实验二 LC与晶体振荡器

实验二LC与晶体振荡器、实验目的初步认识实际的硬件振荡电路的组成，尤其要重视实际电路比原理性电路，多添加的辅助性元件的作用，以培养良好的识图习惯，增强识图能力。掌握交流等效电路的绘制方法。对振荡电路的静态工作点、反馈系数对振荡的建立、输出波形等振荡特性的影响进行观测。目的在于为设计振荡电路时，如何正确选择静态工作点和反馈系数，提供依据和方法。比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。二、实验原理并联改进型电容反馈三点式电路一一西勒振荡器本实验以在短波、超短波通信机，电视接收机等高频设备中得到非常广泛应用的西勒振荡器（即并联改进型电容反馈三点式振荡器）为例，其原理电路如图2-1所示。西勒振荡器是在串联改进型电容反馈三点式振荡电路（克拉泼振荡器）的基础上，在L1两端并联一个小电容C4，且C4>C3，振荡频率主要由L1和C4决定，调节C4可改变振荡频率。西勒电路的优点是进一步提高振荡频率的稳定性，振荡频率可以做得较高，图2-1西勒振荡器图图2-1西勒振荡器图2-2西勒振荡器交流等效电路交流等效电路分析交流等效电路分析法，是把电路的交流系统从电路中分离出来，进行单独分析的一种方法，因此其关键在于正确地绘制交流等效电路。下面给出绘制交流等效电路的一般原则:（1）直流电源看作短路（2）交流旁路电容看作短路（3）隔直耦合电容看作短路（4）为简化交流等效图，一些技术性元件可以删除，而原理性元件则不能随便删除和变更位置。从电路中各元件对信号的放大、处理有无直接关系来分，可以分为技术性元件与原理性元件两类。原理性元件指那些与信号的放大、处理有直接关系的元件。技术性元件指辅助电路完成原理性工作，以及为了使电路达到某些技术指标而加入的，但并不影响电路的基本工作的元件。判别的方法是看该元件是不是电路基本功能（如放大或振荡功能）必不可少的，如果将它去掉后，电路仍具有基本功能，说明该元件是技术性元件。否则，该元件是原理性元件。判别时应考虑电路所处理的信号频率和元件在电路中的位置。如果元件是与其它元件并联的，应采用开路的方法来判别。如果元件是串联在某回路中的，则采用短路的方法来判别。交流旁路电容和隔直耦合电容的判别，一般根据电容所在的位置及其容值的大小。与电感并联的大多不是旁路电容；对交流来说，容抗很小的是旁路电容，而容抗不能忽略的则不是旁路电容。隔直耦合电容一般用来连接电路的前后级，它对被传输的交流信号呈现较小的容抗。根据以上四点，画出图2-1西勒振荡电路的交流等效图如图2-2。首先，明确电路的功能是LC振荡器，所以，构成LC振荡回路的元件C1、C2、C3、C4、L1，应属于原理性元件，不能删除和变更位置。其次，把直流电源Ec，旁路电容Cb看作短路后，电阻Rb1、Rb2也因此被短路。最后，对电阻Rc、Re的处理，就可以根据它们在电路中的作用，即确定电路静态工作点，去除它们不会影响交流信号的振荡功能，确定为技术性元件。而它们是与LC回路并联的，采用开路的方法处理。从交流等效图2-2中，可以获得以下分析结果，这些结果也就是分析电路所要达到的目的。（1）电路为共基极组态。（2）电路为西勒振荡器（即并联改进型电容反馈三点式振荡器）。（3）反馈电压取自电容C2,反馈系数F=°1q+C2（4）电路的振荡电容为C1，C2,C3，C4的合成值。三、实验电路分析本实验的实际电路如图2-3所示。用“短路帽”短接切换开关K101、K102、K103、K104的1和2接点（以后简称“短接KxxxX-X”）便成为LC西勒振荡电路；短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107后，便成为晶体振荡电路。本实验中LC振荡器的输出频率f0=1.5MHz，晶体振荡器的输出频率f0=10MHz，三极管BG102及其外围电路组成射极跟随器，提供低阻抗输出。图2-3LC与晶体振荡器实验电路图原理电路与实验电路的比较与图2-1的原理电路相比，实际电路图2-3中的西勒振荡电路增添了以下元件：（1）+12V直流电源到地之间，添加了一个大电容C104,它的作用是去除直流电源线路中的各种交流谐波，以保证电源的稳定性。这是高频实际硬件电路中普遍使用的方法。（2）射极的偏置电阻，添加了一个小阻值的R105。与电阻R106相比，它除了也有直流负反馈作用外，对交流信号也起负反馈作用，这可以改善振荡器的稳定性，但增益会损失一些。（3）R113为阻尼电阻，用于降低电感L102的Q值，以改善振荡波形。（4）振荡信号通过电容C112输出，所以，C112的作用就是隔直耦合电容。交流等效电路分析根据绘制交流等效电路的一般原则，可以判断：（1）C101为交流旁路电容（2）C112为隔直耦合电容

（3）电阻R101~R106为三极管BG101提供直流偏置工作点，电感L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路。所以，将R101〜R106和L101看作技术性元件，R105与R106串联，所以可以把R105看作短路处理。依此，画出图2-3中西勒振荡器的交流等效图如图2-4所示。TF101〔测试点）图2-4TF101〔测试点）图2-4西勒振荡器交流等效图晶体振荡器根据晶体在电路中的作用，晶体振荡器分为并联晶体振荡器，串联晶体振荡器。本实验箱提供的电路为并联晶振b-c型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路如图2-5所示。晶体振荡器的实验电路如图2-3所示。R111为阻尼电阻，用于降低晶体等效电感的Q值，以改善振荡波形。五、实验设备TKGPZ-1高频电子线路综合实验箱；双踪示波器；频率计；万用表；六、实验内容接通交流电源，然后按下实验板上的+12V总电源开关K1和实验单元的电源开关K100,电源指示发光二极管D4和D101点亮。（一）调整和测量西勒振荡器的静态工作点：组成LC西勒振荡器：根据以上对实验电路工作原理的说明，用“短路帽”短接开关K1011-2、K1021-2、K1031-2、K1041-2的接点，选用C=1000p，从而组成与图2-6完全相同的LC西勒振荡器电路。用

示波器（探头打在10倍衰减X10处）在测试点TP102处观测振荡输出波形，记录电压峰-峰值VL和频率f的值。电压VL（p-p）=振荡频率f=，记录此振荡波形。调整静态工作点：短接电感L102（即短接K1042-3），使振荡器停振。在振荡器停振状态下，测量三极管BG101的发射极电压Ueq；然后调整电阻R101的值，使Ueq=0.5V，并计算出电流Ieq（I=eq=eq）。eqRR105+%（二）观察反馈系数F对振荡输出电压VL的影响：按下表改变电容C107的值，在测试点TP102测量振荡器的输出电压VL，记录相应的数maxmin使C107=1000p，改变C110值，在测试点TP102观察VL随f的变化规律，并找出振荡器的最高频率fmax和最低频率fmin，记录：fmax=fmin=，fmax/fmin=（四）振荡器频率稳定度测定：改变C110值，使得在测试点TP102测得的振荡频率fo接近1.5MHz，fo=，在测试点TP101处测出f1=，频率稳定度5=|fo-f1|/fo=（五）观察振荡器直流工作点Ueq对振荡输出电压VL的影响：保持C107=1000p，fo=1.5MHz不变，然后按以上调整静态工作点的方法改变Ueq，在测试点TP102测量相应的VL，把数据记入下表，并绘制匕=f（Ueq）曲线。Ueq(V)0.300.400.450.500.55VL(p-p)(V)晶体振荡器：组成晶体振荡器：去掉C107,恢复静态工作点Ueq=0.5V,用“短路帽”短接开关Ki0i2-3、Ki022-3、Ki032-3.Ki041-2的接点，从而组成晶体振荡器电路。在TP102处观测振荡输出波形，记录电压峰-峰值vl和频率fo的值。电压VL(p-p)=振荡频率fo=，记录此波形。频率稳定度测定：在TP101处测得