Transcript 实验三LC正弦波振荡器

实验三 LC正弦波振荡器
一、实验目的
1、掌握LC三端式振荡电路的基本原理，振荡电路的设计及电路
参数的计算。
2、通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小，负载变化
对起振和振荡幅度的影响。
3、研究外界条件（电源电压、回路品质因数Q与环境温度）变
化对振荡器频率稳定度的影响。
4、比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度，加深对晶体振荡
器频率稳定度高的理解。
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二、实验原理
正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器，这
是应用十分广泛的一类电路。
产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归结起来，不外是
RC、LC和晶体振荡器三种电路形式。在本实验中，我们
研究的主要是LC三端式振荡器及晶体振荡器。LC三端式
振荡器的基本电路如图3-1所示。根据相位平衡条件，图
中构成振荡电路的三个电抗中间，X1、X2必须为同性质的
电抗，X3必须为异性质的电抗，且它们之间应满足下列关
系式：
X 3＝ － （ X 1＋ X 2）
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图3-1 三端式振荡器的交流等效电路
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1、电容三点式振荡器
图3－2 共基组态的“考毕兹”振荡器
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若要它产生正弦振荡，还须满足振幅起振条件。即：
Avm  B  1
Avm 式中 为电路刚起振时，振荡管为小信号工作状态时的电
压增益，B 为反馈系数。
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相位起振条件为：
振幅起振条件为：
g L 
1
R L
 osc L C 1C 2  C 1  C 2  L g i g L  0
2
g m  g L (1 
( R L  R L / / R p ), g i 
1
Ri
C 2
C1
)  g i (1 
1

2
osc
)
L C1
( R i  R E / / re  re ), C 2  C 2  C b e
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电容三点式振荡器的振荡频率为：
f osc 
1
1
2
LC

g i g L
C 1C 2
 fo 1 
g i g L
 0 C 1C 2
2
当晶体管参数可忽略时，可得到振荡频率近似为：
f osc 
1
2
C 
LC
C 1C 2
C 1  C 2
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振幅起振条件简化为：
g m  g L
C 1  C 2
C1
 gi
C1
C 1  C 2
g m  g L / B  B g i
gm
g L  p g i
2
 B  1
对应
Avm  B  1
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2、晶体管工作状态对振荡器性能的影响
实际电路中，静态电流值常取 I C Q＝ 0.5 ~ 5 m A 。
在静态电流取值靠近截止区时，若电路产生振荡，在此基础
上继续增大静态电流值，振荡器的振荡幅度将随静态电流的
增大而增长。
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3、振荡器的频率稳定度
  osc
 osc

 o
o

1
2Q
2
L
tg  e   Q L 
 e
2 Q e cos  e
2
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三、实验电路和实验仪器
考 毕 兹 振 荡 电 路 ： fo 
克 拉 波 ： f o  1 2
1
2
LC 3
LC
（ B ＝

C1
C 1＋ C 2
）
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4、电容三端式振荡器的振荡频率
（一）实验电路
改变RW可改变振荡管
的静态电流值：
I C  I E＝ V E R e
电感L3_C与电容C8_C
（为半可调电容）相串
联。电路停振，只需断
开C即可。当C’ _C为不
同值时，其反馈网络的
传输系数不同。
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当JP1_C的短路子接通1、2时，所示为并联型晶体振
荡器实验电路图。由图可见，当改变RW1_C时，电路的工
作点改变从而使振幅产生变化。此时晶体作为电感使用，电
路符合三点式组成法则，为电容三点式电路。该电路的振荡
频率主要取决于晶体的谐振频率。为了提高频稳度的影响，
易于起振，一般都将其调谐在晶体的串联谐振频率上，同时
在晶体上串联一个电容。
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（二）实验仪器
1、示波器
2、数字频率计
3、万用电表
四、实验内容
1、检查静态工作点
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2、振荡频率与振荡幅度的测试（注意：连接线
要尽量短）。
实验条件： I E  2 mA、 C  120 pF 、 C   680 pF 、 R ＝110 k 
（1）改变CT电容，当分别接C9、C10、C11时，记录相应的频率值，
并填入表3.1。
（2）改变CT电容，当分别接C9、C10、C11时，用示波器测量振荡
电压的峰峰值VP－P，并填入表3.1
（3）比较起振前后工作点的变化，其中起振前 V ＝ V － V
起振后为 V BEQ＝ V BQ－ V EQ
BE 0
B0
E0
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3、振荡反馈系数对振荡幅度的影响关系
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4、测试当C不同时，起振点振幅、频率与工作电流IEQ的关系
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五、思考题
1、为什么起振后直流工作点电流不同于起振前的静态工作点
电流？对于一个实际的振荡器，用万用电表检查它，能不
能判断它是否起振呢？
2、为什么静态电流IEQ增大，振幅增强。而IEQ过大反而会使振
荡器输出幅度下降？
3、为什么反馈系数要选取B ＝0.5 ~ 0.01 ，过大，过小有什么不好？
4、在电容Ce上建立平均电压的条件是什么？
5、为什么提高回路的Q值，可以提高振荡频率的稳定度？

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六、实验报告
1、画出实验电路图及其交流等效电路。
2、整理实验数据、分析实验结果，比较LC振荡器与晶体振荡
器的优缺点。
3、以IEQ为横轴，输出电压峰值VP－P为纵轴，将不同 C C  值下
测得的三组数据，在同一坐标纸上绘制成曲线。
4、回答思考题1、2、5。
完