高频电子线路实验正弦波振荡器

1、太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程实验报告专业班级 信息13-1学 号 2013101269姓 名指导教师 孙 颖实验名称正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器）专业班级 信息13-1 学号 2013100 姓名 0 成绩实验2正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器）2-1 正弦波振荡器的基本工作原理振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定的波形的交变振荡能量的装置。正弦波振荡器在电子领域中有着广泛的应用。在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去。在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生的 一个本地振荡信号，送

2、入混频器，才能将高频信号变成中频信号。振荡器的种类很多。从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负 阻式振荡器两大类。我们只讨论反馈式振荡器。根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器氛围正弦波振 荡器和非正弦波振荡器。我们只介绍正弦波振荡器。一常用正弦波振荡器主要是由决定振荡频率的选项网络和维持振荡的正反馈放大器组成。这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用的元件不同，正弦波振荡器可以分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型?一二一反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理.以互感反馈振荡器为例.） .分析反馈型正弦自激振荡器的基本原理，.一其原理电路如图2-1,所示图2-1

3、当开关.一 K.接.1，时,.一信号源Vb.加到晶体管输入端.这就是二个调谐放大器电路.集电极回路得到. 了一个放大了的信号 Vfo当开关K接“2”时，信号源 Vb不加入晶体管，车入晶体管是Vf的一部分Vb。若适当选择互感 M和Vf的极性，可以使 Vb和Vb大小相等，相位相同，那么电路一定能维持高频振荡，达到自激振荡的目 的。实际上起振并不需要外加激励信号，靠电路内部扰动即可起振。产生自激振荡必须具备一下两个条件；.反馈必须是正反馈.即反馈到输入端的反馈电压与输入电压同相一也就是.Vb -和一 Yb同相.反馈信号必须足够大，如果从输出端送回到输入端的信号太弱，就不会产生震荡了，也就是说,反馈电

4、压V b在数值上应大于或等于所需要的输入信号电压Vb。二、电容三点式 LC振荡器LC 一振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放太器2 一一一LC 一振荡一器是指振荡回路是由LC元件组成的一。一丛一一 交流等效电路可知；由LC振荡器回路引出三个端子，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容，则称为电容反馈LC振荡器或电容三点式振荡器。，一在几种基本该地振荡器回路也一电容反馈LC 一振荡器具有较好的振荡波填和稳定度电路虎式简里工一一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MHZ-GHZ.1.LC ,振荡

5、器的起振条件二个振荡器能查起振，壬要取诀壬振荡电路自激振荡的基本条件，一.即;.一振荡起振平衡条件和相位平衡条件。一 2.LC 一振荡器的频率稳定度一频率稳定度表示在二定的时间或二定的温度，电压等变化范围内振荡频率的相对变化成都常用公式表示；Af0/f0来表示（f0为所选的测试频率； Af0为振荡频率的频率误差， 也f0=f02-fO1 ; f02和f01一为丕同时刻的一f0上, 一频率相对变化量越小表明振荡频室的稳定度越高由王振荡回一路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率的稳定性，就要设法提高振荡回路的标准性。3.LC .振荡器的调度和参数选择以实验采用改皿电容三点振荡一电路西勒电路）

6、为例一，一交流笠效电路如图一22所示_。一.从图可.知，一.该电一路.C2上的电压为反馈电压一即该假牙.加在三极管be之间2.由于该电压形成正反馈“一 符合振荡器的相位平衡条件。.图2T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以及波形的好坏，有一定影响，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幅稳，则将使振荡器回路的等效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

7、率f的计.算.一=错误!未找到引用源。式电错误!未找到引用源。为cl ,c2和c3串联值，因此；C 1(300p)C3(75P),C2(1000P)C3(75P),故错误！未找到引用源。%C3,所以，振荡频率主要由L,C和C3决定。_(_31 _反馈系数_上一的选拄一反馈系数一E不宜过大或过小二般经验数据E_ 0.1-.05，本实验取F=错误！未找到引用源。=0.3.4克拉泼和西勒振荡电路图.2-3为串联改进型电容三点式振荡电路.二二克拉泼振荡电路q图- 2-4为并联改进型三点式振荡.电路二:西勒振荡电路。一C16 il-rHT图2-3克拉ifi振荡电路图27西勒振荡电路三.石英晶体振荡器LC

8、 一振荡器的频率稳定度主要取决王振荡回路的标谨型和品质因素一（Q值在采取工稳频措施员一频一率稳定性一般只能达到.0.0001数量级。为了得到更高的频率稳定度，人们发明了一种采用石英晶体做振荡器，他的频率稳定度可达到0.0000001-0.00000001数量级。一缸2-5晏二ft品便振荡圈的交流等效电路图-。这种电路类似壬电容三点式振荡能,区别仅在寸逋仝分一一.压电容的抽头是经过石英谐振器接到晶体管发射级的，由此构成正反馈式通路。C3与C4并联，再与 C2串联，然后与L1并联谐振回路，调谐在振荡频率。当振荡频率等于石英谐振器的串联谐振频率时，晶体呈现纯电阻，阻抗最小，正反馈最强，相移为零，满足

9、相位条件。因此振荡器的频率稳定性主要取决于石英振谐器。在其它频率，不能满足振荡条件。图2-5晶体振琴器交流通路22正弦波振荡器的实验电路图一2-6 一为电容三坛式LC振荡器和晶体振荡实验电路。一.图一电左侧部.分为LC 一振荡器，中间部分为晶体. 振荡器，右侧部分为射极跟随器。三极管3Q01为LC振荡器的振荡管，3R01,3R02和3R04为三极管3Q01的直流偏置电阻，以保证振 荡管3Q01正常工作。图中开关 3K05达到“ S”位置时，为改进型克拉泼振荡电路，打到“p”位置时，为改进西勒振荡电路。四位拨动开关3SW01控制回路电容的变化，也即控制着振荡频率的变化。调整点位器3W01可改变振

10、荡器三极管 3Q01的电源电压。图中3Q03为晶体振荡管、3W03,3R10.3R11.3R13为三极管 3Q03直流偏置电阻， 以保证 3Q03正常工 作，调整3W03可以改变3Q03的静态工作点。图中 3R12.3C20为去藕元件，3c21为旁路电容，并构成共 基接法.3L03.3C18.3C19构成振荡回路，其谐振频率应与晶体频率基本一致。3c17为输出耦合电容。3TP03为晶体振荡器测试点。该晶体振荡器的交流电路图与图2-5基本一致。一晶体振荡输出与一LC振荡输出山3K01 一来控制一汪关与上方接通时，一为晶振输出一与工方接通此一为LC振荡器输出续三极管一3Q02为射极跟随器，一以提高

11、带负载的能力葭电位器一一 3W02 一用来调整振荡器输出幅一 度。3TP02为输出测量点，3P02振荡器输出挪孔。图2-6如下页所示;2-3 .正弦波振荡器实验内容和实验步骤，实验内容.1用示波器观察 LC振荡器和晶体振荡器输出波形，测量振荡器输出电压峰-峰彳t Vp-p,并以频率计测量振荡频率；2.测量LC振荡器的幅频特性；3测量电速电压变化对振荡器一的影响二4观察并一测量静态工作点变化一对晶体振荡器工隹的影响2 一一 二.实验步骤.实验准备插装好LC振荡器和晶体振荡器模块，接通实验箱电源，接下模块上电源开关，此时模块上电源指示灯点亮。.LC 一振荡实验一m 西勒.振荡电路幅频特性的测量一一

12、 3K01拨动至一 LC振荡器，一示波器接一 3TP02.频率计接振荡器输出口一3P02.调整电位器3W02。一使输出一 最大。开关3K05拨至“p”，此时振荡电路为西勒电路。四位拨动开关3SW01分别控帝I 3C06(10P),3C07(50P),3C08(100P).3C09(200P),是否接入电路，一开一关往上拨为接通一，往下拨为断小四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如，开关 1,2往上拨，其接入电路的电容为 10P+50P=60P。按 照表2-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压(峰 -峰值Vp-p),并将测量结果记录与表中。一表2-1电一查C(pf)-105

13、0100150200250300350用为期里f 一 (MHZ.).9.259.7.7996.6025.865.6.1355.556.5.0854.773输出电压VP-P(v) 一1.051.10.1.051.000.7300.6900.6200.560注;一如果在开去转换过程电使振荡器停振无输出工一亘调整一3W0L使之恢复振荡，C=200pFC=250pFC=10pFC=50pFC=150pFC=100pFC=10pFC=50pFC=300pFC=350pF(2)克拉泼振荡电路幅频特性的测量.将开关一3K05 一拨至二工一振荡电路转变为克拉泼电路? 一按照上述一(一一1) 一方法测出振荡频率

14、和输出电压，并将测量结果记录于表2-1中。电容 C(pf)1050100150200250300350振荡频率f (MHZ)24.713.7710.769.511.9.6488.9138.3068.091输出电压VP-P (v)0.0450.630.880.970.720.880.961Oi的电压值Eg调整3W01电位器,一会别测出与电压相对应的频率?一一表生Af为改变Ec时振荡频率的偏移,C=100pFC=150pFC=200pFC=250pF分别将汪关.3K05一打至一 CS1和一(P) 一位置改变电源一压一Ec.测出丕同一上下的振荡频率瓯并将测量结一果记录于表2-2中。一其方法是频率让接

15、振荡器输出一3P01一调整一苴位器3W02 一使输出最太用示波器监测测好后去掉选定回路电容为100P。即3SW01 3”往上拨。用三用直流电压档测3TP01测量点电压，按照表 2-2给出C=300pFC=350pF.(3) -测量电遮电压变化对振荡器频变的影响假定 Ec=10.5V 时，0=0 ,贝iAf=f-f10.5v 。串联(s)EC (V)10.59.58.57.56.55.5F(MHZ)13.71413.73113.75513.77813.82813.873 f(KHZ)00.0170.0410.0640.1140.159并联(p)EC (V)10.59.58.57.56.55.5F

16、(MHZ)7.5427.5527.5617.5807.6037.635 f(KHZ)00.0100.0190.0380.0610.0933.晶体振荡器实验(1) 3K01拨至“晶体振荡器”，将示波器探头接到 3TP02端，观察晶体振荡器波形，如果没有波形，应调整 3W03电位器。然后用频率计测量其输出端频率，看是否与晶体频 率一致。(2)示波器接3TP02端，频率计接3P02输出挪孔，调节3W03以改变晶体管静态工 作点，观察振荡波形及振荡频率有无变化。三、实验结果1 .根据测试数据,分别绘制西勒振荡器,.克拉泼振荡器的幅频特性曲线，一.并进行分析比较. _. _ 西勒振荡器：结果分析.：.C

17、T三C3c3 一为一 3c04, 一 C为红变电容数据表明随着电容的增一太三频理峰低克拉泼振荡器:- 1)C1 -为一 3c02,C2 -为-3c03 . .0 为可变一容C，_ 为一 C1-O一串庭一一因c1(300pD,C2(1Q00pfL故当C从10f到100pf增大时，C值增大较为明显，当 C从250pf到350pf增大时，C略有增大。实验数据表示随着电容的增大，频率降低。2) C为一 10pf一时一电路丕振荡因为回路的总电容主要取决壬C3和C的并联，C3.值很小,当.C也很小时, 放大器的增益会变小，幅度下降，可能出现停振。2一根据泌1 试委工据-计算频率稳定度分别绘制克拉泼振荡器-西勒振荡器的L一曲线Q一串联(s)Ec (V)10.59.58.57.56.55.5F(MHZ)13.71413.73113.75513.77813.82813.873 f(KHZ)00.0170.0410.0640.1140.159并联(p)Ec (V)10.59.58.57.56.55.5F(MHZ)7.5427.5527.5617.5807.6037.635 f(K