正弦波振蕩器

1、第4章 正弦波振蕩器振蕩電路是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它無(wú)需外加信號(hào)，就能自動(dòng)地將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流信號(hào)。振蕩器按輸出信號(hào)波形的不同，可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器兩類(lèi)。本章將討論正弦波振蕩器，先介紹自激振蕩的概念、產(chǎn)生自激振蕩的條件及用相位平衡條件判別電路能否起振，然后介紹正弦波振蕩電路的基本工作原理及RC振蕩器、LC振蕩器和石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用。4.1 自激振蕩自激振蕩如果在輸入端不外接信號(hào)，只是將輸出信號(hào)的一部分正反饋到輸入端以代替輸入信號(hào)，輸出端仍有一定頻率和幅度的信號(hào)輸出，這種現(xiàn)象稱(chēng)為自激振蕩。自激振蕩不僅在振蕩電路中產(chǎn)生，在放大電路中也可能

2、產(chǎn)生，例如現(xiàn)實(shí)生活中在使用擴(kuò)音機(jī)時(shí)，如果話筒和音箱的位置安排不合適時(shí)，此時(shí)雖然沒(méi)有輸入信號(hào)，音箱中仍可能會(huì)出現(xiàn)嘯叫聲，這其實(shí)也是一種自激振蕩，這時(shí)的自激振蕩是有害的，應(yīng)盡量消除。而在振蕩電路中，則正是利用自激振蕩來(lái)工作。振蕩條件1.自激振蕩的條件產(chǎn)生自激振蕩的條件常用圖4-1所示框圖來(lái) 分析。 N是放大電路，放大系數(shù)為A，F(xiàn)是反饋電路，反饋系數(shù)為。當(dāng)開(kāi)關(guān)S接在2位置時(shí)，放大電路的輸入端與正弦波信號(hào)相接，輸出電壓：。通過(guò)反饋電路得到反饋電壓：。 4-1 產(chǎn)生自激振蕩的條件若適當(dāng)調(diào)整放大電路和反饋電路的參數(shù)，使，即兩者大小相等，相位相同。再將開(kāi)關(guān)S接到1位置，反饋電壓即可代替原來(lái)的輸入信號(hào)，仍維持

3、輸出電壓不變，這樣，整個(gè)電路就成為一個(gè)自激振蕩電路。由此可知：因 （4-1）故 （4-2）即 1 （4-3）式（4-3）即為自激振蕩的條件。因?yàn)锳(4-4）F（4-5）式（4-5）即可用向量的模和幅角來(lái)表示。AF由此可得到自激振蕩的兩個(gè)條件：(1) 幅值平衡條件 AF1 (4-6)(2) 相位平衡條件 2n (4-7)2.起振過(guò)程實(shí)際的振蕩電路并不需要外接信號(hào)源，而是靠電路本身“自激”起振。在振蕩電路接通電源的瞬間，電路中的電流突變，以及電路內(nèi)不可避免的噪聲和干擾，都成為了振蕩電路的原始信號(hào)。這些原始信號(hào)都很微弱，但只要起振時(shí)AF>1，這些微弱的信號(hào)通過(guò)放大正反饋放大再反饋如此反復(fù)循環(huán)，

4、就可以由小到大，迅速的振蕩起來(lái)。由于三極管是非線性元件，當(dāng)信號(hào)幅度增加到一定程度，必將使三極管工作到非線性區(qū)，放大電路的放大倍數(shù)降低，輸出信號(hào)幅度的增加越來(lái)越少，最后達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，振蕩器的輸出就維持在某一幅值穩(wěn)定的振蕩，這時(shí)AF1。由此可見(jiàn)，起振過(guò)程是從AF>1到AF1的過(guò)程。3.正弦波振蕩電路的組成引起自激振蕩的擾動(dòng)信號(hào)往往是非正弦的，是由許多不同頻率、不同幅值的正弦信號(hào)組合而成。為了保證輸出波形為單一頻率的正弦波，要求振蕩電路必須具有選頻特性。選頻特性通常由選頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即從許多不同頻率的正弦波中選出所需頻率的正弦波來(lái)。按選頻網(wǎng)絡(luò)的元件類(lèi)型，把由電阻、電容組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振

5、蕩電路稱(chēng)為RC振蕩電路；把由電感、電容組成選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路稱(chēng)為L(zhǎng)C振蕩電路；把由石英晶體組成的振蕩電路稱(chēng)為石英晶體振蕩電路。一個(gè)振蕩電路一般應(yīng)該包括以下幾個(gè)部分：(1) 電壓放大電路：由三極管或集成運(yùn)算放大器組成，具有足夠大的電壓放大倍數(shù)，以能夠獲得較大的輸出電壓。(2) 反饋回路：必須引入正反饋，把輸出信號(hào)反饋到輸入端，作為放大器的輸入信號(hào)。(3)選頻回路：用于確定振蕩頻率，使電路中只有這種頻率的信號(hào)才能滿足自激振蕩的條件而產(chǎn)生振蕩。分析一個(gè)正弦波振蕩器時(shí)，首先要判斷它是否振蕩，判斷振蕩的一般方法是：(1)是否滿足相位平衡條件。(2)放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，有無(wú)放大能力，靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適

6、。(3)是否滿足幅度平衡條件，檢驗(yàn)：1) <1，則不可能起振。2) >>1，能起振，但輸出波形明顯失真。3) >1，能產(chǎn)生振蕩，振蕩穩(wěn)定后1。4.2RC正弦波振蕩器常見(jiàn)的RC正弦波振蕩電路是RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路，又稱(chēng)為文氏橋正弦波振蕩電路，其中串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與此同時(shí)還充當(dāng)選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)。1.電路原理圖 下圖為RC橋式振蕩電路的原理圖，這個(gè)電路由兩個(gè)部分組成，即放大網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)。為集成運(yùn)放所組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，具有輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點(diǎn)。而是由Z1、Z2組成，同時(shí)兼作正反饋網(wǎng)絡(luò)，由上圖可知，Z1、Z2和R1、R2正好形成一個(gè)四臂電橋，電橋的對(duì)角線頂點(diǎn)接

7、到放大電路的兩個(gè)輸入端，橋式振蕩電路的名稱(chēng)即由此得來(lái)。 下面我們首先分析串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性再來(lái)分析它的振蕩原理。2. RC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性圖4-3（a）為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其選頻特性為： 當(dāng)信號(hào)頻率足夠低時(shí)，>> R1, 圖4-2RC橋式振蕩電路可得到近似的低頻等效電路，如圖4-3（b）所示。它是一個(gè)超前網(wǎng)絡(luò)，輸出電壓Uo的相位超前輸入電壓Ui。當(dāng)信號(hào)頻率足夠高時(shí)，<< R1,可得到近似的高頻等效電路，如圖4-3（c）所示。它是一個(gè)滯后網(wǎng)絡(luò)，輸出電壓Uo的相位落后輸入電壓Ui。由此可得，在低頻和高頻之間存在一個(gè)頻率fo，其相位關(guān)系既不是超前也不是滯后，輸出電壓Uo

8、與輸入電壓Ui相位一致。這就是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性。(a)RC串并聯(lián)電路 (b)低頻等效電路 (c)高頻等效電路圖4-3 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)下面再根據(jù)電路推倒出它的頻率特性。由圖4-3（a）所示，可得（4-8） （4-9）反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)為（4-10）就實(shí)際的頻率而言，可用，則（4-11）令，則式（4-11）變?yōu)?（4-12）由此可得RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的幅頻響應(yīng)及相頻響應(yīng) （4-13） （4-14）由式（4-13）可知，當(dāng)或時(shí)， （4-15）幅頻響應(yīng)的值最大，即， （4-16） 而相頻響應(yīng)的相位角為零，即。 （4-17） 這就是說(shuō)，當(dāng)或時(shí)，輸出電壓的幅值最大，并且輸出電壓是輸入電壓的1/

9、3，同時(shí)輸出電壓與輸入電壓同相位。如圖4-4所示。圖4-4 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)相頻特性、幅頻特性3.振蕩的建立、穩(wěn)定與穩(wěn)幅措施 由RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性得知，在時(shí)，其相移0，為了使振蕩電路滿足相位條件： （4-18） 要求放大器的相移也為（或360）。所以，放大電路可選用同相輸入方式的集成運(yùn)算放大器或兩級(jí)共射分立元件放大電路等。為了使電路能振蕩，還應(yīng)滿足起振條件，即要求AF>1 （4-19）而以圖4-2為例所示電路的反饋系數(shù)就是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)，即（4-20）放大器的放大倍數(shù) （4-21）當(dāng)時(shí)，F(xiàn)Umax=，因而按起振條件，要求（4-22） 即（4-23）如圖4-2所示電路起振

10、后，振蕩器的振幅會(huì)不斷增加，由于受運(yùn)放最大輸出電壓的限制，輸出波形將產(chǎn)生非線性失真。因此，只要設(shè)法使輸出電壓的幅值增大時(shí)，適當(dāng)減?。ǚ粗畡t應(yīng)增大），就可以維持值基本不變。通常利用二極管和穩(wěn)壓管的非線性特征以及熱敏電阻等元件的非線性特征，來(lái)自動(dòng)地穩(wěn)定振蕩器輸出的幅度。RC振蕩電路的振蕩頻率取決RC乘積，當(dāng)要求振蕩頻率較高時(shí)，RC值必然很小。由于RC網(wǎng)絡(luò)是放大電路的負(fù)載之一，所以RC值的減小加重了放大電路的負(fù)載，且由于電路存在分布電容，其電容減小不能超過(guò)一定的限度，否則振蕩頻率將受到寄生電容的影響而不穩(wěn)定。此外，普通集成運(yùn)放的帶寬較窄，也限制了振蕩頻率的提高，因此，RC振蕩器通常只作為低頻振蕩器用

11、，工作頻率一般在1MHZ以下，如果需要產(chǎn)生更高頻率的正弦信號(hào)，可使用下一節(jié)介紹的LC正弦波振蕩電路。4.3 LC正弦波振蕩在LC振蕩電路中，振蕩電路的頻率是由振蕩回路的電感L和電容C決定的，可產(chǎn)生頻率高達(dá)1000MHZ以上的正弦波信號(hào)。常見(jiàn)的LC正弦波振蕩電路有變壓器反饋式、電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式。它們的共同特點(diǎn)是用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，而且通常采用LC并聯(lián)回路。下面先討論LC并聯(lián)回路的選頻特性。 LC選頻放大電路簡(jiǎn)單的LC并聯(lián)回路只包含一個(gè)電感和一個(gè)電容，如圖4-5所示。R表示回路的等效損耗電阻，其數(shù)值一般很小，電路由電流I激勵(lì)。圖4-5 LC并聯(lián)諧振回路由圖可知，回路的等效阻抗為：（4

12、-24）通常并聯(lián)回路中滿足，所以 （4-25）當(dāng)（4-25）式中分母為零時(shí)，LC并聯(lián)回路產(chǎn)生并聯(lián)諧振，其諧振頻率為：或 （4-26）諧振時(shí)，回路的等效阻抗呈現(xiàn)純電阻性質(zhì)，且達(dá)到最大值，稱(chēng)之為諧振阻抗Zo,這時(shí)（4-27）式中：Q/R=1/,Q成為品質(zhì)因數(shù)，它是LC并聯(lián)回路的重要指標(biāo)，是用來(lái)評(píng)價(jià)回路損耗大小的指標(biāo)，一般，Q值在幾十到幾百范圍內(nèi)。損耗電阻R越小，Q值就越大，諧振時(shí)的阻抗也越大。LC并聯(lián)回路諧振時(shí)的輸入電流為，則（4-28）而流過(guò)電感的電流為： (4-29)通常Q>>1,所以LC并聯(lián)回路的回路電流或且諧振時(shí)，相移為零。綜上所述，可畫(huà)出LC并聯(lián)回路的頻率特性，如圖4-6所示

13、。圖4-6 LC并聯(lián)諧振回路的頻率響應(yīng)(a)幅頻響應(yīng) (b)相頻響應(yīng)從圖中的兩條曲線可以得出以下結(jié)論：(1)從幅頻特性可知，當(dāng)外加信號(hào)角頻率時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，回路等效阻抗達(dá)到最大值。當(dāng)角頻率將減小，而愈大，愈小。(2)從相頻特性可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，相對(duì)失諧為正，等效阻抗為電感性，因此Z的相角為負(fù)值，即回路輸出電壓。反之，當(dāng)時(shí)，等效阻抗為電感性，因此為正值，超前于。(3)諧振曲線的形狀于回路的Q值有密切的關(guān)系，Q值越大，諧振曲線越尖銳，相角變化越大，在附近值變化更為劇烈。利用LC并聯(lián)回路組成的振蕩器，其選頻網(wǎng)絡(luò)常常就是放大器的負(fù)載，所以放大電路的增益具有選頻特性。由于諧振時(shí)，LC回路呈現(xiàn)電阻性，所以對(duì)放

14、大電路相移的分析與電阻負(fù)載相同。4.3.2 變壓器反饋式LC振蕩電路圖4-7所示為一變壓器反饋式LC振蕩電路，其中，變壓器的原邊線圈L和電容C組成并聯(lián)諧振電路，既是整個(gè)電路的選頻網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)又作為其中電壓放大電路三極管的集電極負(fù)載，這就構(gòu)成了選頻放大器；反饋是從變壓器副邊繞組N2引出的，由于LC并聯(lián)電路諧振時(shí)呈現(xiàn)純電阻性，且阻抗最大，即 時(shí)，電壓放大倍數(shù)最大，可滿足幅值平衡條件；Cb、Ce分別是耦合電容和旁路電容，對(duì)交流而言，可視為短路，因而在時(shí)，管子的集電極輸出與基極輸入信號(hào)相位相差180。圖4-7 變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路這個(gè)電路能否產(chǎn)生自激振蕩，需要判斷其是否滿足自激振蕩的兩個(gè)條件，

15、重點(diǎn)是判斷該電路是否滿足相位平衡條件。如圖所示，只要將圖中的反饋端K點(diǎn)斷開(kāi)，引入一個(gè)頻率為的輸入信號(hào)，假定極性為正，根據(jù)瞬時(shí)極性法，三極管的集電極A點(diǎn)的電位極性與基極相位相反，為負(fù)，故變壓器繞組N1的B端極性為正。由于變壓器副邊與原邊繞組同名端的極性相同，故繞組N2的D端極性也為正，即為正，因此同相，滿足正弦波振蕩的相位平衡條件。放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)的相移，故，滿足相位平衡條件。 該電路產(chǎn)生振蕩還必須滿足幅值平衡條件。起振時(shí)必須滿足，只要變壓器的變壓比設(shè)計(jì)得當(dāng)，三極管和變壓器等參數(shù)合適，一般很容易滿足幅值平衡條件。 該電路輸出信號(hào)的頻率可由LC并聯(lián)回路的諧振頻率決定： （4-30）這種電路由于變

16、壓器繞組存在匝間分布電容和三極管極間電容的影響，因此振蕩頻率不高，一般為幾兆赫至十幾兆赫。 三點(diǎn)式LC振蕩電路前面我們了解了LC振蕩電路的基本工作原理和分析方法。LC振蕩器除了變壓器反饋式，還有常用的電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式振蕩電路。1.電感三點(diǎn)式振蕩電路圖4-8 電感三點(diǎn)式振蕩電路(a)電路 (b)交流通路 電感三點(diǎn)式振蕩電路如圖4-8（a）所示。LC并聯(lián)回路既是選頻網(wǎng)絡(luò)又是共基極放大電路的集電極負(fù)載。它的交流通路如圖4-8（b）所示，由于電感L2上的電壓就是反饋電壓，因此稱(chēng)為電感反饋式振蕩電路。又由于電感的三個(gè)端子分別與三極管的三個(gè)電極相連，所以也稱(chēng)為電感三點(diǎn)式振蕩電路。在圖4-8（b）中，

17、設(shè)輸入端信號(hào)極性為正，共基極電路三極管的集電極極性與發(fā)射極極性相同，也為正，則反饋信號(hào)對(duì)地極性也為正，即與相位相同，滿足振蕩電路的相位平衡條件。電感三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率基本上也等于LC并聯(lián)回路的諧振頻率： （4-31）上式中M是電感L1與L2之間的互感系數(shù)。 通常L2的匝數(shù)為電感線圈總匝數(shù)的1/81/4，就能滿足起振條件。線圈抽頭的位置可通過(guò)調(diào)試來(lái)決定。2.電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路如圖4-9(a)所示，圖中CB和CE為耦合和旁路電容。它的交流通路如圖4-9(b)所示，由于反饋電壓取自電容C2兩端的電壓，因此該電路稱(chēng)為電容反饋式振蕩電路。又由于在LC并聯(lián)回路中，電容C1和C2三個(gè)

18、端子分別與三極管的三個(gè)電極相連，所以該電路也稱(chēng)為電容三點(diǎn)式振蕩電路。圖4-9 電容三點(diǎn)式振蕩電路(a)電路 (b)交流通路同電感三點(diǎn)式振蕩電路的分析一樣，用瞬時(shí)極性法在圖中標(biāo)出了各點(diǎn)的極性，可知反饋電壓與輸入端的信號(hào)同相，所以滿足相位平衡條件。電容三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率為： (4-32)由于電路的反饋電壓取自電容C2兩端的電容，使反饋電壓中的高次諧波分量小，輸出波形較好。又由于三極管的極間電容也包括在內(nèi)，若C1和C2取得小些，可以提高振蕩頻率，一般可達(dá)100MHZ以上。4.4 石英晶體振蕩器 正弦波振蕩電路的頻率穩(wěn)定問(wèn)題在工程實(shí)際應(yīng)用中，不同的電路對(duì)振蕩電路的穩(wěn)定度會(huì)有不同的要求，例如在實(shí)驗(yàn)

19、用的低頻及高頻信號(hào)產(chǎn)生電路中，往往只要求正弦波振蕩電路的振蕩頻率有一定的穩(wěn)定度，而在通訊系統(tǒng)中的射頻振蕩電路、數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘產(chǎn)生電路則要求振蕩頻率十分穩(wěn)定。因此，經(jīng)常會(huì)引用頻率穩(wěn)定度來(lái)作為衡量振蕩電路的質(zhì)量指標(biāo)之一。頻率穩(wěn)定度一般用頻率的相對(duì)變化量來(lái)表示，為振蕩頻率，為頻率偏移（簡(jiǎn)稱(chēng)頻偏）。頻率穩(wěn)定度有時(shí)附加時(shí)間條件，如1秒鐘或1分鐘之內(nèi)的頻率相對(duì)變化量。影響LC振蕩電路振蕩頻率的主要因素是LC并聯(lián)諧振回路的參數(shù)L、C和R。諧振回路的Q值對(duì)頻率也有較大的影響，Q值越大，頻率穩(wěn)定度越高。在頻率穩(wěn)定度要求高的場(chǎng)合，往往采用石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩電路就是用石英晶體取代LC振蕩電路中的L、C元

20、件所組成的正弦波振蕩電路。它的頻率穩(wěn)定度高達(dá)。 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體，它是硅石的一種，從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片稱(chēng)為晶片，然后在晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對(duì)金屬板，就構(gòu)成了石英晶體產(chǎn)品，如圖4-10所示，石英晶體一般用金屬或玻璃殼封裝。石英晶片之所以能做振蕩電路是基于它的壓電效應(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個(gè)極板間加一個(gè)電場(chǎng)。會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械形變；反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)，這種現(xiàn)象就稱(chēng)為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較

21、小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振，因此石英晶體又稱(chēng)為石英晶體諧振器。 石英晶體的壓電諧振現(xiàn)象可以用圖4-11所示的等效電路來(lái)模擬。等效電路中的Co為切片與金屬板構(gòu)成的靜電電容，L和C分別模擬晶體的質(zhì)量（代表慣性）和彈性，而晶片振動(dòng)時(shí)，因摩擦而造成的損耗則用電阻R來(lái)等效。石英晶體最重要的特點(diǎn)是在于它具有很高的質(zhì)量與彈性的比值（等效于L/C），因而它的品質(zhì)因素Q在高達(dá)10 000500 000的范圍內(nèi)。例如一個(gè)4MHZ的石英晶體的典型參數(shù)：L100mH,C=0.015pF,Co=5pF,R=100,Q=25 0

22、00。圖4-11為石英晶體的代表符號(hào)、等效電路和電抗特性。 圖4-10 石英晶體 圖4-11 石英晶體的等效電路與電抗特性(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)電路符號(hào) (a)電路符號(hào) (b)等效電路 (c)電抗特性當(dāng)忽略R時(shí)，圖4-11（b）所示的等效電路的等效電抗為（4-33）由等效電路和式（4-33）可知，石英晶體有兩個(gè)諧振頻率，即：(1)當(dāng)L、C、R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，等效阻抗最小，若不考慮損耗電阻R，這時(shí)Z0，即式（4-33）中的分子為零，則串聯(lián)諧振頻率為（4-34）(2)當(dāng)頻率高于時(shí)，L、C、R支路呈感性。它與電容發(fā)生并聯(lián)諧振，此時(shí)等效阻抗最大，當(dāng)忽略R時(shí)，X，即式（4-33）中分母為零，回路的并聯(lián)

23、諧振頻率為 （4-35）由于C<<，與非常接近。由式（4-33）可以畫(huà)出電抗頻率特性，如圖4-11（c）所示，當(dāng)時(shí)，石英晶體呈感性，其余頻率范圍內(nèi)，石英晶體呈容性。4.5實(shí)訓(xùn)LC正弦波振蕩器1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握變壓器反饋式LC振蕩器的調(diào)整和測(cè)試方法。（2）研究電路參數(shù)對(duì)LC振蕩器的起振條件及輸出波形的影響。2、實(shí)驗(yàn)原理LC正弦波振蕩器是用L、C元件組成的選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩器，一般用來(lái)產(chǎn)生1MHZ以上的高頻正弦信號(hào)。根據(jù)LC調(diào)諧回路的不同連接方式，LC正弦波振蕩器又可以分為變壓器反饋式、電感反饋式和電容反饋式三種。圖4-12為變壓器反饋式LC正弦波振蕩器的實(shí)驗(yàn)電路。其中晶體三極管T1組

24、成共射極放大電路，變壓器Tr的原邊繞組L1（振蕩線圈）與電容C組成調(diào)諧回路，它既做為放大器的負(fù)載，又起選頻作用，副邊繞組L2為反饋線圈，L1為輸出線圈。 該電路是靠變壓器原、副邊繞組同名端的正確連接來(lái)滿足自激振蕩的相位條件的。在實(shí)際調(diào)試中可以通過(guò)把振蕩線圈L1或反饋線圈L2的首、末端對(duì)調(diào)來(lái)改變極性。而振幅條件的滿足，一是靠合理選擇電路的參數(shù)，使放大器建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，其次是改變線圈L2的匝數(shù)，或它與L1之間的耦合程度，以得到足夠的反饋量。穩(wěn)幅作用是利用晶體管的非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于LC并聯(lián)諧振回路具有良好的選頻作用，因此輸出電壓波形一般失真不大。 振蕩器的振蕩頻率由諧振回路的電感和電容決定式

25、中L為并聯(lián)諧振回路的等效電感。圖4-12LC正弦波振蕩器實(shí)驗(yàn)電路振蕩器的輸出端加一級(jí)射極跟隨器，用以提高電路帶負(fù)載的能力。3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件12V直流電源、雙蹤示波器、交流毫伏表、直流電壓表、頻率計(jì)、振蕩器、晶體三極管、電阻器、電容器若干。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按圖4-12連接實(shí)驗(yàn)電路。電位器RW置最大位置，振蕩電路的輸出端接示波器。（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整1) UCC12V電源，調(diào)節(jié)電位器RW，使輸出端得到不失真的正弦波形，如果不起振，可以改變L2首末位置，使之起振。測(cè)量?jī)晒艿撵o態(tài)工作點(diǎn)及正弦波的有效值UO，記入表4-1。2) 把RW調(diào)小，觀察輸出波形的變化。測(cè)量有關(guān)數(shù)據(jù)，記入表4-1。3) 調(diào)大RW，

26、使振蕩波形剛剛消失，測(cè)量有關(guān)數(shù)據(jù)，記入表4-1。表4-1根據(jù)以上三組數(shù)據(jù)，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電路起振、輸出波形幅度和失真的影響。（2）觀察反饋量大小對(duì)輸出波形的影響把反饋線圈L2置于“0”（無(wú)反饋）、“1”（反饋量不足）、“2”（反饋量合適）、“3”（反饋量過(guò)強(qiáng)），測(cè)量相應(yīng)的波形，記入表4-2。表4-2（3）相位條件改變線圈L2的首末端位置，觀察停振現(xiàn)象；恢復(fù)L2的正反饋接法，改變L1的首末位置，觀察停振現(xiàn)象。（4）測(cè)量振蕩頻率調(diào)節(jié)RW使電路正常起振，同時(shí)用示波器和頻率計(jì)測(cè)量以下兩種情況下的振蕩頻率f0，記入表4-3。諧振回路電容 （1）C1000Pf（2）C100Pf 表4-3（5）觀察諧振回路Q(chēng)值對(duì)電路工作的影響諧振回路兩端并入R5.1K的電阻，觀察R并入后振蕩器波形的變化情況。5、實(shí)驗(yàn)總結(jié)（1）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析討論：1）LC正弦波振蕩器的相位條件和幅值條件。2）電路參數(shù)對(duì)LC振蕩器起振條件及輸出波形的影響。（2）討論實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法。 本章小