实验报告二 - 图文

马潇潇 201300121121 电子信息工程2013级一班

LC振荡器实验

一、实验目的

1、学会数字频率计的使用方法；

2、掌握常用正弦波振荡器的工作原理及其特点； 3、掌握正弦波振荡器的基本设计、分析和测试方法；

4、研究反馈系数、静态工作点、负载变化对振荡器的起振条件、振荡幅度和振荡频率的影响，从而理解正弦波振荡器的基本性能特点。

二、实验仪器

数字万用表、数字频率计、数字示波器、直流稳压电源 三、实验原理 1、振荡的原理

三端式LC正弦波振荡器的组成法则（相位条件）是：与晶体管发射极相连的两个电抗元件应为同性质的电抗，而与晶体管集电极—基极相连的电抗元件应与前者性质相反。图1所示为满足组成法则的基本电容反馈LC振荡器共基极接法的典型电路。当电路参数选取合适，满足振幅起振条件时，电路起振。当忽略负载电阻、晶体管参数及分布电容等因素影响时，振荡频率fosc可近似认为等于谐振回路的固有振荡频率fo，即

fosc?12?LC （1）

式中 C近似等于C1与C2的串联值

C?C1C2 （2）

C1?C2

图1 电容反馈LC振荡器

由图1所画出的分析起振条件的小信号等效电路如图2所示。

图2 分析起振条件的小信号等效电路

由图2分析可知，振荡器的起振条件为：

11 gm?(g'L?g'e)?g'L?nge （3）

nn式中 gL'?11,ge?

RL//Re0reRe0为LC振荡回路的等效谐振电阻；

电路的反馈系数 kf?n?C1 （4）

C1?C2由式（3）看出，由于晶体管输入电阻re对回路的负载作用，反馈系数kf并不是越大越容易起振，反馈系数太大会使增益A降低，且会降低回路的有载Q值，使回路的选择性变差，振荡波形产生失真，频率稳定性降低；所以，在晶体管参数一定的情况下，可以调节负载和反馈系数，保证电路起振。kf的取值一般在0.1—0.5 之间。

图1所示的振荡器，由于晶体管各电极直接和振荡回路元件L、C1、C2并联，而晶体管的极间电容（主要是结电容）又随外界因素（如温度、电压、电流等）的变化而变化，因此振荡器的频率稳定性不够高。为了提高振荡器的频率稳定性，实际中更多的采用能够减小晶体管与回路之间耦合的改进型电容反馈振荡器。

2、实验电路

本实验采用西勒振荡器，图3所示为实验电路图（开关K4、K5断开）。 3、实验电路分析 （1）电路中各元件的作用

图3所示的振荡器电路是在图1电路的基础上引入串并联电容C5和C6且满足条件C5C2、C5C3，从而大大减小了晶体管极间参数对振荡频率的影响。

振荡频率的改变通过调节微调电容C6实现，频率调节方便，波段覆盖系数大，波段内输出电压平稳。图中DW1、R1、R2和R4构成晶体管BG1的偏置电路，

R3 是集电极直流负载电阻。改变DW1可改变晶体管BG1的工作点。BG2 和电阻R9、电位器DW2组成的射极跟随器起隔离作用，以防止测量时或振荡器输出信号作它用时的负载影响振荡电路；R5用来模拟负载的变化，用来研究负载对振荡器性能的影响。C1基极旁路电容，C2、C3、C5、C6、L1构成LC选频回路。

图3 西勒振荡器

（2）交流通路

图3电路的高频交流通路如图4所示。

图4 图3西勒振荡器的交流通路

该振荡器的振荡频率主要有C5、C6、L1决定，近似为：

fosc?反馈系数近似等于：

1 （5）

2?L1(C5?C6)kf?n?C2 （6）

C3?C2 四：实验内容

（1）改变晶体管的静态偏置，观察振荡器的震荡频率、幅度和波形的影响 （2）观察振荡器的反馈系数变化对振荡频率、幅度和波形的影响 （3）改变电容，观察振荡器的频率变化

（4）观察负载变化对振荡器振荡频率、幅度和波形的影响。 LC振荡器发出的信号：

发现LC震荡的幅度越大，产生的波形越接近标准的正弦波

LC振荡器发出的信号与高频小信号放大器相连接的输出：

放大倍数约为1.28V/384mV=3.33

五．思考题

(1)RW增大，C3太小都会影响到LC震荡器的起振条件，不满足起振。 不同的静态工作点re不同，gm也会不同，影响谐振回路的Q值，‘所以振荡器的输出幅度会有不同的变化。

(2) 反馈系数太大会使增益A降低，而且反馈系数太大，还会使晶体管输入电阻Re对回路的接入系数变大，降低回路的有载Q值，使回路的选择性变差，振荡波形产生失真，频率稳定性降低。

（3）频率计测频率更加准确，而示波器则更加直观。

（4）西勒电路只是在克拉泼电路的基础上，在电感L两端并接一个可变电容。 克拉泼电路用牺牲环路增益来提高了频率稳定度，但它不适合做波段震荡器，而西勒电路改变电容则不会影响回路的接入系数，可做波段震荡器。 （5)两者需要满足相位和振幅平衡条件以及静态工作点等等

(6)晶体管各级直接和LC回路元件L、C1、C2、并联，而晶体管的极间电容又随外界因素的变化而变化，因此造成振荡器的频率稳定度差

石英晶体振荡器实验

一、实验目的

1.进一步学习数字频率计的使用方法

2.掌握并联型晶体振荡器的工作原理及特点； 3.掌握晶体振荡器的设计、调试方法；

4.观察并研究外界因素变化对晶体振荡器工作的影响。 实验仪器

双踪示波器 数字频率计 晶体管毫伏表 直流稳压电源 数字万用表 实验原理

石英晶体振荡器的原理

LC振荡器由于受到LC回路的标准性和品质因数的限制，其频率稳定度只能达

到10-4 的量级，很难满足实际应用的要求。石英晶体振荡器采用石英晶体谐振器作为选频回路的振荡器，其振荡频率主要由石英晶体决定。与LC回路相比，石英晶体谐振器具有很高的标准性和品质因数，使石英晶体振荡器可以获得极高的频率稳定度。由于石英晶体的精度和稳频措施不同，石英晶体振荡器可以获得高达10的-4至10的-11量级的频率稳定度。晶体谐振器是一个串、并联谐振回路，串并联谐振频率fq、fp分别为

一般石英晶体的Lq很大，Cq很小，与同样频率的LC元件构成的回路相比，Lq、Cq与LC元件数值要相差4至5个数量级；同时，晶体谐振器的品质因数也非常大。晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振阻抗。

在晶体振荡器中，把石英晶体谐振器用作等效感抗，振荡频率必处于fq与fp之间的狭窄频率范围内。由于石英晶体的高Q特性，等效感抗X随w的变化率极其陡峭，它对频率的变化非常敏感。因而在晶体振荡器的振荡系统中出现频率不稳定因素影响，使振荡系统的x总和不等于0时石英晶体具有极高的频率补偿能力，晶体振荡器的振荡频率只要有极微小的变化，就足以保持振荡系统的x总和等于0

晶体振荡器的工作频率非常稳定。晶体振荡器依据在电路中的作用，可分为并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器两大类。 2.实验电路

本实验采用石英晶体振荡器，如图所示为实验电路图。

3.实验电路分析

实验内容

（1）静态工作点（晶体管偏置）不同对振荡器振荡频率、幅度和波形的影响 （2）振荡器的频率范围在最佳反馈条件下，调整C3从最大到最小，观察并记录振荡器的振荡频率的变化。minf=4.338 MHz maxf=4.442MHz

（三）负载变化对振荡器的影响

1、K1断开的情况下，将振荡器的振荡频率调整到4.4MHz左右，此时频率fosc=4.4MHz，幅度Vopp=2.04V。

负载变化对振荡器工作频率的影响是：振荡器工作频率稳定，基本不受负载影响 负载变化对振荡器输出幅度的影响是：负载值越大，输出幅度变化越小 （四）负载变化对两种振荡器的不同影响

比较实验一与实验二的结果，可知，负载变化对两种振荡器的不同影响是：负载越大，输出幅度变化越小；由于石英晶体振荡器很稳定，所以工作频率基本不受负载变化的影响

将晶振信号调整使得震荡更平稳

把晶振输出的信号接入高频小信号放大器中

放大倍数约为832mV/200mV=4.16 思考题

LC震荡可用的频率范围宽，电路简单灵活，成本低，容易做到正弦波输出和可调频率输出。但它的频率稳定度低，温漂时漂都比较大。

A、晶体振荡器的震荡频率主要由石英晶体谐振器的频率决定，串联谐振的频率主要取决于晶片的尺寸，石英的物理化学性质都很稳定，受温度湿度的影响小，Lq、Cq稳定，fq稳定。

B、接入系数n远小于一，减少了不稳定因素对频率的影响，使得晶振频率基本不受外界因素的影响

C、石英晶体的Q值非常高，维持震荡频率稳定不变的能力极高

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