实验3 电容三点式LC振荡器

实验3 电容三点式LC振荡器 实验3 电容三点式LC振荡器 一、实验准备 1(做本实验时应具备的: , 三点式LC振荡器 , 西勒和克拉泼电路 , 电源电压、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响 2(做本实验时所用到的仪器: , LC振荡器模块 , 双踪示波器 , 万用 二、实验目的 1(熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统; 2(掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能; 3(熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响; 4(熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响。 三、实验电路基本原理 1.概述 ,,振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。,,振荡器是指振荡回路是由,,元件组成的。从交流等效电路可知:由,,振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈,,振荡器或电感三点式振荡器;如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈,,振荡器或电容三点式振荡器。 在几种基本高频振荡回路中，电容反馈,,振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振 荡频率可高达几百,,,,,,,。 2.,,振荡器的起振条件 一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即:振幅起振平衡条件和相位平衡条件。 3.LC振荡器的频率稳定度 频率稳定度表示:在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式:Δf,f来表示(f为所选择的测试频率;Δf为振荡频率的频率误差，,,,, Δf,f,f;f和f为不同时刻的f)，频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳,,,,,,,,,, 定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。 4.LC振荡器的调整和参数选择 以实验采用改进型电容三点振荡电路(西勒电路)为例，交流等效电路如图3-1所示。 C3 BG C1 L C R C2 图3-1 电容三点式LC振荡器交流等效电路 (1)静态工作点的调整 合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路。 当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，靠近截止区。 (2)振荡频率f的计算 1 f= 2,L(c，c)T 式中C为C、C和C的串联值，因C(300p)>>C(75p),C(1000P)>>C(75p)，故C?C，T1231323T3所以，振荡频率主要由L、C和C决定。 3 (3) 反馈系数F的选择 C1F= C2 300,0.3 反馈系数F不宜过大或过小，一般经验数据F?0.1,0.5,本实验取F= 10005.克拉泼和西勒振荡电路 图3-2为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。 图3-3为并联改进型电容三点式振荡电路——西勒振荡电路。 VCCVCC RCRCRb1b1R3C C1C1L CbReCCbReRb2C2C2CRb2 图3-2 克拉泼振荡电路 图3-3 西勒振荡电路 6(电容三点式LC振荡器实验电路 电容三点式LC振荡器实验电路如图3-4所示。图中3K05打到“S”位置(左侧)时 3TP01 13U011Vin3+12V1+5V GND23C14 3R083R09 3W013C133C15 3D01 3R073C043C103R03 3L01S3K05A3R013TP02P3R05S3C1113C023K05B3Q013Q023P01POUT220P3C12输出 1000P3R023K013K023K033K043W023R065103R043C033C01 3C063C073C083C09GND1 1 图3-4 LC振荡器实验电路 为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置(右侧)时，为改进型西勒振荡电路。3K01、3K02、3K03、3K04控制回路电容的变化。调整3W01可改变振荡器三极管的电源电压。3Q02为射极跟随器。3TP02为输出测量点，3TP01为振荡器直流电压测量点。3W02用来改变输出幅度。 四、实验内容 1(用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡器电压峰—峰值V，并以频率计测量振荡频P-P 率。 2(测量振荡器的幅频特性。 3(测量电源电压变化对振荡器频率的影响。 五、实验步骤 1(实验准备 插装好LC振荡器模块，按下开关3K1接通电源，即可开始实验。 2(西勒振荡电路幅频特性的测量 示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3V01。电位器3W02反时针调到底，使输出最大。开关3K05拨至右侧，此时振荡电路为西勒电路。3K01、3K02、3K03、3K04分别控制3C06(10P)、3C07(50P)、3C08(100P)、3C09(200P)是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如3K01、3K02往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表3-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压(峰一峰值V)，并将测量结果记于表中。 P-P 表3-1 电容C(pf) 10 50 100 150 200 250 300 350 振荡频率f(MHZ) 8.836 8.37 6.88 6.21 5.747 5.329 5.027 4.744 输出电压VP-P(v) 1.28 1.19 1.08 1,24 1.2 1,2 1.36 1.36 注:如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出，可调整3W01，使之恢复振荡。 3(克拉泼振荡电路幅频特性的测量 将开关3K05拨至左侧，振荡电路转换为克拉泼电路。按照上述方法，测出振荡频率和输出电压，并将测量结果记于表3-1中。 电容C(pf) 10 50 100 150 200 250 300 350 振荡频率f(MHZ) 0 0 11.28 10.4 9.68 9.176 8.839 8.586 输出电压VP-P(v) 0.08 0.28 0.36 0.72 0.8 0.96 1.08 1.12 4(波段覆盖系数的测量 波段覆盖即调谐振荡器的频率范围，此范围的大小，通常以波段覆盖系数K表示: fmax K,fmin 测量方法:根据测量的幅频特性，以输出电压最大点的频率为基准，即为一边界频率， 1再找出输出电压下降至处的频率，即为另一边界频率，如图3-5、图3-6所示，再由公式2 求出K。 VV 11 0.50.5 00ffminfmaxfmaxffmin 图3-5 图3-6 5(测量电源电压变化对振荡器频率的影响 分别将开关3K05打至左测(S)和右侧(P)位置，改变电源电压E，测出不同E下的振CC荡频率。并将测量结果记于表3-2中。 其方法是:频率计接振荡器输出3P01，电位器3W02反时计调到底，选定回路电容为50P。即3K02往上拨。用三用表直流电压档测3TP01测量点电压，按照表3-2给出的电压值Ec，调整3W01电位器，分别测出与电压相对应的频率。表中?f为改变Ec时振荡频率的偏移，假定Ec=10.5V时 ,?f=0，则?f=f-f。 10.5V 表3-2 E(V) 10.5 9.5 8.5 7.5 6.5 5.5 C 串联(S) F(MHZ) 14.45 14.49 14.55 14.63 14.67 14.68 ?f(KHZ) 0 0.04 0.10 0.18 0.22 0.23 E(V) 10.5 9.5 8.5 7.5 6.5 5.5 C 并联(P) F(MHZ) 7.67 7.68 7.70 7.71 7.74 7.77 ?f(KHZ) 0 0.01 0.03 0.04 0.07 0.10 6(8.8MHZ频率的调整 在用各个模块构成无线收、发系统时，需要用到LC振荡器模块，作为接收系统中的本振信号。此时振荡频率需要8.8MHZ左右，如何得到8.8MHZ左右的频率，其方法如下: (1)振荡电路为西勒电路时(3K05往右)，3K01、3K02、3K03、3K04四个开关全部往下拨，此时输出的振荡频率为8.8MHZ左右。如果频率高于8.8MHZ，可将3K01往上拨，这样频率可以降低。 (2)振荡电路为克拉泼电路时(3K05往左)，3K02、3K03接通(往上拨)，此时输出振荡频率为8.8MHz左右。如果频率相差太大，可调整四个开关的位置。 实验4 石英晶体振荡器 —、实验准备 1(做本实验时应具备的知识点: , 石英晶体振荡器 , 串联型晶体振荡器 , 静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响 2(做本实验时所用到的仪器: , 晶体振荡器模块 , 双踪示波器 , 频率计 , 万用表 二、实验目的 1(熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。 2(掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。 3(熟悉静态工作点、负载电阻对晶体振荡器工作的影响。 4(感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。 C5三、实验内容 C3C4 1(用万用表进行静态工作点测量。 BG1 JTI2(用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压L1R5 R4C2峰-峰值V，并以频率计测量振荡频率。 p-p 3(观察并测量静态工作点、负载电阻等因素对晶图5-1 晶体振荡器交流通路 体振荡器振荡幅度和频率的影响。 图4-1 晶体振荡器交流通路 四、基本原理 1(晶体振荡器工作原理 一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。图中，若将晶体短路,则L、C、C就构成123 了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路(共基接法)。若取L=4.3μH、C=820pF、C=180pF，则可算得LC并联谐振回路123 的谐振频率f?6MHz，与晶体工作频率相同。图中， C是耦合(隔直流)电容，R是负载055电阻。很显然，R越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。 5 2(晶体振荡器电路 晶体振荡器电路如图4-2所示。图中，4R03、4C02为去耦元件，4C01为旁路电容，并构成共基接法。4W用以调整振荡器的静态工作点(主要影响起振条件)。4C为输出耦合0105电容。4Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。 +12V1 4R034R07 4C024W01 4D01 LED 4R054L01 4TP01 14Q024R014TP024C0514C06 4Q014P014C03 4R064JZ01 4R02GND13 14R044C014C04 图4-2 晶体振荡器实验电路 五、实验步骤 1(实验准备 在实验箱主板上插好晶振模块，接通实验箱上电源开关，按下开关4K01，此时电源指示灯点亮。 2(静态工作点测量 改变电位器4W01可改变4Q01的基极电压V，并改变其发射极电压V。记下V的最大、BEE 最小值，并计算相应的I、I值(发射极电阻4R04=1KΩ)。 EmaxEmin 电压最大值为3.154，最小值为2.062，对应的电流最大值为0.003154，最小值为 0.002062 3(静态工作点变化对振荡器工作的影响 ?= 实验初始条件:V2.5V(调4W01达到)。 EQ ? 调节电位器4W01以改变晶体管静态工作点I，使其分别为表4.1所示各值，且把示E 波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V，并以频率计读取p-p相应的频率值，填入表4.1。