高频振荡器实验.ppt
LC三点式与石英晶体 振荡器实验,实 验 三,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.串联型晶体振荡器电路。,2做本实验时所用到的仪器：,问题,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,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，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,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。,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。,三、实验应知知识,三、电路工作原理,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,e,c,分别与三个电抗性元件相连接,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,与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,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：,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MHz到几百MHz的甚高频波段范围。电路的缺点：调C1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，基本上不会影响反馈系数。,电容反馈三端电路的振荡频率为,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：,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,高频等效电路为：,电感反馈三端电路的振荡频率为,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，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。使振荡频率的稳定度得以提高。,因为C3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：,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盖率较小，仅达；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：,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。,高频等效电路为：,振荡频率,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；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荡频率的振荡电路称为石英晶体振荡（简称晶振）,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：,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；,当 时，电抗x=呈并谐，等效开路；,当 时，电抗x 0呈容性；,当 时，电抗x 0呈感性，在晶振电路中等效为电感,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JTL(s oscp),1)皮尔斯振荡器（JT 等效电容三点式中的电感）,三、实验应知知识,2、串联型晶振电路：,a、注意安全操作规程，确保人身安全,注意人身安全和仪器设备的安全,为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。,调换仪器时应切断实验台的电源。,逐步养成用右手进行单手操作的习惯。,b、爱护仪器设备,仪器在使用过程中，不必经常开关电源。,切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。,仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，请勿随便调换配件。,实验电路采用的是串联（克拉伯）/并联（西勒）改进三点电容反馈与晶体振荡电路，当拨码开关SW3拨置“左”“中”或“右”端时，可分别构成串联/并联改进三点电容反馈与并联型石英晶体振荡器。为了尽可能地减小负载对振荡电路的影响，采用了射随器作为隔离级，其电路的电原理图如图所示。图中，拨码开关SW1为验证反馈系数，SW3为LC震荡器与晶体振荡器转换选择，SW2为验证负载（即回路Q值）变化对振荡器的影响，跳线开关K为振荡器输出信号经由或不经由射随器隔离输出转换。,三、实验电路与说明,振荡管选用9014,LC与晶体振荡转换跳线开关SW3，,反馈系数验证跳线开关SW1，,回路等效Q值的变化验证跳线开关SW2。,OUT为振荡信号从射极输出,OUT为振荡信号从集电极输出,K为振荡输出信号转换,实验内容一：振荡电路静态工作点的调整,实验准备,SW2“1”，RL=10K,SW3“1”（LC克拉伯振荡）,实验数据记录,。,调整RW电位器，使IC=1.5mA（Ve=4.95V),调整时采用间接测量法：即用直流电压表测量晶体管发射极对地电压，并将测量结果记录于表中。,四、实验内容与操作步骤,SW1全开路（停振）,实验内容二：振荡器的频率与幅度调测,实验准备,SW1“1”（C2=470pf）SW2“全开”（RL=）SW3“1”（LC克拉伯振荡）,实验数据记录,用示波器测量振荡器的输出端“OUT1”，观察Vo波形，若无振荡输出，则需检查电路，调整元件，直至电路振荡。分别记录此时振荡器发射极输出（OUT1）与集电极输出（OUT）点的信号波形、频率和幅度。并说明不同点输出信号的差异。,适当调整RW使（OUT）点输出Vo最大且出现不失真的正弦波。记录此时最佳状态下的Vo波形和幅度，振荡fo与集电极电流IC。,保持以上基本设置不变，将拨码开关SW3“2”拨通，使之为LC西勒振荡器。记录此时最佳状态下的Vo波形和幅度，振荡fo与集电极电流IC,将拨码开关SW3“3”拨通，“1与2”断开。使之为晶体振荡器。记录此时最佳状态下的Vo波形和幅度，振荡fo与集电极电流IC,实验内容三：研究工作点Ic的变化对振荡器性能的影响,振荡器基本设置条件：（LC西勒振荡、C2=510p、RL=）,按表所列数据要求，改变Ico，将测试结果记录于表中。记录本实验电路停振时的最大Ico=？mA,注：调整一项数据后，将SW3拨码开关切换至“3”，记录晶体振荡器的数据,实验内容四：研究反馈系数F的变化对振荡器性能的影响；,实验准备,SW3“1与2”（LC西勒振荡）,SW2“全开”（RL=）并调整Rw,使Ic=最佳数值。,按表所列数据要求，改变SW1开关位置，转换C2将测试结果记录于表中。,注：调整一项数据后，将SW3拨码开关切换至“3”，记录晶体振荡器的数据,实验内容五：研究负载RL变化对振荡器性能的影响,实验准备,SW3“1与2”（LC西勒振荡）,SW1“2”（C2=510Pf）并调整Rw,使Ic=最佳数值,按表所列数据，调节SW2，分别改变负载电阻。将测试结果记录于表中。,注：调整一项数据后，将SW3拨码开关切换至“3”，记录晶体振荡器的数据,实验内容六：扩展实验1-压控振荡器压控特性测量,实验准备,将压控振荡与调频电路模块接入+12V电源,熟悉并掌握压控振荡与调频电路模块,所谓压控振荡器VCO(Voltage Controlled Oscillator就是指振荡器输出信号的频率受输入电压控制的振荡电路，即振荡器的中心频率fo随着控制电压VD的变化而改变。,实验内容六：扩展实验1-压控振荡器压控特性测量,按表所列数据，调节RW，分别改变控制电压的大小。将测试结果记录于表中。,根据实验数据结果，体会压控振荡器的工作原理,一、实验报告内容：1、写明实验目的.2、画出实验电路原理图并说明实验电路的结构形式与工作原理。3、写明实验所用仪器。4、写明实验项目并整理实验数据。比较LC振荡器与晶体振荡器数据，得出你的结论。,第一题：对于一个实际的振荡器，用万用电表检查它，能否判断它是否起振？,第二题：为什么反馈系数要选取F=0.5-0.01,过大，过小有什么不好？,第三题 对于LC电路，为什么当静态电流发生变化时，其振荡频率会发生变化？,第四题：对于西勒电路，当频率变化时，为什么幅度变化不太明显？,二、实验思考题：,振幅调制与解调,下次实验提示,实验预习内容,幅度调制、同步检波、混频器、倍频器、鉴频器等基本概念。MC1496 四象限模拟乘法器 用模拟乘法器实现频率变换的电路。,答1：能，主要根据起振前后，发射极直流电压是否变化。若发射极电压大于静态时的电压，表明电路已发生振荡。,答2：从起振条件(Yfb/GP+(F*F)gib)*F1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，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。,
