高頻振蕩器實(shí)驗(yàn)3課件

LC三點(diǎn)式與石英晶體振蕩器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)知識準(zhǔn)備i.GP-4實(shí)驗(yàn)（振蕩與調(diào)制電路單元）。ii.TDS1002數(shù)字存貯示波器。iii.DT9205N數(shù)字萬用表。1．做本實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)具備的知識點(diǎn)：

i.三點(diǎn)式LC振蕩器的基本組成特點(diǎn)。ii.三點(diǎn)電容、三點(diǎn)電感、克拉潑、西勒振蕩電路。iii.靜態(tài)工作點(diǎn)、反饋系數(shù)、等效Q值對振蕩器工作的影響。iiii.石英晶體的特性與晶體振蕩器特點(diǎn)。iiiii.串聯(lián)型晶體振蕩器電路。2．做本實(shí)驗(yàn)時(shí)所用到的儀器：問題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過本實(shí)驗(yàn)，加深對LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路與晶體振蕩電路的組成、工作原理的理解與掌握，并且能進(jìn)一步了解正弦波振蕩電路的基本起振條件。掌握三點(diǎn)式與晶體式正弦波振蕩的基本特性，熟悉和掌握對振蕩電路的分析方法。

在實(shí)驗(yàn)過程中，通過調(diào)測振蕩電路，掌握LC三點(diǎn)式與晶體振蕩電路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測試技能。

§1.振蕩器的定義:

所謂振蕩器是指：在沒有激勵(lì)信號的情況下，能自動(dòng)的將直流電源能量轉(zhuǎn)換為具有一定波形、一定頻率和一定幅度的周期性交流信號輸出的電子電路。高頻加熱設(shè)備醫(yī)療儀器各類電子設(shè)備發(fā)射機(jī)(載波頻率fC）儀器儀表振蕩源數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號接收機(jī)（本地振蕩頻率fL）作為信號源廣泛應(yīng)用于

為此,振蕩器是各種高頻電路中最基本和常用的單元線路,也是從事電子技術(shù)工作人員必須要熟練掌握的基本電路。三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識

2振蕩器的用途三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識§3振蕩器分類反饋振蕩器按振蕩原理分

負(fù)阻振蕩器按振蕩信號波形分正弦波振蕩器非正弦波振蕩器（多諧振蕩器）

正弦振蕩電路與非正弦振蕩電路的一個(gè)重要區(qū)別是:正弦振蕩電路具有選頻網(wǎng)絡(luò)。LC振蕩器按選頻回路元件性能RC振蕩器晶體振蕩器振蕩頻率較低，一般為幾HZ—幾百KHZ。振蕩頻率穩(wěn)定度高，振蕩頻率同上。LC振蕩器的振蕩頻率比較高，一般為幾百KHZ以上開關(guān)電容振蕩器LC振蕩器互感耦合LC、差分對管LC三點(diǎn)式三點(diǎn)電容（考畢茲）三點(diǎn)電感（哈特萊）改進(jìn)三點(diǎn)式電容串聯(lián)改進(jìn)（克拉潑）電容并聯(lián)改進(jìn)（西勒）晶體振蕩器串聯(lián)型并聯(lián)型皮爾斯密勒在實(shí)際工程領(lǐng)域，振蕩器應(yīng)用廣泛，其分類方法：4.反饋振蕩器的電路組成4.1反饋振蕩器的電路組成正弦波反饋振蕩器主要由三個(gè)部分構(gòu)成

電源

放大網(wǎng)絡(luò)

選頻網(wǎng)絡(luò)

反饋網(wǎng)絡(luò)①放大網(wǎng)絡(luò)以有源器件為主體，起能量轉(zhuǎn)換作用，將直流電源提供的能量，通過振蕩系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成固定頻率的交流能量，即構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。②選頻回路③反饋網(wǎng)絡(luò)選擇所需的某一頻率并滿足振蕩條件，從而形成單一頻率的正弦振蕩。

將輸出信號通過正反饋引至放大電路的輸入端，以維持振蕩系統(tǒng)的正常振蕩?；ジ蟹答佌袷幤鳎河苫ジ校ㄗ儔浩鳎?gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電感反饋振蕩器：由電感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電容反饋振蕩器：由電容構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識三、電路工作原理諧振放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)＋＋＋＋＋－－－－－電路框圖如圖所示接通電源瞬間，電路產(chǎn)生脈動(dòng)電流。含有豐富的諧波利用LC回路的選頻作用，對脈動(dòng)信號的某次諧波諧振，產(chǎn)生對某單一頻率的信號輸出。

諧振放大器輸出的信號電壓經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生回授電壓uf，作為正回授反饋到基極。且uf>ui。經(jīng)放大后再輸出，再回授。振蕩器只要滿足A*F>1，振蕩器則周而復(fù)始形成對某單一頻率信號放大—回授,且有uin>ui2>ui1.從而形成振蕩過程，實(shí)現(xiàn)將直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號。三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識§5三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器的電路構(gòu)成與工作原理定義：用LC串、并聯(lián)諧振回路作為選頻和移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器。稱為三點(diǎn)式LC振蕩器。二.什么是三點(diǎn)或(三端)式振蕩器？晶體管有三個(gè)電極（B、E、C）bec分別與三個(gè)電抗性元件相連接X3X1X2形成三個(gè)接點(diǎn)故稱為三點(diǎn)式振蕩器三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識三點(diǎn)式(又稱三端式)振蕩器要實(shí)現(xiàn)振蕩，必須遵循兩個(gè)原則cebX3X1X2與晶體管發(fā)射極相聯(lián)結(jié)的電抗X1、X2性質(zhì)必須相同。不與晶體管發(fā)射極相聯(lián)結(jié)的另一電抗X3的性質(zhì)必須與其相反。即與Bc間性質(zhì)相反遵循以上兩個(gè)原則才能滿足：

相位條件適當(dāng)選擇X1與X2的比值就能滿足：振幅條件

原則一

原則二X1X2X3三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識6.2電感反饋三端式振蕩器(哈特萊電路)電路組成如圖示：L1L2EcCcRb1Rb2ReCeCbBT直流偏置電路Rb1,Rb2決定了起振時(shí)電路的工作點(diǎn)當(dāng)振蕩以后ReCe構(gòu)成自給偏壓電路L1、L2與C電路構(gòu)成振蕩回路，反饋電壓取自電感L2，故稱三點(diǎn)電感反饋。電容Cb與Cc提供交流通路高頻等效電路為：L1L2C電感反饋三端電路的振蕩頻率為哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：

1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。3、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。電路的缺點(diǎn)：1、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，而電感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大；2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是因?yàn)轭l率太高，L太小且分布參數(shù)的影響太大。三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識6.3串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(克拉潑電路)電路組成如圖示：特點(diǎn)是在考畢茲電路的基礎(chǔ)上，用一電容C3與原電路中的電感L相串。功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。因?yàn)镃3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C1或C2，所以三電容串聯(lián)后的等效電容約為C3。電路的振蕩頻率為：故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C1、C2無關(guān),主要由C3決定。與考畢茲電路相比，在電感L上串聯(lián)一個(gè)電容。它有以下特點(diǎn)：1、振蕩頻率改變可不影響反饋系數(shù)。2。振蕩幅度比較穩(wěn)定；但C3不能太小，否則導(dǎo)致停振，所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達(dá)1.2-1.4；

所以?？死瓭娬袷幤鬟m合與作固定頻率的振蕩器

三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識6.4并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(西勒(Seiler)電路)

特點(diǎn)是在克拉潑電路的基礎(chǔ)上，用一電容C4與原電路中的L相并聯(lián)。電路組成如圖示：EcCcRb1Rb2ReCbBTRcCeLC1C2C3C4功用是保持了晶體管與振蕩回路弱藕合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。高頻等效電路為：LC1C2C3C4AB振蕩頻率與克拉潑振蕩電路相比，在電感L上并聯(lián)一個(gè)電容。它有以下特點(diǎn)：1、振蕩幅度比較穩(wěn)定；2、振蕩頻率可以比較高，如可達(dá)千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可達(dá)1.6-1.8；

所以在一些短波、超短波通信機(jī)，電視接收機(jī)中用的比較多。

若在石英晶片兩端加一信號源，觀察流過晶體的電流與它二端電壓的關(guān)系做一個(gè)實(shí)驗(yàn):現(xiàn)象：電流超前電壓90O；呈電容性當(dāng)ω=ωs當(dāng)ω>ωs當(dāng)ω<ωs電流滯后電壓90O；呈感性電流最大，且與電壓同相，呈純阻性；結(jié)論：一般Lq：幾毫亨～幾百亨Cq：10-4pF～

10-1pFrq：幾十Ω～幾百Ω支架電容C0為幾皮法性能好i)Qq很高，ii)接入系數(shù)n很小iii)具有電抗特性可見石英晶片可等效為Lq、Cq、rq串聯(lián)與LqCo并聯(lián)的諧振回路。4.石英晶體應(yīng)用特點(diǎn):當(dāng)時(shí)，電抗x=0呈串聯(lián)諧振，等效一根短路線，在串聯(lián)型晶振電路中等效短路元件；當(dāng)時(shí)，電抗x=∞呈并諧，等效開路；當(dāng)時(shí)，電抗x<0呈容性；當(dāng)時(shí)，電抗x>0呈感性，在晶振電路中等效為電感晶體具有兩個(gè)諧振頻率，即：結(jié)論

晶體的應(yīng)用，一般選擇在感性區(qū)或串諧區(qū)。因?yàn)楦行詤^(qū)狹窄，電抗特性陡；對頻率的變化具有極靈敏的補(bǔ)償能力。所以在晶振電路中，晶體選擇感性區(qū)或串諧區(qū)，它等效一個(gè)電感元件或短路線。三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識6.6石英晶體振蕩器電路分析1.并聯(lián)型晶振電路：晶體JT→L(ωs<ωosc<ωp

)1)皮爾斯振蕩器（JT等效電容三點(diǎn)式中的電感）

a、注意安全操作規(guī)程，確保人身安全注意人身安全和儀器設(shè)備的安全為了防止器件損壞，在切斷實(shí)驗(yàn)電路板上的電源后才能改接電路。調(diào)換儀器時(shí)應(yīng)切斷實(shí)驗(yàn)臺的電源。

逐步養(yǎng)成用右手進(jìn)行單手操作的習(xí)慣。

b、愛護(hù)儀器設(shè)備儀器在使用過程中，不必經(jīng)常開關(guān)電源。切忌無目的的撥弄儀器面板上的開關(guān)和按鈕。儀器設(shè)備出現(xiàn)問題，請向老師尋求幫助，請勿隨便調(diào)換配件。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的操作規(guī)程

實(shí)驗(yàn)電路采用的是串聯(lián)（克拉伯）/并聯(lián)（西勒）改進(jìn)三點(diǎn)電容反饋與晶體振蕩電路，當(dāng)撥碼開關(guān)SW3撥置“左”“中”或“右”端時(shí)，可分別構(gòu)成串聯(lián)/并聯(lián)改進(jìn)三點(diǎn)電容反饋與并聯(lián)型石英晶體振蕩器。為了盡可能地減小負(fù)載對振蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級，其電路的電原理圖如圖所示。圖中，撥碼開關(guān)SW1為驗(yàn)證反饋系數(shù)，SW3為LC震蕩器與晶體振蕩器轉(zhuǎn)換選擇，SW2為驗(yàn)證負(fù)載（即回路Q值）變化對振蕩器的影響，跳線開關(guān)K為振蕩器輸出信號經(jīng)由或不經(jīng)由射隨器隔離輸出轉(zhuǎn)換。三、實(shí)驗(yàn)電路與說明振蕩管選用9014

LC與晶體振蕩轉(zhuǎn)換跳線開關(guān)SW3，反饋系數(shù)驗(yàn)證跳線開關(guān)SW1，回路等效Q值的變化驗(yàn)證跳線開關(guān)SW2。OUT為振蕩信號從射極輸出OUT為振蕩信號從集電極輸出K為振蕩輸出信號轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一：振蕩電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備SW2“1”，RL=10K

SW3“1”（LC克拉伯振蕩）

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。調(diào)整RW電位器，使IC=1.5mA（Ve=4.95V)

BG1Re=3.3KVbVeVceIc計(jì)算值調(diào)整時(shí)采用間接測量法：即用直流電壓表測量晶體管發(fā)射極對地電壓，并將測量結(jié)果記錄于表中。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作步驟SW1全開路（停振）

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三：研究工作點(diǎn)Ic的變化對振蕩器性能的影響

振蕩器基本設(shè)置條件：（LC西勒振蕩、C2=510p、RL=∞）

按表所列數(shù)據(jù)要求，改變Ico，將測試結(jié)果記錄于表中。記錄本實(shí)驗(yàn)電路停振時(shí)的最大Ico=？mA

LC（西勒）振蕩器晶體振蕩器Ic(mA)VEQ(V)f(MHz)振幅（V）波形f(MHZ)振幅（V）波形1.34.5V1.551.65.526.62.27最大Ic：結(jié)論：

注：調(diào)整一項(xiàng)數(shù)據(jù)后，將SW3撥碼開關(guān)切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四：研究反饋系數(shù)F的變化對振蕩器性能的影響；

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備SW3“1與2”（LC西勒振蕩）

SW2“全開”（RL=∞）并調(diào)整Rw,使Ic=最佳數(shù)值。

按表所列數(shù)據(jù)要求，改變SW1開關(guān)位置，轉(zhuǎn)換C2將測試結(jié)果記錄于表中。LC振蕩器反饋電容470pf510pf681pf5200反饋系數(shù)振蕩幅度振蕩頻率信號波形

晶體振蕩器振蕩幅度振蕩頻率信號波形注：調(diào)整一項(xiàng)數(shù)據(jù)后，將SW3撥碼開關(guān)切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五：研究負(fù)載RL變化對振蕩器性能的影響

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備SW3“1與2”（LC西勒振蕩）

SW1“2”（C2=510Pf）并調(diào)整Rw,使Ic=最佳數(shù)值按表所列數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)SW2，分別改變負(fù)載電阻。將測試結(jié)果記錄于表中。LC振蕩器RL（Ω）f（MHz）振蕩幅度(mV)波形Sw2“全開路”∞

Sw2“1”10kΩ

SW2“2”2KΩ

Sw2“4”470Ω

晶體振蕩器Sw2“全開路”∞Sw2“1”10kΩSW2“2”2KΩSw2“4”470Ω注：調(diào)整一項(xiàng)數(shù)據(jù)后，將SW3撥碼開關(guān)切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容六：擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)1-壓控振蕩器壓控特性測量

按表所列數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)RW，分別改變控制電壓的大小。將測試結(jié)果記錄于表中。UD12344.5567頻率(KHZ）幅值/Vp-p根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，體會壓控振蕩器的工作原理一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：

1、寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2、畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖并說明實(shí)驗(yàn)電路的結(jié)構(gòu)形式與工作原理。3、寫明實(shí)驗(yàn)所用儀器。4、寫明實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。比較LC振蕩器與晶體振蕩器數(shù)據(jù)，得出你的結(jié)論。第一題：對于一個(gè)實(shí)際的振蕩器，用萬用電表檢查它，能否判斷它是否起振？第二題：為什么反饋系數(shù)要選取F=0.5-0.01,過大，過小有什么不好？第三題對于LC電路