LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
10. 進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握正弦波振蕩電路的相關(guān)理論。
11. 掌握電容三點(diǎn)式LC振蕩電路的基本原理,熟悉其各元件功能;熟悉靜態(tài)工作點(diǎn)、耦合電容、反饋系數(shù)、等效Q值對(duì)振蕩器振蕩幅度和頻率的影響。
12. 比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度,加深對(duì)晶體振蕩器頻率穩(wěn)定高的原因理解。
二、實(shí)驗(yàn)使用儀器
1.LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)板
2.20MH雙蹤示波器
3. 萬(wàn)用表
三、實(shí)驗(yàn)基本原理與電路
1. LC振蕩電路的基本原理
LC振蕩器實(shí)質(zhì)上是滿足振蕩條件的正反饋放大器。LC振蕩器是指振蕩回路是由LC元件組成的。從交流等效電路可知:由LC振蕩回路引出三個(gè)端子,分別接振蕩管的三個(gè)電極,而構(gòu)成反饋式自激振蕩器,因而又稱(chēng)為三點(diǎn)式振蕩器。如果反饋電壓取自分壓電感,則稱(chēng)為電感反饋LC振蕩器或電感三點(diǎn)式振蕩器;如果反饋電壓取自分壓電容,則稱(chēng)為電容反饋LC振蕩器或電容三點(diǎn)式振蕩器。
在幾種基本高頻振蕩回路中,電容反饋LC振蕩器具有較好的振蕩波形和穩(wěn)定度,電路形式簡(jiǎn)單,適于在較高的頻段工作,尤其是以晶體管極間分布電容構(gòu)成反饋支路時(shí)其振蕩頻率可高達(dá)幾百MHZ~GHZ。
普通電容三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的LC元件的值有關(guān),而且還與晶體管的輸入電容




串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路——克拉潑電路
![]() |


其中


選





這就使



振蕩幅度取決于折合到晶體管



由上式看出,









并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路——西勒電路回路諧振頻率


其中,回路總電容


選






折合到晶體管輸出端的諧振電阻


其中接入系數(shù)








2. 晶體振蕩電路的基本原理
石英晶體振蕩器就是以石英晶體諧振器取代



由石英諧振器(石英晶體振子)構(gòu)成的振蕩電路通常叫“晶振電路”。從晶體在電路中的作用來(lái)看分兩類(lèi):一類(lèi)是工作在晶體并聯(lián)諧振頻率附近,晶體等效為電感的情況,叫做“并聯(lián)晶振電路”。另一類(lèi)是工作在晶體串聯(lián)諧振頻率附近,晶體近于短路的情況,叫做“串聯(lián)晶振電路”。
本實(shí)驗(yàn)采用“并聯(lián)晶振電路”這種電路由晶體與外接電容器或線圈構(gòu)成并聯(lián)諧振回路,按三點(diǎn)線路的連接原則組成振蕩器,晶體等效為電感。在理論上可以構(gòu)成三種類(lèi)型基本電路,但在實(shí)際應(yīng)用中常用的是如圖4-3所示的電路,稱(chēng)“皮爾斯”電路。這種電路不需外接線圈,而且頻率穩(wěn)定度較高。


圖4-3 并聯(lián)晶體振蕩器原理電路圖 4--4 并聯(lián)晶體振蕩器實(shí)例





圖4-5是圖4-4 中諧振回路的等效電路。
該諧振回路的電感就是

應(yīng)由






圖4-5 圖4-4中諧振回路的等效電路

選擇電容時(shí),




所以











3.實(shí)驗(yàn)電路
LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)電路如圖4-6。斷開(kāi)J1、連接J2、J3構(gòu)成LC西勒電路振蕩電路;斷開(kāi)J2、連接J1、J3構(gòu)成并聯(lián)型晶體正弦波振蕩電路。

圖4-6 LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)電路
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.LC振蕩器性能測(cè)試。
2.并聯(lián)晶體振蕩器性能測(cè)試
3.LC振蕩器和晶體振蕩器性能比較。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1.LC振蕩器性能測(cè)試
在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)模塊。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開(kāi)關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。斷開(kāi)J1、連接J2、J3構(gòu)成LC西勒振蕩電路。
(1)測(cè)試靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響
調(diào)整RW1,由TP1測(cè)試T1發(fā)射極電流,觀測(cè)發(fā)射極電流改變對(duì)振蕩頻率和幅度的影響。(R4=1K)。IEQ(mA)=V(TP1)/R4
表4-1靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)振蕩器工作的影響
IEQ(mA) | ||||||||
f(MHz) | ||||||||
Vp-p(V) |
(2)振蕩器頻率范圍的測(cè)量
用小起子調(diào)整微調(diào)電容CV1值(2/25p),同時(shí)用頻率計(jì)在OUT端測(cè)量輸出振蕩信號(hào)的頻率值,觀測(cè)振蕩頻率的改變。(注意微調(diào)電容表面扇形鍍銀部分,從相對(duì)另一引出腳最近到最遠(yuǎn),每轉(zhuǎn)動(dòng)180度即完成容量最大到最小的全過(guò)程,多旋動(dòng)是沒(méi)有意義的,只會(huì)加速元件的磨損)
表4-2 振蕩器頻率范圍的測(cè)量
f(MHz) | Vp-p(V) | |
Cmin | ||
Cmax |
(3)反饋系數(shù)對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響
J3、J4、J5不同組合可構(gòu)成多種反饋系數(shù),觀測(cè)反饋系數(shù)對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響。
表4-3 反饋系數(shù)對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響
F | |||||
f(MHz) | |||||
Vp-p(V) |
(4)頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
(a) 短期頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
用頻率計(jì)在OUT端測(cè)量振蕩頻率,觀察1分鐘左右振蕩頻率f0的變化情況,并記錄兩個(gè)頻率值f01(開(kāi)始值),f02(最大變化值)。計(jì)算LC振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度Δf0/f0
表4-4短期頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
f01(開(kāi)始值MHz) | f02(最大變化值MHz) | 短期頻率穩(wěn)定度Δf0/f0 |
(b) 觀察溫度變化對(duì)振蕩頻率的影響。(若無(wú)電吹風(fēng),可不作該實(shí)驗(yàn))
用電吹風(fēng)在距電路15cm處對(duì)著電路吹熱風(fēng),用頻率計(jì)在OUT端測(cè)量振蕩頻率,觀察1分鐘左右振蕩頻率f0的變化情況,
表4-4短期頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
室溫f01 MHz | 加溫后f02 MHz | 頻率穩(wěn)定穩(wěn)定度Δf0/f0 |
2.晶體正弦波振蕩器性能測(cè)試
在實(shí)驗(yàn)箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K。接通實(shí)驗(yàn)箱上電源開(kāi)關(guān)電源指標(biāo)燈點(diǎn)亮。斷開(kāi)J2、連接J1、J3構(gòu)成LC晶體并聯(lián)振蕩電路。
(1)測(cè)試靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響
調(diào)整RW1,由TP1測(cè)試T1發(fā)射極電流,觀測(cè)發(fā)射極電流改變對(duì)振蕩頻率和幅度的影響。(R4=1K)。
表4-1靜態(tài)工作點(diǎn)變化對(duì)振蕩器工作的影響
IEQ(mA) | ||||||||
f(MHz) | ||||||||
Vp-p(V) |
(2)振蕩器頻率范圍的測(cè)量
用小起子調(diào)整微調(diào)電容CV1值(2/25p),同時(shí)用頻率計(jì)在OUT端測(cè)量輸出振蕩信號(hào)的頻率值,觀測(cè)振蕩頻率的改變。
表4-2 振蕩器頻率范圍的測(cè)量
f(MHz) | Vp-p(V) | |
Cmin | ||
Cmax |
(3)反饋系數(shù)對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響
J3、J4、J5不同組合可構(gòu)成多種反饋系數(shù),觀測(cè)反饋系數(shù)對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響。
表4-3 反饋系數(shù)對(duì)振蕩器工作狀態(tài)的影響
F | |||||
f(MHz) | |||||
Vp-p(V) |
(4)頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
(a) 短期頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
用頻率計(jì)在OUT端測(cè)量振蕩頻率,觀察1分鐘左右振蕩頻率f0的變化情況,并記錄兩個(gè)頻率值f01(開(kāi)始值),f02(最大變化值)。計(jì)算LC振蕩器的短期頻率穩(wěn)定度Δf0/f0
表4-4短期頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
f01(開(kāi)始值MHz) | f02(最大變化值MHz) | 短期頻率穩(wěn)定度Δf0/f0 |
(b) 觀察溫度變化對(duì)振蕩頻率的影響。(若無(wú)電吹風(fēng),可不作該實(shí)驗(yàn))
用電吹風(fēng)在距電路15cm處對(duì)著電路吹熱風(fēng),用頻率計(jì)在OUT端測(cè)量振蕩頻率,觀察1分鐘左右振蕩頻率f0的變化情況,
表4-4短期頻率穩(wěn)定度的測(cè)量
室溫f01 MHz | 加溫后f02 MHz | 頻率穩(wěn)定穩(wěn)定度Δf0/f0 |
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1.整理按實(shí)驗(yàn)步驟所得的數(shù)據(jù),繪制記錄的波形
2.畫(huà)出工作點(diǎn)和反饋系數(shù)對(duì)LC振蕩器和晶體振蕩器振蕩頻率和幅值的影響曲線 ,比較兩者的區(qū)別。
3.總結(jié)由本實(shí)驗(yàn)所獲得的體會(huì)。