北京理工大学通信实验一电容反馈三点式振荡器的实验研究

1、实验一电容反馈三点式振荡器的实验研究一、实验目的1. 通过实验深入理解电容反馈三点式振荡器的工作原理，熟悉改进型电容反馈三点式 振荡器的构成及电路各元件作用；2. 研究在不同的静态工作点时，对振荡器起振、振荡幅度和振荡波形的影响；3. 学习使用示波器和数字式频率计测量髙频振荡器振荡频率的方法；4. 观察电源电压和负载变化对振荡幅度、频率及频率稳定性的影响。二、实验原理电容反馈三点式振荡器的基木原理电路（考比兹振荡器）如图2l（a）所示。由图可知，反 馈电压由c和c2分压得到，反馈系数为(2-1)起振的幅度条件为乩£（忽、略三极管&）（2-2）dg + c2其屮，弘为晶体管跨导

2、，的为振荡i叫路的等效谐振电导。图2-l（a）m示等效电路屮的 回路总电容为(2-3)振荡频率近似为12-vzc(2-4)当外界条件（如温度等）发生变化时，振荡冋路元件及晶体管结电容要发生变化，从而 使得振荡频率发生漂移。因此，为了改善普通电容反馈三点式振荡器的频稳度，可在振荡 回路中引入串接电容c3,如图2.1（b）所示,当满足g«ch c2时，c3明显减弱了晶体管 与振荡冋路的耦合程度。为了得到较宽的波段覆盖效果，引入并联电容c*佗和c3为同一 个数量级），回路总电容近似为oc3+c4。这种改进型电容反馈振荡器称为西勒电路，其振 荡频率为(2-5)当改变c4调节犬时，振荡器的反馈

3、系数不会受显著影响。(a)c3图2-1电容反馈三点式振荡器的交流等效电路图三. 实验电路说明本实验电路采用西勒振荡器，如图22所示。由图町知，电容g、c2> c3、c4和电感 l|组成振荡冋路。品体管vt|的集电极直流负载为ro偏置电路由r、r2、w|和心构 成，改变电位器wnj改变vt|的静态工作点。静态电流的选择既要保证振荡处j：截止平 衡状态，也要兼顾开始建立振荡吋有足够大的电压增益。品体管vt2lr3、g组成一级起 隔离作用的射随器。另外，为了用频率计(输入阻抗为50q)测量振荡器工作频率时不影响图2-2改进型电容反馈振荡器实验电路电路的正常工作，接入了电阻r7(lkq)o图屮振

4、荡器的交流负载实验电阻为r5、r6c四、实验仪器及设备1. 直流稳压电源ss3323型2. 数子示波器dso-x2012a型13. 高频信号发生器tfg6080型14. 数字式频率计f1000型15. 数字万用表dt9202a型16. 实验电路板1五、实验内容1. 晶体管静态工作点不同时对振荡器输出幅度和波形的影响（1）接通+12v电源，调节电位器w|使振荡器振荡，此时用示波器在点刚好观察到不 失真的正弦电压波形（负载电阻r5或氐粋不接入）。x10：探头f (mhz)uo (mv)xlo8.002985xl7.971065r&曲线：问：比较探头x1和x 10测得的数值哪个 更接近真实值

5、，为什么？agilent4il 2xi：i a答：x10探头测得数值更接近真实值。 探头的分布电容相当于并联在测量点和地 z间。因为x1探头的分布电容为 150300pf,很接近电路中电容值,对结 果影响较大。而x10的探头分布电容为 1530pf,影响较小，测得数值更准确。（2）调节w|使振荡管静态工作点电流icq在0.54ma之间变化（用万用表测量射极电阻 rc两端电压，计算出相应电流近似为icq大小，至少取5个点），用示波器测量并记录下 点的幅度与波形变化情况，绘制出icqu（）曲线图。分析静态工作点过大和过小为什么都不 振荡。/cq (ma)m()(mv)13.80295523.023

6、23532.41258541.89201051.20123560.8176570.53320icq «() ill!线结果分析：由图像可知随着icq的增人uo先增人后减小。电路起振的条件之一为|auob|>lo如果 静态工作点过小，其玄流偏置小，导致晶体管工作在截止区，振荡电路满足不了起振条件， 无法起振;如果静态工作点过人，晶体管会进入饱和区,而三极管跨导師变小。由auo=gni/gp 知，电路增益变小，导致不能正常起振。2. 外界条件发生变化时对振荡频率的影响及正确测罐振荡频率（1）选择一合适的icq（12ma）,使振荡器正常工作，在点上测量，从示波器上读出 频率和幅度，再

7、测暈点和点，分别读出振荡器的振荡幅度和频率，分析上述几点的频 率和幅度为何不同。（问题：在点和点用频率计（或示波器）所测得频率不同是什么原因? 哪一点测得的结果更准确？）/cq (ma)f (mhz)uo (mv)点点点点点点1.67.978.008.005851670915结來分析:点和点测得频率不同是因为品体管vt2里有结电容和等电容的影响，会使 点和点z间电容冇差别，由于频率与电容冇关，所以在点和点用频率计测得的频 率冇所不同。点测得的频率更准确。因为三极管vt2可以减小示波器探头对于选频网络 的影响。电压幅值不同是因为示波器探头存在分布电容。实验时使用x 10的探头，探头与地z 间会冇

8、1530pf的分布电容，因此示波器接在点的时候相当于接入了一个负载，使点 处电流减小，测出的电压减小。点后的三极管起隔离作用，加上射随级引起的阻抗的变 化，使得示波器探头对选频网络的影响变得很小，可以忽略。山于r?的分压作用导致点 的电压大于点的电压。（2）用数字式频率计（以khz为单位，测到小数点后面第二位冇效数字）重测，试比较在 点测虽和在点测虽冇何不同？为什么？用数字式频率计测虽点，可每10秒钟左右 记录一次频率值，至少记录5次，计算出振荡器频稳度的数量级。点.f (mhz)点.f (mhz)7.8962012345&00332&00333&00334&0

9、0330&00333结果分析：数字式频率计避免了示波器探头的分布电容的影响，但由于点接在了三 极管射极后面，所以还要考虑结电容4的影响。由，/ =知由于点相比于点，c：减小(相当于串联了电容)，故&增人。 振荡器频稳度的数量级：频稳度计算公式：afz/t = lim fnn_8(3)将不同负载电阻(r5和r(j分别接入电路，调节w,用示波器在点观察，看能否 起振，记录输出振幅和波形的变化，若不起振，分析是什么原因。/eq (ma)点/ (mhz)点uo (mv)不接负载r5r6不接负载r5r63.678.008.03不起振35001095不起振结果分析：起振的条件为：|au。b

10、|>1；相位角为2nn o由于auo=gin/gp, gp为电路 的固有电导和负载电导z和。由于&较小，导致gp变大，au。变小，导致。b|>1的条 件不能满足，故不可以起振。(4)将负载断开，改变电源电压vcc分别为+6v、+8v、+10v、+12v、+14v、+16v、 + 18v,保持振荡器一合适的静态工作点不变，川示波器测量点，并记录振荡器输出振幅、 波形和频率的变化。/eq (ma)f (mhz)uo (mv)是否失真1.60+6v8.001385否+8v8.031475否+10v8.001555否+12v8.001615否+14v8.001600否+16v&am

11、p;001660否+18v8.001680否结果分析：u。大致上随着电源电压增人而增大，频率儿乎不变，而且输出波形均不失 真，均为正弦波。因为振荡器是在静态直流的基础上起振的，如果保证静态工作点不变的， 那么电源电压的改变不会影响到输出波形失真与否，亦不会改变振荡频率(因为静态工作点与振荡频率无关）。由于电源电压增人，电路的能赧会增人，故输岀波形的振幅会变人。六、实验报告要求1. 画出实验电路的交流等效电路,当取g=180pf, c2=330pf, 0=10旧时（图22中 已给岀c3, c4为10pf电容），计算振荡频率£、反馈系数b各等于何值？答：交流等效如图：b 二 g =0.3

12、53g +c?2. 若接通电源示发现振荡器并未起振，试估计可能是哪些原因造成的？如何解决？ 答：原因：（1）静态工作点过髙或过低，导致晶体管进入饱和区或者截止区；（2）负载电阻过小，导致电压增益au。过小，满足不了|au° b|>1的条件。 解决方法：（1）选择合适的静态工作点，不要过高或者过低；（2）提高负载电阻的大小。总之只要满足|au°b|>1和相位角为2nn两个条件即可（一般的电容或电感三点 式电路都可满足相位角条件）。3. 若点波形正常但幅度太人，问点波形会不会岀现失真？为什么？答：有可能会出现失真。如果点波形幅度a大，即给vt2的输入信号幅度太大，并 11三极管vt2的静态工作