高頻電子線路課程實驗一正弦波振蕩器

1、太原理工大學現(xiàn)代科技學院 實驗報告裝訂線 太原理工大學現(xiàn)代科技學院高頻電子線路課程 實驗報告 專業(yè)班級 測控13-2班 學 號 姓 名 指導教師 溫濤 裝訂線 實驗一 正弦波振蕩器 一實驗目的 1、掌握晶體管（振蕩管）工作狀態(tài)、反饋大小對振蕩幅度與波形的影響。 2、掌握改進型電容三點式正弦波振蕩器的工作原理及振蕩性能的測量方法。 3、研究外界條件變化對振蕩頻率穩(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，加深對晶體振蕩器頻率穩(wěn)定高的原因理解。 二實驗原理 振蕩器是指在沒有外加信號作用下的一種自動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、泛的應用。在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機中，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過放大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。在超外差式的各種接收機中，是由振蕩器產(chǎn)生一個本地振蕩信號，送入混頻器，才能將高頻信號變成中頻信號。 振蕩器的種類很多。從所采用的分析方法和振蕩器的特性來看，可以把振蕩器分為反饋式振蕩器和負阻式振蕩器兩大類。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型。 電容三點式 lc 振蕩器 裝訂線裝訂線振蕩器實質(zhì)上是滿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端子，分別接振蕩管的三個電極，而構(gòu)成反饋式自激振蕩器，因而又稱為三點式振蕩器。如果反饋電壓取自分壓電感，則稱為電感反饋振蕩器或電感三點式振蕩器；如果反饋電壓取自分壓電容，則稱為電容反饋振蕩器或電容三點式振蕩器。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)成反饋支路時其振蕩頻率可高達幾百。 裝訂線 1.振蕩器的起振條件 一個振蕩器能

4、否起振，主要取決于振蕩電路自激振蕩的兩個基本條件，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：在一定時間或一定溫度、電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對變化程 度，常用表達式： ff來表示（f為所選擇的測試頻率； f為振蕩頻率的頻率誤差， fff；f和f為不同時刻的f），頻率相對變化量越小，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 法提高振蕩回路的標準性，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振蕩回路的影響，還可采用負溫度系 數(shù)元件實現(xiàn)溫度補

5、償。 3.lc振蕩器的調(diào)整和參數(shù)選擇 以實驗采用改進型電容三點振蕩電路（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)工作點的調(diào)整合理選擇振蕩管的靜態(tài)工作點，對振蕩器工作的穩(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 裝訂線 當振蕩器穩(wěn)定工作時，振蕩管工作在非線性狀態(tài)，通常是依靠晶體管本身的非線性實現(xiàn) 穩(wěn)幅。若選擇晶體管進入飽和區(qū)來實現(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)工作點遠離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)。 （2）振蕩頻率f的計算 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不宜過大或過小，一般經(jīng)驗數(shù)據(jù) f » 0.10.5 ,本實驗取 =4.克拉潑和西勒振蕩電路圖2-3為串聯(lián)改進型電容三點式振蕩電路克拉潑振蕩電路。 圖2-4為并聯(lián)改進型電容三點式振蕩電路西勒振蕩電路。 三實驗電路 圖 2-6 為電容三點式 lc 振蕩器和晶體振蕩器實驗電路。圖中，左側(cè)部分為 lc 振

7、蕩器，中間部分裝訂線 為晶體振蕩器，右側(cè)部分為射極跟隨器。裝訂線 裝訂線 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。圖中開關(guān) 3k05 打到“s”位置時，為改進型克拉潑振蕩電路，打到“ p ”位置時，為改進型西勒振蕩電路。四位撥動開關(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。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 為晶體振蕩器測試點。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 來控制，開關(guān)與上方接通時，為晶振輸出，與下方接通時，為 lc 振蕩器輸出。三極管 3q02 為射極跟隨器，以提高帶負載的能力。電位器 3w02 用來調(diào)整振蕩器輸出幅度。3tp02 為輸出測量點，3p02 為振蕩器輸出鉚孔。 四實驗內(nèi)容 1.用示

9、波器觀察 lc 振蕩器和晶體振蕩器輸出波形，測量振蕩器輸出電壓峰-峰值 并以頻率計測量振蕩頻率； 2.測量 lc 振蕩器的幅頻特性； 3.測量電源電壓變化對振蕩器的影響； 4.觀察并測量靜態(tài)工作點變化對晶體振蕩器工作的影響。 五實驗步驟 1.實驗準備 插裝好 lc 振蕩器和晶體振蕩器模塊，接通實驗箱電源，按下模塊上電源開關(guān)，此時模塊上電源指示燈點亮。 2.lc 振蕩實驗 （1）西勒振蕩電路幅頻特性的測量 3k01撥至lc振蕩器，示波器接3tp02，頻率計接振蕩器輸出口3p02。調(diào)整電位器3w02，使輸出最大。開關(guān)3k05撥至“p”，此時振蕩電路為西勒電路。 四位撥動開關(guān)3sw01分別控制3c0

10、6（10p）、 3c07（50p）、3c08（100p）、3c09（200p）是否接入電路，開關(guān)往上撥為接通，往下?lián)転閿嚅_。四個開關(guān)接通的不同組合，可以控制電容的變化。例如開關(guān)“1”、“2”往上撥，其接入電路的電容為 10p+50p=60p。按照表2-1電容的變化測出與電容相對應的振蕩頻率和輸出電壓（峰-峰值vp-p），并將測量結(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：如果在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中使振蕩器停振無輸出，可調(diào)整3w01，使之恢復振蕩。 （2）克拉潑振蕩電路幅頻特性的測量 將開關(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，測出振蕩頻率和輸出電壓，并將測量結(jié)果記于表2-1中。 3.晶體振蕩器實驗 （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，如果沒有波形，應調(diào)整 3w03 電位器。然后用頻率計測量其輸出端頻率，看是否與晶體頻率一致。 （2）示波器接 3tp02 端，頻率計接 3p02 輸出鉚孔，調(diào)節(jié) 3w03 以改變晶體管靜態(tài)工作點，觀察振蕩波形及振蕩頻率有無變化。 六.實驗結(jié)果 （1）根據(jù)測試數(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，并進行分析比較; （2）根據(jù)實驗，分析靜態(tài)工作點對晶體振蕩器工作的影響； 靜態(tài)工作點的高低影響波形 會使晶體管工作在飽和和截止狀態(tài),晶體管的振蕩條件是基極-發(fā)射極間電壓是-0.1 -0.4v,如果達不到這個條件，是不會起振的。所以靜態(tài)