高频振荡器实验3ppt课件

1、 实实 验验 三三 实验知识准备实验知识准备i. GP-4i. GP-4实验实验振荡与调制电路单元）。振荡与调制电路单元）。ii.TDS1002 ii.TDS1002 数字存贮示波器。数字存贮示波器。iii.DT9205Niii.DT9205N数字万用表。数字万用表。1 1做本实验时应具备的知识点：做本实验时应具备的知识点： i.三点式LC 振荡器的基本组成特点。 ii.三点电容、三点电感、克拉泼、西勒振荡电路。 iii.静态工作点、反馈系数、等效Q 值对振荡器工作的影响。 iiii.石英晶体的特性与晶体振荡器特点。 iiiii.串联型晶体振荡器电路。2 2做本实验时所用到的仪器：做本实验时所

2、用到的仪器：问题一、实验目的一、实验目的 通过本实验，加深对LC三点式正弦波振荡电路与晶体振荡电路的组成、工作原理的理解与掌握，并且能进一步了解正弦波振荡电路的基本起振条件。掌握三点式与晶体式正弦波振荡的基本特性，熟悉和掌握对振荡电路的分析方法。 在实验过程中，通过调测振荡电路，掌握LC三点式与晶体振荡电路的各项技术指标的测试技能。 5 5、研究负载电阻不同时、研究负载电阻不同时, ,振荡器振幅与频率的关系。振荡器振幅与频率的关系。1 1、三端式与晶体高频振荡器电路结构与特点的研究。、三端式与晶体高频振荡器电路结构与特点的研究。2 2、电容三点式、电容三点式LCLC振荡器静态工作点的调整与测量

3、。振荡器静态工作点的调整与测量。3 3、测定三端式与晶体振荡器的振荡频率与振荡幅度、测定三端式与晶体振荡器的振荡频率与振荡幅度. .4 4、研究反馈系数不同时、研究反馈系数不同时, ,起振点、振幅与工作电流的关系起振点、振幅与工作电流的关系. .二、实验内容二、实验内容6 6、测试、分析并比较、测试、分析并比较LCLC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。1.1.振荡器的定义振荡器的定义: : 所谓振荡器是指：在没有激励信号的情况下，能自动的将直流电源能所谓振荡器是指：在没有激励信号的情况下，能自动的将直流电源能量转换为具有一定波形、一定频率和一定幅度的周期性交流信号

4、输出的电量转换为具有一定波形、一定频率和一定幅度的周期性交流信号输出的电子电路。子电路。高频加热设备高频加热设备医疗仪器医疗仪器各类电子设备各类电子设备发射机发射机( (载波频率载波频率fCfC）仪器仪表振荡源仪器仪表振荡源数字系统时钟信号数字系统时钟信号接收机接收机本地振荡频率本地振荡频率fLfL）作为信号源作为信号源广泛应用于广泛应用于 为此为此, ,振荡器是各种高频电路中最基本和常用的单元线路振荡器是各种高频电路中最基本和常用的单元线路, ,也也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。三、实验应知知识三、实验应知知识 2振振荡荡器器

5、的的用用途途三、实验应知知识三、实验应知知识3 3 振荡器分类振荡器分类反馈振荡器反馈振荡器按振按振荡原荡原理分理分 负阻振荡器负阻振荡器按振按振荡信荡信号波号波形分形分正弦波正弦波振荡器振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器多谐振荡器）多谐振荡器） 正弦振荡电路与非正弦振正弦振荡电路与非正弦振荡电路的一个重要区别是荡电路的一个重要区别是:正弦正弦振荡电路具有选频网络。振荡电路具有选频网络。LCLC振荡器振荡器按选频按选频回路元回路元件性能件性能RCRC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器振荡频率较低，一般振荡频率较低，一般为几为几HZHZ几百几百KHZKHZ。振荡频率稳定度高，振荡频率稳定度高，振荡

6、频率同上。振荡频率同上。LCLC振荡器的振荡频率比较振荡器的振荡频率比较高，一般为几百高，一般为几百KHZKHZ以上以上开关电容振荡器开关电容振荡器LCLC振荡器振荡器互感耦合互感耦合LCLC、差分对管、差分对管LCLC三点式三点式三点电容三点电容考毕兹）考毕兹）三点电感三点电感哈特莱）哈特莱）改进三改进三点式点式电容串联改进电容串联改进克拉泼）克拉泼）电容并联改进电容并联改进西勒）西勒）晶体振荡器晶体振荡器串联型串联型并联型并联型皮尔斯皮尔斯密密 勒勒在实际工程领域，振荡器应用在实际工程领域，振荡器应用广泛，其分类方法：广泛，其分类方法：4.4.反馈振荡器的电路组成反馈振荡器的电路组成4.1

7、 4.1 反馈振荡器的电路组成反馈振荡器的电路组成正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成 电源电源 放大网络放大网络 选频网络选频网络 反馈网络反馈网络 放大网络放大网络 以有源器件为主体，起能量转换作用，将直流电源提以有源器件为主体，起能量转换作用，将直流电源提供的能量，通过振荡系统转换成固定频率的交流能量，即供的能量，通过振荡系统转换成固定频率的交流能量，即构成驱动系统。构成驱动系统。 选频回路选频回路 反馈网络反馈网络选择所需的某一频率并满足振荡条件，从而形成单一频率的正弦振荡。选择所需的某一频率并满足振荡条件，从而形成单一频率的正弦振荡。 将输出信号通过正

8、将输出信号通过正反馈引至放大电路的输反馈引至放大电路的输入端，以维持振荡系统入端，以维持振荡系统的正常振荡。的正常振荡。 互感反馈振荡器：由互感互感反馈振荡器：由互感变压器变压器构成反馈网络构成反馈网络电感反馈振荡器：由电感构成反馈网络电感反馈振荡器：由电感构成反馈网络电容反馈振荡器：由电容构成反馈网络电容反馈振荡器：由电容构成反馈网络三、实验应知知识三、实验应知知识三、实验应知知识三、实验应知知识4 4 反馈型正弦波振荡器的电路构成与工作原理反馈型正弦波振荡器的电路构成与工作原理一、基本含义：一、基本含义： 凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入

9、端作为输入信号，勿须外部提供激励信号，能产生持续等幅正弦波输出，号，勿须外部提供激励信号，能产生持续等幅正弦波输出，称为反馈型正弦波振荡器。称为反馈型正弦波振荡器。二、电路构成框图二、电路构成框图1放大电路放大电路2谐振回路谐振回路3正反馈网络反馈型振荡器一般由三大部分组成。反馈型振荡器一般由三大部分组成。 iV oV fV fV三、实验应知知识三、实验应知知识三、电路工作原理三、电路工作原理 iV oV oV fV fV vA fvk电路框图如图所示电路框图如图所示接通电源瞬间，电路产生脉动电流。含有丰富的谐波接通电源瞬间，电路产生脉动电流。含有丰富的谐波 利用利用LCLC回路的选频作用，对

10、脉动信号的某次谐波谐振，产生对某单一频率回路的选频作用，对脉动信号的某次谐波谐振，产生对某单一频率的信号输出。的信号输出。 谐振放大器输出的信号电压经反馈网络产生回授电压谐振放大器输出的信号电压经反馈网络产生回授电压ufuf，作，作为正回授反馈到基极。且为正回授反馈到基极。且ufuiufui。经放大后再输出，再回授。经放大后再输出，再回授。振荡器只要满足振荡器只要满足A A* *F1F1，振荡器则周而复始形成对某单一频率信号放大，振荡器则周而复始形成对某单一频率信号放大回回授授, ,且有且有uinui2ui1.uinui2ui1.从而形成振荡过程，实现将直流能量转换成交流信号。从而形成振荡过程

11、，实现将直流能量转换成交流信号。三、实验应知知识三、实验应知知识5 5 三点式三点式LCLC正弦波振荡器的电路构成与工作原理正弦波振荡器的电路构成与工作原理1 1定义：定义：2 2 用用LCLC串、并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器。串、并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器。3 3称为三点式称为三点式LCLC振荡器。振荡器。二二. .什么是三点或什么是三点或( (三端三端) )式振荡器？式振荡器？晶体管有三个电极晶体管有三个电极B B、E E、C C）bec分别与三个电抗性元件相连接分别与三个电抗性元件相连接 X3X1X2形成三个接点形成三个接点故称为三点式振荡器故称为三点式振荡器三、实

12、验应知知识三、实验应知知识三点式三点式 ( (又称三端式又称三端式) )振荡器要实现振荡，必须遵循两个原则振荡器要实现振荡，必须遵循两个原则 cebX3X1X2与晶体管发射与晶体管发射极相联结的电极相联结的电抗抗X1X1、X2X2性质性质必须相同。必须相同。不与晶体管发射不与晶体管发射极相联结的另一极相联结的另一电抗电抗X3X3的性质必的性质必须与其相反。即须与其相反。即与与BcBc间性质相反间性质相反遵循以上两个原则才能遵循以上两个原则才能满足：满足： 相位条件相位条件适当选择适当选择X1X1与与X2X2的比值就的比值就能满足：振幅条件能满足：振幅条件 原原则则一一 原原则则二二X1X2X3

13、三、实验应知知识三、实验应知知识6 6 实际常见三点式实际常见三点式LCLC正弦波振荡器的电路分析正弦波振荡器的电路分析实际工程中，常见的三端式振荡器有四种基本电路实际工程中，常见的三端式振荡器有四种基本电路6.16.1电容反馈三端式振荡器电容反馈三端式振荡器( (考毕兹电路考毕兹电路) )实际电路组成如图示：实际电路组成如图示： 电阻电阻RB1,RB2RB1,RB2、RCRC、RERE构成直流偏置电构成直流偏置电路路RERE、构成交直流自给偏压电路、构成交直流自给偏压电路L L、C1C1、C2C2构成构成LCLC振荡回路，反振荡回路，反馈电压取自电容馈电压取自电容C2C2。故称三点。故称三点

14、电容反馈。电容反馈。电容电容CBCB提供交流同路。提供交流同路。高频等效电路为：高频等效电路为：C1C2L考毕兹电路的优点：考毕兹电路的优点：1电容反馈三端电路的振电容反馈三端电路的振荡波形好。荡波形好。 2电路的频率稳定度较电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。素对振荡频率的影响。3电容三端电路的工作频电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、输入利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。电容作为回路的振荡电容。它的工作它的工作 频率可做到几十频率可做到几十MH

15、z到几百到几百MHz的甚高频的甚高频波段范围。波段范围。 电路的缺点：电路的缺点： 调调C1或或C2来改变振荡来改变振荡频率时，反馈系数也将改频率时，反馈系数也将改变。但只要在变。但只要在L两端并上两端并上一个可变电容器，并令一个可变电容器，并令C1与与C2为固定电容，则在调为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影整频率时，基本上不会影响反馈系数。响反馈系数。电容反馈三端电路的振荡频率为电容反馈三端电路的振荡频率为212121CLCCCfo三、实验应知知识三、实验应知知识6.2 6.2 电感反馈三端式振荡器电感反馈三端式振荡器( (哈特莱电路哈特莱电路) )电路组成如图示：电路组成如图示：L1

16、L2EcCcRb1Rb2ReCeCbBT直流偏置电路直流偏置电路Rb1,Rb2Rb1,Rb2决定了起振时电路决定了起振时电路的工作点的工作点当振荡以后当振荡以后R e C eR e C e构成自给偏压电路构成自给偏压电路L1L1、L2L2与与C C电路构成振荡回路，电路构成振荡回路，反馈电压取自电感反馈电压取自电感L2L2，故称三，故称三点电感反馈。点电感反馈。电容电容CbCb与与CcCc提供交流通路提供交流通路高频等效电路为：高频等效电路为：L1L2C电感反馈三端电路的振荡频率为电感反馈三端电路的振荡频率为LCfo21哈特莱电路的优点：哈特莱电路的优点： 1、L1、L2之间有互感，之间有互感

17、，反馈较强，容易起振；反馈较强，容易起振； 2、振荡频率调节方便，、振荡频率调节方便，只要调整电容只要调整电容C的大小即可。的大小即可。 3、而且、而且C的改变基本上的改变基本上不影响电路的反馈系数。不影响电路的反馈系数。电路的缺点：电路的缺点：1、振荡波形不好，因为反、振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而馈电压是在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；使波形失真大；2、电感反馈三端电路的振、电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这是荡频率不能做得太高，这是因为频率太高，因为频率太高，L太小且分

18、太小且分布参数的影响太大。布参数的影响太大。三、实验应知知识三、实验应知知识6.3 6.3 串联型改进电容三端式振荡器串联型改进电容三端式振荡器( (克拉泼电路克拉泼电路) )电路组成如图示：电路组成如图示：特点是在考毕兹电路的基础上，特点是在考毕兹电路的基础上，用一电容用一电容C3C3与原电路中的电感与原电路中的电感L L相相串。功用主要是以增加回路总电串。功用主要是以增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性。使振荡提高振荡回路的标准性。使振荡频率的稳定度得以提高。频率的稳定度得以提高。因为因为C3C3远远小于远远小于C1C1或或C2C2，所以

19、三，所以三电容串联后的等效电容约为电容串联后的等效电容约为C3C3。电路的振荡频率为：电路的振荡频率为：321LCfo故克拉泼电路的振荡频率几乎与故克拉泼电路的振荡频率几乎与C1C1、C2C2无关无关, ,主要由主要由C3C3决定。决定。与考毕兹电路相与考毕兹电路相比，在电感比，在电感L L上串上串联一个电容。它联一个电容。它有以下特点：有以下特点：1 1、振荡频率改变、振荡频率改变可不影响反馈系可不影响反馈系数。数。2 2。振荡幅度比较。振荡幅度比较稳定；稳定；但但C3C3不能太小，不能太小，否则导致停振，否则导致停振，所以克拉泼振荡所以克拉泼振荡器频率覆盖率较器频率覆盖率较小，仅达小，仅达

20、1.2-1.41.2-1.4； 所以。克拉所以。克拉泼振荡器适合与泼振荡器适合与作固定频率的振作固定频率的振荡器荡器 三、实验应知知识三、实验应知知识6.4 6.4 并联型改进电容三端式振荡器并联型改进电容三端式振荡器( (西勒西勒(Seiler)(Seiler)电路电路) ) 特点是在克拉泼电路的基础特点是在克拉泼电路的基础上，用一电容上，用一电容C4与原电路中的与原电路中的L相并联。相并联。 电路组成如图示：电路组成如图示：EcCcRb1Rb2ReCbBTRcCeLC1C2C3C4功用是保持了晶体管与振荡回路功用是保持了晶体管与振荡回路弱藕合，振荡频率的稳定度高，弱藕合，振荡频率的稳定度高

21、，调整范围大。调整范围大。高频等效电路为：高频等效电路为：LC1C2C3C4AB振荡频率振荡频率4321CLCfo与克拉泼振荡电与克拉泼振荡电路相比，在电感路相比，在电感L L上并联一个电容。上并联一个电容。它有以下特点：它有以下特点：1 1、振荡幅度比较、振荡幅度比较稳定；稳定；2 2、振荡频率可以、振荡频率可以比较高，如可达比较高，如可达千兆赫；频率覆千兆赫；频率覆盖率比较大，可盖率比较大，可达达1.6-1.81.6-1.8； 所以在一些所以在一些短波、超短波通短波、超短波通信机，电视接收信机，电视接收机中用的比较多。机中用的比较多。三、实验应知知识三、实验应知知识6.5 6.5 石英晶体

22、的基本特性石英晶体的基本特性1.1.定义：用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡定义：用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡电路称为石英晶体振荡电路称为石英晶体振荡简称晶振）简称晶振）频率稳定度很高，约频率稳定度很高，约 ；3.3.优点：优点：QqQq很高，约很高，约 ；2.2.石英晶体性能特点石英晶体性能特点: :i.i.具有压电效应具有压电效应 若在石英晶片两端加一信号源，观察流过晶体的电流与它二若在石英晶片两端加一信号源，观察流过晶体的电流与它二端电压的关系端电压的关系做一个实验做一个实验: :现象：现象：电流超前电压电流超前电压90O 90O ；呈电容性；呈电容性当当=s当

23、当s当当s电流滞后电压电流滞后电压90O90O；呈感性；呈感性电流最大，且与电压同相，呈纯阻性；电流最大，且与电压同相，呈纯阻性；结论：结论：一般一般LqLq：几毫亨几百亨：几毫亨几百亨CqCq：10-4 pF10-4 pF 10-1pF10-1pFrqrq：几十：几十几百几百支架电容支架电容C0C0为几皮法为几皮法性能好性能好i) i) 很高，很高，ii) ii) 接入系数接入系数n n很小很小iii) iii) 具有电抗特性具有电抗特性 可见石英晶片可等效为可见石英晶片可等效为LqLq、CqCq、rqrq串联与串联与LqCoLqCo并联的谐振回路。并联的谐振回路。4.4.石英晶体应用特点石

24、英晶体应用特点: :当当 时，电抗时，电抗x =0 x =0 呈串联谐振，等效一根短路线，在串呈串联谐振，等效一根短路线，在串联型晶振电路中等效短路元件；联型晶振电路中等效短路元件；s当当 时，时， 电抗电抗x =x =呈并谐，等效开路；呈并谐，等效开路；当当 时，时， 电抗电抗x 0 x 0 x 0呈感性，在晶振电路中等效为电感呈感性，在晶振电路中等效为电感sp晶体具有两个谐振频率，即：晶体具有两个谐振频率，即：结论结论 晶体的应用，一般选择在感性区或串谐区。因为感性区狭窄，晶体的应用，一般选择在感性区或串谐区。因为感性区狭窄，电抗特性陡；对频率的变化具有极灵敏的补偿能力。所以在晶振电抗特性陡；对频率的变化具有极灵敏的补偿能力。所以在晶振电路中，晶体选择感性区或串谐区，它等效一个电感元件或短路电路中，晶体选择感性区