實驗8LC正弦波振蕩器和選頻放大電路

1、實驗8 LC正弦波振蕩器和選頻放大器1. 實驗?zāi)康?) 研究、學(xué)習(xí)LC正弦波振蕩器的特性。2) 研究、學(xué)習(xí)LC選頻放大電路的特性。2. 實驗儀器雙蹤示波器、信號發(fā)生器、交流毫伏表、數(shù)字萬用表。3. 預(yù)習(xí)內(nèi)容1） 復(fù)習(xí)LC正弦波振蕩器的基礎(chǔ)知識。2） 復(fù)習(xí)LC選頻放大回路的基礎(chǔ)知識。4. 實驗內(nèi)容1) 電容三端式LC振蕩器電路原理圖8.1圖8.2iFVF電路如圖8.1。這是一個電容三端式LC振蕩器，其簡化的原理示意圖如圖8.2，它由一個放大器A和一個LC回路組成。設(shè)振蕩回路內(nèi)流過電容的振蕩電流為iF。放大器輸出電壓為V o=iFXC1，反饋電壓為VF=-iFXC，反饋系數(shù)為 （1）放大器反向輸入

2、端的反饋電壓為VF=FVo=(C1/C2)Vo，從輸出、經(jīng)反饋到反向輸入端、經(jīng)放大器反向、再到輸出端，信號的相移為零，滿足振蕩器起振的相位條件。若放大器A不接LC回路時的放大倍數(shù)大于22，則滿足振蕩器起振的幅值條件，電路就能起振。顯然，對于圖8.1所示電路，通過調(diào)整電位器RP2，使放大器A的放大倍數(shù)大于22，該電路就能起振。若電路起振后，能自動地減小，達(dá)到穩(wěn)定時使，那末，振蕩器就能輸出幅值穩(wěn)定的正弦波。圖8.1所示電路具有自動調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的能力。電路剛起振時，電路輸出Vo較小。由于，信號在從輸出端、經(jīng)反饋到反向輸入端、再到輸出端的過程中被放大，集電極電壓和電流不斷被放大，電路輸出Vo不斷增大。

3、在此過程中，集電極電流逐步被限幅，由于發(fā)射極PN結(jié)的非線性特性，使基極、發(fā)射極電流正半周幅值大，負(fù)半周幅值小，由此產(chǎn)生直流電流分量。直流電流分量對發(fā)射極旁路電容Ce充電，使發(fā)射極直流電位上升，從而使VBE下降，三極管Q1的電流放大倍數(shù)下降，放大器A的放倍數(shù)下降。這時電路達(dá)到。若出現(xiàn)，即集電極電流減小，輸出電壓減小，則由于發(fā)射極PN結(jié)的非線性特性產(chǎn)生的直流電流減小，發(fā)射極電容上的直流電位減小，從而使VBE上升，三極管Q1的電流放大倍數(shù)上升，放大器A的放大倍數(shù)增大，電路重新回到。稱這種性能為自動穩(wěn)幅性能。綜上所述，放大器A提供了-180°相移，LC振蕩回路與放大器的連接方式又提供了-18

4、0°相移，所以，LC振蕩回路在整個電路中的相移必須為0，才能滿足起振的相位條件。使LC回路的相移為0的頻率只有其固有頻率， （2）所以，振蕩器輸出的是幅值穩(wěn)定的頻率為f的正弦波。本實驗電路的LC回路的固有頻率僅為十幾kHz，三極管的分布參數(shù)完全可以忽略。若使LC振蕩器LC回路的固有頻率為幾百kHz到幾十MHz，三極管的分布參數(shù)，如、等，將成為制約振蕩器輸出信號頻率進(jìn)一步提高和提高頻率穩(wěn)定性的主要因數(shù)。LC振蕩器是工作在中、短波頻帶上的電子系統(tǒng)常用的電路，其工作頻率大致為幾百kHz到幾十MHz。實驗內(nèi)容（1） 用EWB做模擬，觀察其起振過程，并分析電路起振與哪些元件參數(shù)有關(guān)。（2） 先

5、接成放大器A（不接LC回路），調(diào)整Rp1、Rp2，使電路有較適合的靜態(tài)工作點。測量電路的靜態(tài)參數(shù)VB、VC、VE，估算其靜態(tài)工作點。為了使振蕩器有較好的自動穩(wěn)幅性能，建議靜態(tài)工作點應(yīng)適當(dāng)?shù)牡滓恍y量其電壓放大倍數(shù)?？紤]到LC回路有損耗，建議A的電壓放大倍數(shù)大于30。（3） 按圖8.1接上LC回路。取C1=0.01F，測量輸出波形的頻率和幅值，測量輸出的二次諧波失真和三次諧波失真，調(diào)整Rp2（有需要時也可調(diào)整RP1），使二次諧波失真盡可能小，測量記錄此時的輸出波形的頻率、幅值，二次諧波失真和RP2。再取C1=0.047F，重復(fù)上述實驗。2) LC選頻放大回路電路原理圖8. 3圖8.3為LC選頻

6、放大器。與實驗1的電路相比，兩者的差別是：實驗1的電路的集電極僅接了電阻負(fù)載，為寬帶放大器；本電路的集電極接的是LC1并聯(lián)調(diào)諧回路，為選頻窄帶放大器。對于交流信號，集電極接的LC1并聯(lián)調(diào)諧回路如圖8.4(1)。由于電感有損耗，實際電感圖7.4 圖7.3所示LC選頻放大器的輸出回路(1)(2)(3)(4)Z1可等效為一個無損耗電感L1和一個等效電阻RS的串聯(lián)，如圖8.4(2) 。L1、RS、C1的等效阻抗為 （3）記，為廣義失諧， （4）回路諧振時，Z1虛部為0，由XC1=RSP可得諧振頻率 （5）其中，為L1C1諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)L1C1回路的品質(zhì)因數(shù)較大時，回路的諧振頻率1o。當(dāng)=o1時

7、, Z1虛部為0，用XC1=RSP代入(4)式，可得Z1實部 (6)圖7.5 二階諧振回路的幅頻特性曲線現(xiàn)在可將圖8.4(2)改畫成圖7.4(3)。將RSP與RC并聯(lián)，就得到了圖8.4(4)。當(dāng)輸入信號頻率為L1C1并聯(lián)諧振頻率o1時，L1C1回路因諧振而等效為開路，放大器的集電極負(fù)載等效為純阻，集電極阻抗最大，為圖8.4(4)中的Req，放大器放大倍數(shù)最大。若輸入信號頻率偏離L1C1并聯(lián)諧振頻率o1，L1C1回路因失諧而不再等效為開路，集電極阻抗下降，放大器放大倍數(shù)下降。從而實現(xiàn)選頻放大。在本實驗中，可如圖8.5所示，測量fL、fH。記諧振時電路的輸出電壓幅值為Vo1，頻率為fo1；保持輸入

8、信號的幅值不變，降低其頻率，當(dāng)輸出電壓為0.707Vo1時的頻率為fL；再升高輸入信號的頻率，當(dāng)輸出電壓再為0.707Vo1時的頻率為fH，電路的品質(zhì)因數(shù)為 （7）（7）式所示的品質(zhì)因數(shù)是圖7.4(4)所示電路的品質(zhì)因數(shù)。由于Q可測得，RC為已知，所以可以估算出電感的等效損耗電阻RSP、RS。設(shè)Q=4。 （8）由于Req=RC/RSP，所以 （9）由（6）式可得電感的等效損耗電阻RS （10） 對于頻率為fo1的輸入信號，電路的放大倍數(shù)為 （12） 實驗內(nèi)容(1) 如圖8.3接線。將輸入端短路，RP2=100，調(diào)RP1，使VC=6V。(2) 用（8）估算Req，用（12）式估算AVo1。測量其幅頻特性曲線，求其品質(zhì)因數(shù)和諧振時的集電極等效負(fù)載電阻Req、電壓放大倍數(shù)AVo1。(3) 取信號源頻率為諧振頻率，調(diào)整RP2，分析負(fù)反饋對電路性能的影響，如電壓放大倍數(shù)、諧波失真等。(4) 根據(jù)測量估算得到的Req， Q1分別取理想三極管和接近實驗中所用實際三極管，用EWB做仿真求其幅頻特性和相頻特性。若取L=10H、C=10pF，Q1分別取理想三極管和接近實驗中所用實際三極管，用EWB做仿真求其幅頻特性和相頻特性。分析仿真結(jié)果的差異，并試述三極管哪些主要參數(shù)與選頻放大器的幅頻特性有較大的關(guān)系。5. 思考題1) 繪制圖8.1所示電路的交流微變等效電路。2)