最新高頻電子線路實驗正弦波振蕩器

1、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)班級信息13-1 學 號2023101269姓 名指導教師孫穎裝裝訂線專業(yè)班級 信息13-1 學號 2023100 姓名 0成績 實驗2 正弦波振蕩器LC振蕩器和晶體振蕩器2-1 正弦波振蕩器的根本工作原理 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的波形的交變振蕩能量的裝置。 正弦波振蕩器在電子領域中有著廣泛的應用。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、調制而把信息發(fā)射出去。在超外差式的各種接收機中，是由振蕩器產(chǎn)生的一個本地振蕩信號，送入混頻器，才能將高頻信號變成中頻信號。 振蕩

2、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應式振蕩器和負阻式振蕩器兩大類。我們只討論反應式振蕩器。根據(jù)振蕩器所產(chǎn)生的波形，又可以把振蕩器氣氛正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。我們只介紹正弦波振蕩器。 常用正弦波振蕩器主要是由決定振蕩頻率的選項網(wǎng)絡和維持振蕩的正反應放大器組成，這就是反應振蕩器。按照選頻網(wǎng)絡所采用的元件不同，正弦波振蕩器可以分為LC振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類型。 一、反應型正弦波自激振蕩器根本工作原理 以互感反應振蕩器為例，分析反應型正弦自激振蕩器的根本原理，其原理電路如圖2-1所示； 當開關K接“1時，信號源Vb加到晶體管輸入端，這就是一個調諧放

3、大器電路，集電極回路得到了一個放大了的信號Vf。 當開關K接“2時，信號源Vb不參加晶體管，輸入晶體管是Vf的一局部Vb。假設適中選擇互感M和Vf的極性，可以使Vb和Vb大小相等，相位相同，那么電路一定能維持高頻振蕩，到達自激振蕩的目的。實際上起振并不需要外加鼓勵信號，靠電路內部擾動即可起振。 產(chǎn)生自激振蕩必須具備一下兩個條件; 1.反應必須是正反應，即反應到輸入端的反應電壓與輸入電壓同相，也就是Vb和Vb同相。2.反應信號必須足夠大，如果從輸出端送回到輸入端的信號太弱，就不會產(chǎn)生震蕩了，也就是說，反應電壓Vb在數(shù)值上應大于或等于所需要的輸入信號電壓Vb。二、電容三點式LC振蕩器 LC振蕩器實

4、質上是滿足振蕩條件的正反應放大器。LC振蕩器是指振蕩回路是由LC元件組成的。從交流等效電路可知；由LC振蕩器回路引出三個端子，分別接振蕩管的三個電極，而構成反應式自激振蕩器，因而又稱為三點式振蕩器；如果反應電壓取自分壓電容，那么稱為電容反應LC振蕩器或電容三點式振蕩器。 在幾種根本該頻振蕩器回路中，電容反應LC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成反應支路時其振蕩頻率可高達幾百MHZ-GHZ.1.LC振蕩器的起振條件 一個振蕩器能否起振，主要取決于振蕩電路自激振蕩的根本條件，即；振蕩起振平衡條件和相位平衡條件。 2.LC振蕩器的頻率

5、穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度表示；在一定的時間或一定的溫度，電壓等變化范圍內振蕩頻率的相對變化成都，常用公式表示； f0/f0 來表示f0為所選的測試頻率；f0為振蕩頻率的頻率誤差，f0=f02-f01；f02和f01 為不同時刻的f0，頻率相對變化量越小，說明振蕩頻率的穩(wěn)定度越高。由于振蕩回路的元件是決定頻率的主要因素，所以要提高頻率的穩(wěn)定性，就要設法提高振蕩回路的標準性。3.LC振蕩器的調度和參數(shù)選擇 以實驗采用改良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C2上的電壓為反應電壓，即該假牙加在三極管be之間。由于該電壓形成正反應，符合振蕩器的相位平衡條件。1靜態(tài)工

6、作點的調整 合理選擇振蕩管的靜態(tài)工作點，對振蕩器工作的穩(wěn)定性以及波形的好壞，有一定影響，偏置電路一般采用分壓式電路。 當振蕩器穩(wěn)定工作時，振蕩管在非線性狀態(tài)，通常是依靠晶體管本身的非線性實現(xiàn)穩(wěn)幅。假設選擇晶體管進入飽和區(qū)來實現(xiàn)幅穩(wěn)，那么將使振蕩器回路的等效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= QUOTE 式中 QUOTE 為c1，c2和c3串聯(lián)值，因此；C1300pC3(75P),C2(1000P)C3(75P),故 QUOTE C3,所以，振蕩頻率主要由L,C和C3決定。3反應系數(shù)F的選擇 反應系數(shù)F

7、不宜過大或過小，一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)F 0.1-.05,本實驗取F= QUOTE =0.3 4.克拉潑和西勒振蕩電路 圖2-3為串聯(lián)改良型電容三點式振蕩電路克拉潑振蕩電路。圖2-4為并聯(lián)改良型三點式振蕩電路西勒振蕩電路。三石英晶體振蕩器LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度主要取決于振蕩回路的標準型和品質因素Q值，在采取了穩(wěn)頻措施后，頻率穩(wěn)定性一般只能到達.0.0001數(shù)量級。為了得到更高的頻率穩(wěn)定度，人們創(chuàng)造了一種采用石英晶體做振蕩器，他的頻率穩(wěn)定度可到達0.0000001-0.00000001 數(shù)量級。 圖2-5是一種晶體振蕩器的交流等效電路圖。這種電路類似于電容三點式振蕩器，區(qū)別僅在于兩個分壓電容的抽頭是經(jīng)過石

8、英諧振器接到晶體管發(fā)射級的，由此構成正反應式通路。C3與C4并聯(lián)，再與C2串聯(lián)，然后與L1并聯(lián)諧振回路，調諧在振蕩頻率。當振蕩頻率等于石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率時，晶體呈現(xiàn)純電阻，阻抗最小，正反應最強，相移為零，滿足相位條件。因此振蕩器的頻率穩(wěn)定性主要取決于石英振諧器。在其它頻率 ，不能滿足振蕩條件。2-2正弦波振蕩器的實驗電路圖2-6為電容三點式LC振蕩器和晶體振蕩實驗電路。圖中，左側局部為 LC振蕩器，中間局部為晶體振蕩器，右側局部為射極跟隨器。 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3K05到達

9、“S位置時，為改良型克拉潑振蕩電路，打到“p位置時，為改良西勒振蕩電路。四位撥動開關3SW01控制回路電容的變化，也即控制著振蕩頻率的變化。調整點位器3W01可改變振蕩器三極管3Q01的電源電壓。 圖中3Q03為晶體振蕩管，3W03,3R10.3R11.3R13為三極管3Q03直流偏置電阻，以保證3Q03正常工作，調整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，并構成共基接法.3L03.3C18.3C19構成振蕩回路，其諧振頻率應與晶體頻率根本一致。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圖與圖2-5根本一致

10、。 晶體振蕩輸出與LC振蕩輸出由3K01來控制，開關與上方接通時，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用來調整振蕩器輸出幅度。3TP02為輸出測量點，3P02振蕩器輸出鉚孔。 圖2-6如下頁所示； 2-3 正弦波振蕩器實驗內容和實驗步驟 一，實驗內容 1.用示波器觀察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Vp-p，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。二實驗步驟 1.實驗準備 插裝好LC振蕩器和晶

11、體振蕩器模塊，接通實驗箱電源，接下模塊上電源開關，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撥動至LC振蕩器，示波器接3TP02.頻率計接振蕩器輸出口3P02.調整電位器3W02，使輸出最大。開關3K05撥至“p，此時振蕩電路為西勒電路。四位撥動開關3SW01分別控制3C06(10P),3C07(50P),3C08(100P).3C09(200P)是否接入電路，開關往上撥為接通，往下?lián)転閿嚅_。四個開關接通的不同組合，可以控制電容的變化。例如，開關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

12、壓峰-峰值Vp-p，并將測量結果記錄與表中。 表2-1 電容C(pf)1050100150200250300350振蕩頻率fMHZ9.2597.7996.6025.8656.1355.5565.0854.773輸出電壓VP-P(v)1.051.101.051.000.7300.6900.6200.560 注；如果在開關轉換過程中使振蕩器停振無輸出，可調整3W01，使之恢復振蕩。C=10pFC=50pFC=100pFC=150pFC=200pFC=250pFC=300pFC=350pF2克拉潑振蕩電路幅頻特性的測量將開關3K05撥至“s，振蕩電路轉變?yōu)榭死瓭婋娐?。按照上?方法，測出振蕩頻率和輸

13、出電壓，并將測量結果記錄于表2-1中。電容Cpf1050100150200250300350振蕩頻率fMHZ24.713.7710.769.5119.6488.9138.3068.091輸出電壓VP-Pv0.0450.630.880.970.720.880.961C=10pFC=50pFC=100pFC=150pFC=200pFC=250pFC=300pFC=350pF3測量電源電壓變化對振蕩器頻率的影響 分別將開關3K05打至S和P 位置，改變電源電壓Ec，測出不同E下的振蕩頻率。并將測量結果記錄于表2-2 中。 其方法是，頻率計接振蕩器輸出3P01，調整電位器3W02使輸出最大，用示波器監(jiān)

14、測，測好后去掉。選定回路電容為100P。即3SW01“3往上撥。用三用直流電壓檔測3TP01測量點電壓，按照表2-2給出的電壓值Ec，調整3W01電位器，分別測出與電壓相對應的頻率。表中f為改變Ec時振蕩頻率的偏移， 假定Ec=10.5V時，f=0，那么f=f-f10.5v。 串聯(lián)sECV10.59.58.57.56.55.5F(MHZ)13.71413.73113.75513.77813.82813.873f(KHZ)00.0170.0410.0640.1140.159并聯(lián)pECV10.59.58.57.56.55.5F(MHZ)7.5427.5527.5617.5807.6037.635f

15、(KHZ)00.0100.0190.0380.0610.0933.晶體振蕩器實驗 13K01 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。實驗結果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，并進行分析比擬。西勒振蕩器：結果分析：CT=C3,C3為3C04，C為可變電容數(shù)據(jù)說明隨著電容的增大，頻率降低?？死瓭娬袷幤鳎?結果分析：

16、1C1為3C02，C2為3C03，C為可變電容，C為C1，C2，C串聯(lián)。因c1(300pf),C2(1000pf),故當C從10f到100pf增大時，C值增大較為明顯，當C從250pf到350pf增大時，C略有增大。實驗數(shù)據(jù)表示隨著電容的增大，頻率降低。C為10pf時，電路不振蕩，因為回路的總電容主要取決于C3和C的并聯(lián)，C3值很小，當C也很小時，放大器的增益會變小，幅度下降，可能出現(xiàn)停振。2根據(jù)測試數(shù)據(jù)，計算頻率穩(wěn)定度，分別繪制克拉潑振蕩器、西勒振蕩器的 曲線。 串聯(lián)sECV10.59.58.57.56.55.5F(MHZ)13.71413.73113.75513.77813.82813.873f(KHZ) 0 0.017 0.041 0.064 0.114 0.159并聯(lián)pECV10.59.58.57.56.55.5F(MHZ)7.5427.5527.5617.5807.6037.635f(KHZ)00.