高頻實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一 LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握正弦波振蕩電路的相關(guān)理論。2 掌握電容三點(diǎn)式LC振蕩電路的基本原理，熟悉其各元件功能；熟悉靜態(tài)工作點(diǎn)、耦合電容、反饋系數(shù)、等效Q值對振蕩器振蕩幅度和頻率的影響。 3 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(shí)驗(yàn)使用儀器1LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)板220MH雙蹤示波器3. 萬用表三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路1. LC振蕩電路的基本原理 振蕩器實(shí)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

2、自激振蕩器，因而又稱為三點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)其振蕩頻率可高達(dá)幾百。普通電容三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的LC元件的值有關(guān)，而且還與晶體管的輸入電容以及輸出電容有關(guān)。當(dāng)工作環(huán)境改變或更換管子時(shí)，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響。為減小、的影響，提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，提出了改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路串聯(lián)改進(jìn)型克拉潑電路、并聯(lián)改進(jìn)

3、型西勒電路，分別如圖4-1和4-2所示。 串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路克拉潑電路ECRCRb1Rb2CbC1C2LCReC3圖4-2西勒振蕩電路圖4-1克拉潑振蕩電路ECRCRb1Rb2CbC1C2LCRe振蕩頻率為： 其中由下式?jīng)Q定 選，時(shí)，振蕩頻率可近似寫成 這就使幾乎與和值無關(guān)，提高了頻率穩(wěn)定度。振蕩幅度取決于折合到晶體管端的電阻，可以推出： 由上式看出，、過大時(shí)，變得很小，放大器電壓增益降低，振幅下降。還可看出，同振蕩器的三次方成反比，當(dāng)減小以提高頻率時(shí)，的值急劇下降，振蕩幅度顯著下降，甚至?xí)Ｕ?。另外，用作頻率可調(diào)的振蕩器時(shí)，振蕩幅度隨頻率增加而下降，在波段范圍內(nèi)幅度不平穩(wěn)，因此，頻

4、率覆蓋系數(shù)（在頻率可調(diào)的振蕩器中，高端頻率和低端頻率之比稱為頻率覆蓋系數(shù)）不大，約為。并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路西勒電路回路諧振頻率為其中，回路總電容為 選，時(shí)，這就使值幾乎與和無關(guān)，提高了頻率穩(wěn)定度。折合到晶體管輸出端的諧振電阻是 其中接入系數(shù)和無關(guān)，當(dāng)改變時(shí)，、都是常數(shù)，則僅隨一次方增長，易于起振，振蕩幅度增加，使在波段范圍內(nèi)幅度比較平穩(wěn)，頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.61.8。另外，西勒電路頻率穩(wěn)定性好，振蕩頻率可以較高。2. 晶體振蕩電路的基本原理石英晶體振蕩器就是以石英晶體諧振器取代振蕩器中構(gòu)成諧振回路的電感，電容元件所組成的正弦波振蕩器，它的頻率穩(wěn)定度可達(dá) 到數(shù)量級，所以得到極為廣泛

5、的應(yīng)用。它之所以具有極高的頻率穩(wěn)定度，其關(guān)鍵是采用了石英晶體這種具有高Q值的諧振元件。由石英諧振器（石英晶體振子）構(gòu)成的振蕩電路通常叫“晶振電路”。從晶體在電路中的作用來看分兩類：一類是工作在晶體并聯(lián)諧振頻率附近，晶體等效為電感的情況，叫做“并聯(lián)晶振電路”。另一類是工作在晶體串聯(lián)諧振頻率附近，晶體近于短路的情況，叫做“串聯(lián)晶振電路”。 本實(shí)驗(yàn)采用“并聯(lián)晶振電路”這種電路由晶體與外接電容器或線圈構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，按三點(diǎn)線路的連接原則組成振蕩器，晶體等效為電感。在理論上可以構(gòu)成三種類型基本電路，但在實(shí)際應(yīng)用中常用的是如圖4-3所示的電路，稱“皮爾斯”電路。這種電路不需外接線圈，而且頻率穩(wěn)定度較高。

6、 圖4-3 并聯(lián)晶體振蕩器原理電路圖 4-4 并聯(lián)晶體振蕩器實(shí)例 圖4-4給出了這種電路的實(shí)例。這里，晶體等效為電感，晶體與外接電容（包括4.520pF與20pF兩個小電容）和、組成并聯(lián)回路，其振蕩頻率應(yīng)落在與之間。圖4-5是圖4-4 中諧振回路的等效電路。該諧振回路的電感就是，而諧振回路的總電容應(yīng)由、及外接電容、組合而成。由下式?jīng)Q定，即圖4-5 圖4-4中諧振回路的等效電路 選擇電容時(shí)，因此上式可近似為 所以 總是處在與兩頻率之間，調(diào)節(jié)可使產(chǎn)生很微小的變動。無論怎樣調(diào)節(jié)，總是處于晶體與的兩頻率之間。但是，只有在附近，晶體才具有并聯(lián)諧振回路的特點(diǎn)3.實(shí)驗(yàn)電路LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)電路如圖

7、4-6。斷開J1、連接J2、J3構(gòu)成LC西勒電路振蕩電路；斷開J2、連接J1、J3構(gòu)成并聯(lián)型晶體正弦波振蕩電路。圖4-6 LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)電路四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1LC振蕩器性能測試。2并聯(lián)晶體振蕩器性能測試 3LC振蕩器和晶體振蕩器性能比較。五、實(shí)驗(yàn)步驟1LC振蕩器性能測試在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。斷開J1、連接J2、J3構(gòu)成LC西勒振蕩電路。（1）測試靜態(tài)工作點(diǎn)變化對振蕩器工作狀態(tài)的影響 調(diào)整RW1，由TP1測試T1發(fā)射極電流，觀測發(fā)射極電流改變對振蕩頻率和幅度的影響。（R4=1K）。IEQ(mA)V（TP1）/R4表4-

8、1靜態(tài)工作點(diǎn)變化對振蕩器工作的影響IEQ(mA)f(MHz)Vp-p(V)（2）振蕩器頻率范圍的測量用小起子調(diào)整微調(diào)電容CV1值（2/25p），同時(shí)用頻率計(jì)在OUT端測量輸出振蕩信號的頻率值，觀測振蕩頻率的改變。（注意微調(diào)電容表面扇形鍍銀部分，從相對另一引出腳最近到最遠(yuǎn)，每轉(zhuǎn)動180度即完成容量最大到最小的全過程，多旋動是沒有意義的，只會加速元件的磨損）表4-2 振蕩器頻率范圍的測量f(MHz)Vp-p(V)CminCmax（3）反饋系數(shù)對振蕩器工作狀態(tài)的影響 J3、J4、J5不同組合可構(gòu)成多種反饋系數(shù)，觀測反饋系數(shù)對振蕩器工作狀態(tài)的影響。 表4-3 反饋系數(shù)對振蕩器工作狀態(tài)的影響Ff(MHz

9、)Vp-p(V) ( 注 C1:100p C4:100p C5：200p C6:200p)（4）頻率穩(wěn)定度的測量（a） 短期頻率穩(wěn)定度的測量用頻率計(jì)在OUT端測量振蕩頻率，觀察分鐘左右振蕩頻率f的變化情況，并記錄兩個頻率值f（開始值），f（最大變化值）。計(jì)算振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度ff 表4-4短期頻率穩(wěn)定度的測量f（開始值MHz）f（最大變化值MHz）短期頻率穩(wěn)定度ff（b） 觀察溫度變化對振蕩頻率的影響。（若無電吹風(fēng)，可不作該實(shí)驗(yàn)） 用電吹風(fēng)在距電路15cm處對著電路吹熱風(fēng)，用頻率計(jì)在OUT端測量振蕩頻率，觀察分鐘左右振蕩頻率f的變化情況，表4-4短期頻率穩(wěn)定度的測量室溫f MHz 加溫后f

10、 MHz 頻率穩(wěn)定穩(wěn)定度ff2晶體正弦波振蕩器性能測試在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。斷開J2、連接J1、J3構(gòu)成LC晶體并聯(lián)振蕩電路。（1）測試靜態(tài)工作點(diǎn)變化對振蕩器工作狀態(tài)的影響 調(diào)整RW1，由TP1測試T1發(fā)射極電流，觀測發(fā)射極電流改變對振蕩頻率和幅度的影響。（R4=1K）。表4-1靜態(tài)工作點(diǎn)變化對振蕩器工作的影響IEQ(mA)f(MHz)Vp-p(V)（2）振蕩器頻率范圍的測量用小起子調(diào)整微調(diào)電容CV1值（2/25p），同時(shí)用頻率計(jì)在OUT端測量輸出振蕩信號的頻率值，觀測振蕩頻率的改變。表4-2 振蕩器頻率范圍的測量f(MHz)V

11、p-p(V)CminCmax（3）反饋系數(shù)對振蕩器工作狀態(tài)的影響 J3、J4、J5不同組合可構(gòu)成多種反饋系數(shù)，觀測反饋系數(shù)對振蕩器工作狀態(tài)的影響。 表4-3 反饋系數(shù)對振蕩器工作狀態(tài)的影響Ff(MHz)Vp-p(V) ( 注 C1:100p C4:100p C5:200p C6:200p)（4）頻率穩(wěn)定度的測量（a） 短期頻率穩(wěn)定度的測量用頻率計(jì)在OUT端測量振蕩頻率，觀察分鐘左右振蕩頻率f的變化情況，并記錄兩個頻率值f（開始值），f（最大變化值）。計(jì)算振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度ff 表4-4短期頻率穩(wěn)定度的測量f（開始值MHz）f（最大變化值MHz）短期頻率穩(wěn)定度ff（b） 觀察溫度變化對振蕩頻率的影響。（若無電吹風(fēng)，可不作該實(shí)驗(yàn)） 用電吹風(fēng)在距電