高频振荡器实验

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1、 实验知识准备i. GP-4实 验 （ 振 荡 与 调 制 电 路 单 元 ） 。ii.TDS1002 数 字 存 贮 示 波 器 。iii.DT9205N数 字 万 用 表 。1 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

2、体 振 荡 器 电 路 。2 做 本 实 验 时 所 用 到 的 仪 器 ： 问 题 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

3、 电 路 的 各 项 技 术 指 标 的 测 试 技 能 。 5、 研 究 负 载 电 阻 不 同 时 ,振 荡 器 振 幅 与 频 率 的 关 系 。1、 三 端 式 与 晶 体 高 频 振 荡 器 电 路 结 构 与 特 点 的 研 究 。2、 电 容 三 点 式 LC振 荡 器 静 态 工 作 点 的 调 整 与 测 量 。3、 测 定 三 端 式 与 晶 体 振 荡 器 的 振 荡 频 率 与 振 荡 幅 度 .4、 研 究 反 馈 系 数 不 同 时 ,起 振 点 、 振 幅 与 工 作 电 流 的 关 系 .二、实验内容6、 测 试 、 分 析 并 比 较 LC振 荡 器 与 晶

4、体 振 荡 器 的 频 率 稳 定 度 。 1.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 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 。高 频 加 热 设 备医 疗 仪 器各 类 电 子 设 备 发 射 机 (载 波 频 率 fC）仪 器 仪 表 振 荡 源数 字 系 统 时 钟 信 号接 收 机 （ 本 地 振 荡 频 率 fL）作 为 信 号 源广 泛 应 用 于 为 此 ,振 荡 器 是 各

5、种 高 频 电 路 中 最 基 本 和 常 用 的 单 元 线 路 ,也是 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 2振荡器的用途 三、实验应知知识 3 振 荡 器 分 类 反 馈 振 荡 器按 振荡 原理 分 负 阻 振 荡 器按 振荡 信号 波形 分 正 弦 波振 荡 器非 正 弦 波 振 荡 器 （ 多 谐 振 荡 器 ） 正 弦 振 荡 电 路 与 非正 弦 振 荡 电 路 的 一 个重 要 区 别 是 :正 弦 振 荡电 路 具 有 选 频 网 络 。 LC振 荡 器按 选 频回 路 元件 性 能 RC振 荡 器晶

6、体 振 荡 器 振 荡 频 率 较 低 ， 一 般为 几 HZ 几 百 KHZ。振 荡 频 率 稳 定 度 高 ，振 荡 频 率 同 上 。LC振 荡 器 的 振 荡 频 率 比 较高 ， 一 般 为 几 百 KHZ以 上开 关 电 容 振 荡 器LC振 荡 器 互 感 耦 合 LC、 差 分 对 管 LC三 点 式 三 点 电 容 （ 考 毕 兹 ）三 点 电 感 （ 哈 特 莱 ）改 进 三点 式 电 容 串 联 改 进 （ 克 拉 泼 ）电 容 并 联 改 进 （ 西 勒 ）晶 体 振 荡 器 串 联 型并 联 型 皮 尔 斯密 勒在 实 际 工 程 领 域 ， 振 荡 器 应 用广 泛

7、 ， 其 分 类 方 法 ： 4.反 馈 振 荡 器 的 电 路 组 成4.1 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 电 源 放 大 网 络 选 频 网 络 反 馈 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 。 选 频 回 路 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

8、率 的 正 弦 振 荡 。 将 输 出 信 号 通 过 正 反 馈 引 至 放 大 电 路 的 输入 端 ， 以 维 持 振 荡 系 统的 正 常 振 荡 。 互 感 反 馈 振 荡 器 ： 由 互 感 （ 变 压 器 ） 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 三、实验应知知识 三、实验应知知识 4 反 馈 型 正 弦 波 振 荡 器 的 电 路 构 成 与 工 作 原 理一 、 基 本 含 义 ： 凡 是 从 输 出 信 号 中 取 出 一 部 分 反 馈 到 输 入 端 作

9、 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 ，称 为 反 馈 型 正 弦 波 振 荡 器 。二 、 电 路 构 成 框 图1放 大 电 路 2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 。 iV oV fV fV 三、实验应知知识三 、 电 路 工 作 原 理 iV oV oV fVfV vA fvk 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 利 用 LC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 uf， 作 为 正 回 授 反馈 到 基 极 。 且 ufui。 经 放 大 后 再 输 出 ， 再 回 授 。 振 荡 器 只 要 满 足 A*F1， 振 荡 器 则 周 而 复 始 形 成 对 某 单 一 频 率 信 号 放 大 回授 ,且 有 uinui2ui1.从 而 形 成 振 荡 过 程 ， 实 现 将 直 流 能 量 转 换 成 交 流 信 号 。 三、实验应知知识 5 三 点 式 LC正

11、 弦 波 振 荡 器 的 电 路 构 成 与 工 作 原 理 定 义 ： 用 LC串 、 并 联 谐 振 回 路 作 为 选 频 和 移 相 网 络 的 振 荡 器 。 称 为 三 点 式 LC振 荡 器 。二 .什 么 是 三 点 或 (三 端 )式 振 荡 器 ？晶 体 管 有 三 个 电 极 （ B、 E、 C） b ec分 别 与 三 个 电 抗 性 元 件 相 连 接 X3X1 X2形 成 三 个 接 点故 称 为 三 点 式 振 荡 器 三、实验应知知识三 点 式 (又 称 三 端 式 )振 荡 器 要 实 现 振 荡 ， 必 须 遵 循 两 个 原 则 ceb X3X1 X2与

12、晶 体 管 发 射极 相 联 结 的 电抗 X1、 X2性 质 必 须 相 同 。 不 与 晶 体 管 发 射极 相 联 结 的 另 一电 抗 X3的 性 质 必须 与 其 相 反 。 即与 Bc间 性 质 相 反遵 循 以 上 两 个 原 则 才 能满 足 ： 相 位 条 件适 当 选 择 X1与 X2的 比 值 就能 满 足 ： 振 幅 条 件 原则一 原则二 三、实验应知知识 6 实 际 常 见 三 点 式 LC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6.1电 容 反 馈 三 端 式 振 荡 器 (考

13、 毕 兹 电 路 )实 际 电 路 组 成 如 图 示 ： 电 阻 RB1,RB2、 RC、 RE构 成 直 流 偏 置 电 路RE、 构 成 交 直 流 自 给 偏 压 电 路L、 C1、 C2构 成 LC振 荡 回 路 ， 反馈 电 压 取 自 电 容 C2。 故 称 三 点电 容 反 馈 。 电 容 CB提 供 交 流 同 路 。高 频 等 效 电 路 为 ： C1C2 L 考 毕 兹 电 路 的 优 点 ：1） 电 容 反 馈 三 端 电 路 的 振 荡波 形 好 。 2） 电 路 的 频 率 稳 定 度 较 高 ，适 当 加 大 回 路 的 电 容 量 ， 就可 以 减 小 不 稳

14、定 因 素 对 振 荡频 率 的 影 响 。3） 电 容 三 端 电 路 的 工 作 频 率可 以 做 得 较 高 ， 可 直 接 利 用振 荡 管 的 输 出 、 输 入 电 容 作为 回 路 的 振 荡 电 容 。 它 的 工作 频 率 可 做 到 几 十 MH z到 几百 MH z的 甚 高 频 波 段 范 围 。 电 路 的 缺 点 ： 调 C 1或 C2来 改 变 振 荡 频率 时 ， 反 馈 系 数 也 将 改 变 。但 只 要 在 L两 端 并 上 一 个 可 变电 容 器 ， 并 令 C1与 C2为 固 定电 容 ， 则 在 调 整 频 率 时 ， 基本 上 不 会 影 响 反

15、 馈 系 数 。 电 容 反 馈 三 端 电 路 的 振 荡 频 率 为 21 2121 CLC CCfo 三、实验应知知识6.2 电 感 反 馈 三 端 式 振 荡 器 (哈 特 莱 电 路 )电 路 组 成 如 图 示 ： L1L2 EcCcRb1Rb2Re CeCb BT直 流 偏 置 电 路 Rb1,Rb2决 定 了 起 振 时 电 路的 工 作 点当 振 荡 以 后 R e C e构 成 自 给 偏 压 电 路L1、 L2与 C电 路 构 成 振 荡 回 路 ，反 馈 电 压 取 自 电 感 L2， 故 称 三点 电 感 反 馈 。电 容 Cb与 Cc提 供 交 流 通 路高 频 等

16、 效 电 路 为 ： L1L2 C 电 感 反 馈 三 端 电 路 的 振 荡 频 率 为LCfo 2 1 哈 特 莱 电 路 的 优 点 ： 1、 L1、 L2之 间 有 互 感 ， 反馈 较 强 ， 容 易 起 振 ； 2、 振 荡 频 率 调 节 方 便 ， 只要 调 整 电 容 C的 大 小 即 可 。 3、 而 且 C的 改 变 基 本 上 不影 响 电 路 的 反 馈 系 数 。电 路 的 缺 点 ：1、 振 荡 波 形 不 好 ， 因 为 反 馈电 压 是 在 电 感 上 获 得 ， 而 电 感对 高 次 谐 波 呈 高 阻 抗 ， 因 此 对高 次 谐 波 的 反 馈 较 强

17、， 使 波 形失 真 大 ；2、 电 感 反 馈 三 端 电 路 的 振 荡频 率 不 能 做 得 太 高 ， 这 是 因 为 频 率 太 高 ， L太 小 且 分 布 参 数的 影 响 太 大 。 三、实验应知知识6.3 串 联 型 改 进 电 容 三 端 式 振 荡 器 (克 拉 泼 电 路 )电 路 组 成 如 图 示 ：特 点 是 在 考 毕 兹 电 路 的 基 础 上 ，用 一 电 容 C3与 原 电 路 中 的 电 感 L相串 。 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 来提 高 振 荡 回 路 的 标 准 性 。 使 振

18、荡频 率 的 稳 定 度 得 以 提 高 。因 为 C 3远 远 小 于 C1或 C2， 所 以 三 电容 串 联 后 的 等 效 电 容 约 为 C3。电 路 的 振 荡 频 率 为 ：32 1LCfo 故 克 拉 泼 电 路 的 振 荡 频 率 几 乎 与C1、 C2无 关 ,主 要 由 C3决 定 。与 考 毕 兹 电 路 相比 ， 在 电 感 L上 串联 一 个 电 容 。 它有 以 下 特 点 ：1、 振 荡 频 率 改 变可 不 影 响 反 馈 系数 。2。 振 荡 幅 度 比 较稳 定 ；但 C3不 能 太 小 ，否 则 导 致 停 振 ，所 以 克 拉 泼 振 荡器 频 率 覆

19、 盖 率 较小 ， 仅 达 1.2-1.4； 所 以 。 克 拉泼 振 荡 器 适 合 与作 固 定 频 率 的 振荡 器 三、实验应知知识6.4 并 联 型 改 进 电 容 三 端 式 振 荡 器 (西 勒 (Seiler)电 路 ) 特 点 是 在 克 拉 泼 电 路 的 基 础 上 ， 用一 电 容 C4与 原 电 路 中 的 L相 并 联 。 电 路 组 成 如 图 示 ： EcCcRb1Rb2ReCb BTRcCe LC1C2 C3C4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 ，调 整 范 围 大 。高 频 等 效 电

20、路 为 ： L C1C2 C3C4 AB 振 荡 频 率 432 1 CLCfo 与 克 拉 泼 振 荡 电路 相 比 ， 在 电 感 L上 并 联 一 个 电 容 。它 有 以 下 特 点 ：1、 振 荡 幅 度 比 较稳 定 ；2、 振 荡 频 率 可 以比 较 高 ， 如 可 达千 兆 赫 ； 频 率 覆盖 率 比 较 大 ， 可达 1.6-1.8； 所 以 在 一 些短 波 、 超 短 波 通信 机 ， 电 视 接 收机 中 用 的 比 较 多 。 三、实验应知知识6.5 石 英 晶 体 的 基 本 特 性1.定 义 ： 用 石 英 晶 体 谐 振 器 控 制 并 稳 定 高 频 振

21、荡 频 率 的 振 荡电 路 称 为 石 英 晶 体 振 荡 （ 简 称 晶 振 ）频 率 稳 定 度 很 高 ， 约 ；3.优 点 ： Q q很 高 ， 约 ；2.石 英 晶 体 性 能 特 点 :i.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 二端 电 压 的 关 系 做 一 个 实 验 :现 象 ： 电 流 超 前 电 压 90O ； 呈 电 容 性当 =s当 s当 s 电 流 滞 后 电 压 90O； 呈 感 性电 流 最 大 ， 且 与 电 压 同 相 ， 呈 纯 阻 性 ；结 论 ：一 般 L q： 几

22、 毫 亨 几 百 亨Cq： 10-4 pF 10-1pFrq： 几 十 几 百 支 架 电 容 C0为 几 皮 法 性 能 好 i) Qq 很 高 ，ii) 接 入 系 数 n很 小iii) 具 有 电 抗 特 性 可 见 石 英 晶 片 可 等 效 为 Lq、 Cq、 rq串 联 与 LqCo并 联 的 谐 振 回 路 。 4.石 英 晶 体 应 用 特 点 :当 时 ， 电 抗 x =0 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 ； s 当 时 ， 电 抗 x = 呈 并 谐 ， 等 效 开 路 ；当 时 ， 电 抗

23、x 0呈 感 性 ， 在 晶 振 电 路 中 等 效 为 电 感s p 晶 体 具 有 两 个 谐 振 频 率 ， 即 ：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 ， 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 线 。 三、实验应知知识6.6 石 英 晶 体 振 荡 器 电 路 分 析1. 并 联 型 晶 振 电 路 ： 晶 体 JT L( s osc

24、1可 知 ， 当 F增 大 时 ， 固 然 可 以 使 T0增 加 ， 但 是 F过 大 时 ， 由 于 gib的 影 响 将 使 增 益 降 低 ,反 而 使 T0减 小 ， 导 致 振荡 器 不 易 起 振 。 若 F取 得 较 小 ， 要 保 证 T01， 则 要 求 Yfb越 大 。 可 见 ， F过 大 ，过 小 对 起 振 不 利 ， F=0.01-0.5较 为 合 理 当 晶 体 管 导 通 时 ， Ce被 充 电 ， 充 电 时间 常 数 为 Rd*Ce.当 晶 体 管 截 止 时 ， Ce通 过 Re放 电 ， 放 电 时 间 常 数 为 Re*Ce,显然 在 Ce上 建 立

25、 平 均 电 压 的 条 件 为 充 电 时 间 常 数 大 于 放 电 时 间 常 数 。答 3： 对 于 LC振 荡 电 路 ， 其 整 个 电 路 的 相 位 关 系 为 fe+ f+ z=0.当 静 态 工作 点 产 生 变 化 时 ， 其 正 向 传 输 导 纳 的 相 角 fe会 产 生 变 化 ， 由 LC回 路 的 相 位调 节 作 用 z=-（ fe+ f） 。 从 而 振 荡 频 率 发 生 了 变 化 。 答 4： 由 于 调 节 C4可 以 改 变 频 率 ， 而 回 路 的 接 入 系 数 变 化 不 大 ， 振 荡 幅 度 就 比 较平 稳 ， 这 就 使 在 波 段 范 围 内 幅 度 平 稳 性 大 为 改 善 。