數(shù)、不同靜態(tài)工作點對正弦波振蕩器的起振、振蕩幅度和振蕩波形的影響。觀察外界因素變化對振蕩幅度、振蕩頻率的影響。從而理解正弦波振蕩器的基本性能特點。5、掌握用Multisim8仿真各種類型的正弦波振蕩器，并測試振蕩器的振蕩頻率。二、實驗儀器雙蹤示波器數(shù)字頻率計晶體管毫伏表直流穩(wěn)壓電源萬用表三、實驗原理1、電容三點式電路（又稱考畢茲電路,Coplitts）圖4.3.1為電容三點式振蕩器

30、的一種常見形式。電路的振幅起振條件可表示為1g+ngn(4.3.3)其中R/RLe01+B丄rrbee+Cbe1r=(r/Ren2(因為rA=g(1+廠)+g(1LCio2LC1osc1osc(4.3.8)上式（4.3.7）表明，電容三點式振蕩器的振蕩角頻率&osc不僅與o有關(guān)，還與g、g即iL回路固有諧振電阻R、外接電阻R和三極管輸入電阻r有關(guān)，且oo。在實際電路eoosc中，一般滿足o2CCo12因此，工程估算時可近似認為：=oscLC2、電感三點式電路（又稱哈特萊電路，Hartley）圖4.3.2為電感三點式振蕩器電路。圖4.3.2電感三點式振蕩器電路利用類似于電容三點式振蕩器的分析方法

31、，也可以求得電感三點式振蕩器振幅起振條件和振蕩頻率，區(qū)別在于這里以自耦變壓器耦合代替了電容耦合。3、改進型電容反饋振蕩器基本電容三點式振蕩器，由于晶體管各極直接和LC回路元件L、CC2并聯(lián)，而晶體管的極間電容（結(jié)點容）又隨外界因素（如溫度、電源電壓等）的變化而變化，因此造成振蕩器的頻率穩(wěn)定度差。為了提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，可以采用改進型的電容三點式振蕩器。（1）克拉潑（Clapp）電路圖4.3.3是克拉潑電路的實用電路，其中CC,CC，所以C、CCq三個3132123電容串聯(lián)后的等效電容圖4.3.3克拉潑振蕩電路CCCC=123CC+CC+CC122313(4.3.9)C于是，振蕩角頻率11o

32、osc/aLC4.3.10)由此可見，克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與CC無關(guān)，提高了振蕩器的頻率穩(wěn)定度。該電12路的缺陷是：若通過C3改變振蕩器的振蕩頻率，將同時改變電路的接入系數(shù)，使環(huán)路增益發(fā)生變化，從而影響電路的起振，所以克拉潑電路不適合作波段振蕩器。(2)西勒(Selier)電路實用的西勒電路如圖4.3.4所示，西勒電路是在克拉潑電路的基礎(chǔ)上，在電感L兩端并接一個可變電容C4，此時回路總電容CC1C2C3+CaC+C(4.3.11)TOC o 1-5 h zCC+CC+CC12aC，CC31+3+LCC4122313所以，振蕩頻率4.3.12)11a廠osc2兀LC2兀L(C+C)34圖4.

33、3.4實用西勒振蕩電路在西勒電路中，由于C與L并聯(lián)，所以C的變化不會影響回路的接入系數(shù)，如果使Cq443固定，可以通過變化C來改變振蕩頻率，因此，西勒振蕩電路可用作波段振蕩器，其波段4覆蓋系數(shù)為1.61.8左右。西勒電路適用于較寬波段工作，在實際中用得較多。四、LC正弦波振蕩器的Multisim8仿真1、電感三端式正弦波振蕩器的仿真在Multisim8電路窗口中，創(chuàng)建如圖4.3.5所示的電感反饋振蕩電路，其中晶體管T1選用2N2222A晶體管。單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到振蕩器的輸出的信號波形如圖4.3.6所示。圖4.3.5電感反饋振蕩電路結(jié)果記錄入自備的表格中。（2）用虛擬示波器

34、和數(shù)字頻率計測試電路的振蕩頻率。（3）改變回路電容C3的數(shù)值，再次測試電路的振蕩頻率。（4）若在三極管的發(fā)射極串接一1kHz的電位器（交流負反饋電阻），逐漸加大交流反饋量，用虛擬示波器觀察輸出波形的變化，記錄變化情況并說明原因。（5）估算該電路的振蕩頻率，并與仿真結(jié)果比較。2、電容三端式正弦波振蕩器的仿真在Multisim8電路窗口中，創(chuàng)建如圖4.3.7所示的電容三端式振蕩電路，其中晶體管T1選用2N2222A晶體管。單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到振蕩器的輸出信號波形如圖4.3.8所示。（1）利用Simulate菜單中的Analyses中的DCOperatingPoint進行直流工作

35、點分析,結(jié)果記錄入自備的表格中。用虛擬示波器和數(shù)字頻率計測試電路的振蕩頻率。改變回路電容C3的數(shù)值，再次測試電路的振蕩頻率。改變?nèi)龢O管T2的發(fā)射極的電阻R8,用虛擬示波器觀察輸出波形的變化，記錄變28化情況并說明原因。注意：振蕩器起振的過渡時間較長，需要經(jīng)過一段時間后才能輸出穩(wěn)定的正弦信號。另外，若創(chuàng)建的振蕩電路仿真時沒有輸出，可以單擊鍵盤A按鈕，給電路一個觸發(fā)，就可以使電路產(chǎn)生振蕩。圖4.3.7電容三端式振蕩電路其中晶體管T1選用的輸出信號波形如圖4.3.10所示。(1)利用Simulate菜單中的Analyses中的DCOperatingPoint進行直流工作點分析結(jié)果記錄入自備的表格中。

36、用虛擬示波器和數(shù)字頻率計測試電路的振蕩頻率。改變回路電容(分別接入C5和C7)的數(shù)值，再次測試電路的振蕩頻率。注意：克拉潑振蕩器起振的過渡時間較長，需要經(jīng)過一段時間后才能輸出穩(wěn)定的正弦信號。另外，若創(chuàng)建的振蕩電路仿真時沒有輸出，可以單擊鍵盤A或B或C按鈕，給電路一個觸發(fā)，就可以使電路產(chǎn)生振蕩。圖4.3.9克拉潑振蕩電路4、西勒電路的仿真在Multisim8電路窗口中，創(chuàng)建如圖4.3.11所示的西勒振蕩電路，其中晶體管T1選用2N2222A晶體管。單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到振蕩器的輸出信號波形如圖4.3.12所示。完成以下操作：注意：西勒振蕩器起振過渡時間同樣較長，需要經(jīng)過一段時間

37、后才能輸出穩(wěn)定的正弦信號。另外，若創(chuàng)建的振蕩電路仿真時沒有輸出，可以單擊鍵盤A或B或C按鈕，給電路一個觸發(fā)，就可以使電路產(chǎn)生振蕩。圖4.3.11西勒振蕩電路1）用虛擬示波器和數(shù)字頻率計測試電路的振蕩頻率。（2）改變回路電容（分別接入C5和C7）的數(shù)值，再次測試電路的振蕩頻率。3）改變C4測量振蕩頻率f的范圍。4osc1、克拉潑電路的測試（1）靜態(tài)工作點的測試：改變晶體管的靜態(tài)偏置，觀察振蕩器的振蕩頻率、幅度和波形的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)。并選擇合適的靜態(tài)工作點。（2）觀察電路的反饋系數(shù)變化時對振蕩器的振蕩頻率、幅度和波形將的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)。（3）改變C3測量振蕩器的頻率

38、范圍。（4）觀察負載變化對振蕩器振蕩頻率、幅度和波形的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)。2、西勒電路的測試（1）改變晶體管的靜態(tài)偏置，觀察振蕩器的振蕩頻率、幅度和波形的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)。（2）觀察電路的反饋系數(shù)變化時對振蕩器的振蕩頻率、幅度和波形將的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)。（3）改變C4測量振蕩器的頻率范圍。（4）觀察負載變化對振蕩器振蕩頻率、幅度和波形的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)。六、預(yù)習(xí)要求1、認真閱讀頻率計面板旋鈕的作用及位置。2、復(fù)習(xí)LC正弦波振蕩器的工作原理，了解反饋元件、回路元件、和晶體管直流工作點對振蕩器工作的影響，了解提高頻率穩(wěn)定度的措施。3、畫出測試電

39、路的交流通路，估算振蕩頻率。4、對照測試電原理圖、印刷版圖熟悉電路中各元件的位置、作用，弄懂電路原理。5、自擬實驗步驟及實驗所需的各種表格。6、畫出圖4.3.9、圖4.3.11所示電路的高頻交流通路并說明個元件的作用，估算靜態(tài)工作點電流IEQ的范圍。EQ6、估算圖4.3.9、圖4.3.11所示振蕩電路的頻率及頻率覆蓋系數(shù)。7、完成Multisim8的仿真并記錄仿真結(jié)果。七、實驗報告要求1、整理數(shù)據(jù)表格，畫出各相應(yīng)的振蕩波形。有數(shù)據(jù)表格得到相應(yīng)的結(jié)論。2、對各種電路進行頻率的近似估算。3、回答思考題中的問題。八、思考題1、在克拉潑電路中，若將電阻r6增大到某一值時，電路將停振，試說明停振的原因。

40、62、在克拉潑電路中，當電容C3減少到某一值時，振蕩器就會停振，試說明停振的原因。3、同一振蕩電路，當靜態(tài)工作點不同時，振蕩器的輸出幅度也各不相同，為什么？4、為什么反饋系數(shù)太大都會影響振蕩器的起振？5、測量頻率的方法可以用頻率計，也可以用示波器，它們各有什么優(yōu)缺點？6、西勒電路與克拉潑電路的差別在何處，它們各自有何特點？7、西勒電路與克拉潑電路都較難起振，為什么？8、如果改變電源電壓或使晶體管溫度升高，振蕩器的輸出幅度和頻率是否會發(fā)生變化，為什么？4.3.2石英晶體振蕩器一、實驗?zāi)康?、進一步學(xué)習(xí)數(shù)字頻率計的使用方法。2、掌握并聯(lián)型晶體振蕩器的工作原理及特點。3、掌握晶體振蕩器的設(shè)計、調(diào)試方

41、法。4、觀察并研究外界因素變化對晶體振蕩器工作的影響。5、掌握用Multisim8仿真并聯(lián)型晶體振蕩器，并測試振蕩器的振蕩頻率。二、實驗儀器雙蹤示波器數(shù)字頻率計晶體管毫伏表直流穩(wěn)壓電源萬用表三、實驗原理振蕩器的頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項重要指標。所謂頻率穩(wěn)定度，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，振蕩器的實際工作頻率與標稱頻率之間的偏差。當然，這種偏差越小，電路性能越好。振蕩器的頻率穩(wěn)定度主要取決于振蕩回路的標準性和品質(zhì)因數(shù)。LC振蕩器由于受到LC回路的標準性和品質(zhì)因數(shù)的限制，其頻率穩(wěn)定度只能達到10-4量級，很難滿足實際應(yīng)用的要求。石英晶體振蕩器為采用石英晶體諧振器作為選頻回路的振蕩器，其振蕩

42、頻率主要由石英晶體決定。與LC回路相比，石英晶體諧振器具有很高的標準性和品質(zhì)因數(shù)，使石英晶體振蕩器可以獲得極高的頻率穩(wěn)定度。由于采用石英晶體的精度和穩(wěn)頻措施不同，石英晶體振蕩器可以獲得高達10-4-10-11量級的頻率穩(wěn)定度。石英晶體諧振器的等效電路和電抗頻率特性如圖4.3.13所示。qL由等效電路可知，晶體諧振器是一串、并聯(lián)諧振回路，串、并聯(lián)諧振頻率f、f分qp別為qp12兀4.3.13)4.3.14)由于CC，f與f相差很小,oqpq4.3.15)(IC)qI2C丿()一般石英晶體的L很大，C很小，與同樣頻率的LC元件構(gòu)成的回路相比，L、C與qqqqLC元件數(shù)值要相差45個數(shù)量級；同時，晶

43、體諧振器的品質(zhì)因數(shù)也非常大。晶體在工作頻率附近阻抗變化率大，有很高的并聯(lián)諧振阻抗。在晶體振蕩器中，把石英晶體諧振器用作等效感抗，振蕩頻率必處于f與f之間的狹qp窄頻率范圍內(nèi)。由于石英晶體的高Q特性，等效感抗X隨的變化率極其陡峭，它對頻率的變化非常敏感。因而在晶體振蕩器的振蕩系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率不穩(wěn)定因素影響，使振蕩系統(tǒng)的ZX豐0（或Y申工0）時，石英晶體具有極高的頻率補償能力，晶體振蕩器的振蕩頻率主要有極微小的變化，就足以保持振蕩系統(tǒng)的ZX=0（或Z申二0）。因此，晶體振蕩器的工作頻率非常穩(wěn)定。晶體振蕩器的電路類型很多，根據(jù)晶體在電路中的作用，可以將晶體振蕩器歸為兩大類：并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體

44、振蕩器。1、并聯(lián)型晶體振蕩器圖4.3.13是目前應(yīng)用最廣的并聯(lián)型晶體振蕩器皮爾斯（Pirece）晶體振蕩電路。為了減少測量或其他負載對振蕩回路的影響，可采用射隨器電路作為輸出級。振蕩頻率oscC(C+C)2kLq0lqC+C+CqoLqCqC+CoL4.3.16)式中C二一C1CL,C是和晶體兩端并聯(lián)的外電路各電容的等效值，為根據(jù)產(chǎn)品所要求LC+CL12的負載電容。在實用時，一般需加入微調(diào)電容，用以微調(diào)回路的諧振頻率，保證電路工作在晶體外殼上所注明的標稱頻率fN上。r1測pF；5-IZQpF320pF圖4.3.14采用微調(diào)電容的晶體振蕩電路10皿|圖4.3.14所示為米用微調(diào)電容的晶體振蕩電路

45、，適當調(diào)節(jié)圖中的C4值，可以使振蕩器工作在晶體的標稱頻率上，使外接電容更接近出廠時規(guī)定的負載電容值。此外，若串聯(lián)電容C為變?nèi)荻O管，還可構(gòu)成電壓控制型晶體振蕩器。圖4.3.13皮爾斯晶體振蕩器電路2、串聯(lián)型晶體振蕩電路串聯(lián)型晶體振蕩電路如圖4.3.15所示，這種振蕩器與三點式振蕩器基本類似，只不過在正反饋支路上增加了一個晶體。L、C廣C2和C3組成并聯(lián)諧振回路而且調(diào)諧在晶體的串四、石英晶體振蕩器的Multisim8仿真在Multisim8電路窗口中，創(chuàng)建如圖4.3.16所示的石英晶體振蕩器，接入虛擬示波器和數(shù)字頻率計。單擊“仿真”按鈕，就可以從示波器中觀察到振蕩器的輸出信號波形如圖4.3.17

46、所示。5LHR1:：1li：.uSMTn2BdTJJPMJ/IRTUAL-小応11R4-1.OkD:-C5-土鼻幷F:Rib-10：kO:RT8-io：oi?n：:5kot-.R1.1.1圖4.3.16皮爾斯晶體振蕩器Oscilloscope-XSClTimeChannel_AChannel_BLI.ULILIs2.425V2.425VT1*T2-T1圖4；3.17；皮爾斯晶體振蕩器的輸出信號波形示波器和數(shù)字頻率計測試Scale5us/Div百vyDiu載電阻的數(shù)值(分別接通用虛擬改變負負載變化對振蕩蠻頻率的影響。阿丄J221E匝D應(yīng)|一|忖|Type麗嘶閨邢響測試電路的振蕩頻率。ScalhWDiv開關(guān)仃1、2、3)Ed!護路的振蕩頻率，分析五、實驗任務(wù)1、改變晶體管的靜態(tài)偏置，觀察對振蕩器的振蕩頻率、幅度和波形的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)。2、改變C3測量振蕩器的頻率范圍。3、觀察負載變化對振蕩器振蕩頻率、幅度和波形的影響，并將結(jié)果填入自擬的表格內(nèi)4、將實驗結(jié)果3與實驗4.3.1的結(jié)果比較，說明負載變化對兩種振蕩器的不同影響。六、預(yù)習(xí)要求1、對照測試電原理圖、印刷版圖熟悉電路中各元件的位置、作用，弄懂電路原理。2、畫出測試電路的交流通路。3、自擬實驗步驟及實驗所需的各種表格。4、完成Mul