LC正弦波振蕩器實驗.pptVIP

實驗二 lc正弦振蕩器實驗 lc正弦波振蕩器是各種接收機和發(fā)射機中一種常見的電路 常用作載波振蕩 本振混頻振蕩等 其典型形式為 三點式 振蕩電路 電路簡單 頻率穩(wěn)定度較高 其工作原理是建立在正反饋基礎上將直流電源提供的能量變成正弦交流輸出 試驗任務與要求 實驗目的熟悉lc正弦振蕩器的工作原理 掌握lc正弦振蕩器的基本設計方法 學會用數(shù)字頻率計測量振蕩頻率及頻率穩(wěn)定度了解外界因素 元件參數(shù)對振蕩器工作穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定度的影響情況 以便提高振蕩器的性能 實驗儀器 高頻信號發(fā)生器qf1055a一臺 超高頻毫伏表da22a一臺 頻率特性測試儀bt 3c一臺 直流穩(wěn)壓電源hy1711 2一臺 數(shù)字示波器tds210一臺 實驗任務與要求基本命題 基本實驗的實驗線路及說明實驗線路如圖1所示 由晶體管及偏置電路 選頻回路組成電容三點式振蕩器 電路中a c相連又可構成并聯(lián)型晶體振蕩電路 圖1 lc正弦波和晶體振蕩器實驗電路圖如下 實驗內容1 按圖1電路進行機算計仿真 并分析下列問題 a 觀察迭代步長對振蕩器起振過程有何影響 b 觀察工作點 負載 回路參數(shù)對振蕩頻率 波形失真的影響 2 在實驗箱中 按圖1連線 3 振蕩器的調整 a 加電后首先用萬用表測量各極工作點 調整偏置電阻使工作點電流為2ma左右 b 用示波器觀察輸出波形 微調偏置使輸出波形不失真且幅度較大 c 若振蕩器不起振可以從以下三個方面檢查 管子是否損壞 電感是否開路 電路中元件沒有共地等 4 微調電感l(wèi) 使振蕩器振蕩頻率為12mhz 50khza 用示波器觀察波形并測量頻率 b 用數(shù)字頻率計測量振蕩頻率 5 在實驗電路中 改變影響反饋系數(shù)的電容 觀察其對振蕩器的影響 6 測量頻率穩(wěn)定性 f f0 a 負載變化對頻率的影響 改變rl的大小 計算出 f f0 以2k 時的頻率為f0 b 電源變化對頻率的影響 以12v時測量的頻率為f0 分別測出vcc 8v 10v 12v 14v 16v時的頻率 計算 f f0并作 f vcc曲線 c 測量振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度 每半分鐘記一次頻率 記5分鐘 以最后一次測量的頻率為f0 計算 f f0 并作 f t曲線 7 a c相連 觀測晶體振蕩器的波形 并用實驗說明晶體振蕩器和lc振蕩器穩(wěn)定性的優(yōu)劣 電路設計計算 a 畫出實際電路圖并畫出交流等效電路 b 計算出回路各元件數(shù)值 c 計算出所需偏置電阻并選擇濾波元件 注 元件均取標稱值 計算機仿真分析實際搭建電路并測量指標 完成上述測試內容 整理文檔 寫出規(guī)范的實驗報告 實驗說明及思路提示 lc振蕩器的電路形式1 lc振蕩器的基本組成原則是 射同余異 電路見圖2 x1 x2為同性質的元件 x3與它們相異 典型形式有兩種 即電感反饋型及電容反饋型 電容反饋型振蕩器 也即電容三點式振蕩器 用得較多 2 基本形式因極間分布電容影響而降低了振蕩器的穩(wěn)定性 所以常用的是改進型 亦有兩種即串聯(lián)改進型和并聯(lián)改進型 擴展命題 1 研究溫度對lc振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的影響 首先對電路進行溫度掃描仿真 然后在實驗箱中作實際測試 得出什么結論 2 自行設計一個lc正弦波振蕩器設計指標 振蕩頻率f0 6 5mhz 50khz頻率穩(wěn)定度 f f0 1 10 4輸出幅度u0 0 3vp p具體任務要求 圖2 三點式振蕩器電路如下 圖3 串聯(lián)改進型振蕩器電路如下 串聯(lián)改進型 clapp電路 見圖3 圖中因c31而停振 圖4 并聯(lián)改進型振蕩器電路如下 并聯(lián)改進型 shelle電路 見圖4 圖4中同樣c3 c1 c3 c2故c c3 c4但c4的接入并不影響接入系數(shù)從而電路的穩(wěn)定性提高 c4可變使得頻率覆蓋范圍擴大 fmax fmin 1 6 1 8是目前應用較為廣泛的一種三點式振蕩電路 振蕩器的穩(wěn)定性考慮振蕩器穩(wěn)定性 由分析可知 振蕩器的頻率主要取決于振蕩回路的參數(shù) 同時與晶體管的參數(shù)有關 這些參數(shù)在某些條件下可能會發(fā)生改變 因此造成了頻率的不穩(wěn) 所以振蕩器的關鍵在于其穩(wěn)定性好壞 穩(wěn)定性即 振蕩的實際工作頻率偏離標準值的程度 常采用的穩(wěn)頻措施有 1 提高lc回路的標準性 即元件的標準性 2 減少晶體管的影響 減少極間分布電容的影響 設計時盡可能減少晶體管和回路之間的耦合 另應選擇特征頻率ft高的管子 因ft高 內部相移小 一般選ft 3 10 fmax fmax為振蕩器的最高工作頻率 3 提高回路的品質因數(shù) q大 回路相頻特性的負斜率越大 相位越穩(wěn)定 頻率越穩(wěn)定 4 減少電源負載等的影響 采取穩(wěn)壓措施 避免因電源的波動對工作點電流的變化而造成參數(shù)的變化 影響振蕩器的穩(wěn)定性 負載因并聯(lián)回路兩端而造成對品質因數(shù)的減小 從而使穩(wěn)定性降低 故應減少其與回路的耦合 例如可在回路與負載間加射隨器等 本實驗電路的設計計算已知條件 電源電壓12v 回路可調電感1 h 晶體三極管用9018 參數(shù)見附錄 指標要求 振蕩頻率12mhz 頻率穩(wěn)定性 f fo 1 10 4輸出振幅u0 0 3vp p1 確立電路形式 選擇什么樣的振蕩電路主要根據(jù)工作頻率及對頻率穩(wěn)定度的要求進行選擇 電感三端式和變壓器反饋型振蕩器電路適用于40mhz以下的場合 它們的頻率穩(wěn)定度常在10 3 10 4量級 電容三點式振蕩器可工作在數(shù)百兆赫以上的頻率 改進型電容三端式振蕩期器頻率穩(wěn)定度可達10 4 10 5量級 因而頻率較高的情況常選改進型電容三點式振蕩器 本實驗選用西勒振蕩器 見圖1 2 計算靜態(tài)工作點 對于一般小功率自動穩(wěn)幅lc振蕩器 靜態(tài)工作點要遠離飽和區(qū) 靠近截止區(qū) 以得到較大的輸出阻抗 一般根據(jù)具體電路和電源電壓大小集電極電流一般取1 4ma 在實際偏置參數(shù)選定時 在可能條件下發(fā)射極偏置電阻盡可能取大一些好 此處特取icq 2ma uceq 6v故rc re vcc uceq icq 12 6 2 3k 取re 1k rc 2k 因ueq 2 1 2v所以ubq 2 7v所以rb1 rb2 rb1 2 7 有rb2 0 3rb1 若rb2 r2取5 1k rb1則取17k 實際中rb1取5 1k 標稱電阻和22k 可變電阻串聯(lián) 3 回路參數(shù)的選擇 參數(shù)選擇主要是根據(jù)滿足振蕩頻率 滿足起振條件并有足夠的振蕩幅度和規(guī)定的頻率穩(wěn)定性等因素加以考慮 若以頻穩(wěn)性角度出發(fā)回路電容應取大一些 有利于減少并聯(lián)在回路上的管子極間電容等變化的影響 但c不能過大 c過大 l會變小 q值會變低 振蕩幅度也會變小 為了解決頻穩(wěn)和振幅的矛盾 通常用部分接入 前已討論反饋系數(shù)f c1 c2不能過大或過小 適宜1 8 1 2 由于 有考慮l可調 取c3 100p c4 51p因要滿足c1 c2 c3 c4 c1 c2 1 8 1 2取c1 200pf c2 510pf4 cb的確定 cb提供交流等效通路 即cb交流等效分析短路 故cb