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1、实验四 LC、晶体正弦波振荡电路实验 杨韧121180143一实验目的1. 进一步学习掌握正弦波振荡电路的相关理论。2. 掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其电路中各元件的功能；熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响。 3.掌握晶体振荡电路的基本原理，熟悉串联型和并联型晶体振荡器电路各自的特点。理解电路中各元件的功能；熟悉静态工作点、反馈系数、对振荡器振荡幅度和频率的影响。4. 比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深对晶体振荡器频率稳定高的原因理解。 二、实验使用仪器1LC、晶体正弦波振荡电路实验板2200MH泰克双踪示波器3.FLUKE万用表4.
2、高频信号源5.频谱分析仪（安泰信）三、实验基本原理与电路1. LC振荡电路的基本原理普通电容三点式振荡器的振荡频率不仅与谐振回路的LC元件的值有关，而且还与晶体管的输入电容以及输出电容有关。当工作环境改变或更换管子时，振荡频率及其稳定性就要受到影响。为减小、的影响，提高振荡器的频率稳定度，提出了改进型电容三点式振荡电路串联改进型克拉泼电路、并联改进型西勒电路。 易于起振，振荡幅度增加，使在波段范围内幅度比较平稳，频率覆盖系数较大，可达1.61.8。西勒电路频率稳定性好，振荡频率可以较高。2. 晶体振荡电路的基本原理 本实验采用“并联晶振电路”这种电路由晶体与外接电容器或线圈构成并联谐振回路，按
3、三点线路的连接原则组成振荡器，晶体等效为电感。在理论上可以构成三种类型基本电路，但在实际应用中常用的是如图4-3所示的电路，称“皮尔斯”电路。这种电路不需外接线圈，而且频率稳定度较高。 图4-3 并联晶体振荡器原理电路图 图4-4 并联晶体振荡器实例 图4-4给出了这种电路的实例。这里，晶体等效为电感，晶体与外接电容（包括4.520pF与20pF两个小电容）和、组成并联回路，其振荡频率应落在与之间。3.实验电路LC、晶体正弦波振荡电路实验电路如图4-6。断开J1、连接J2、J3构成LC西勒电路振荡电路；断开J2、连接J1、J3构成并联型晶体正弦波振荡电路。四、实验内容 1LC振荡器性能测试。2
4、并联晶体振荡器性能测试 3LC振荡器和晶体振荡器性能比较。五、实验步骤及数据记录与分析1LC振荡器性能测试断开J1、连接J2、J3构成LC西勒振荡电路。（1）测试静态工作点变化对振荡器工作状态的影响 调整RW1，由TP1测试T1发射极电流，观测发射极电流改变对振荡频率和幅度的影响。（R4=1K）。IEQ(mA)V（TP1）/R4IEQ(mA)1.5mA2mA2.5mA3mA3.5mAf(MHz)10.3110.4010.4110.3210.37Vp-p(V)0.7040.8881.081.401.10二次谐波失真（dB）16.819.219.618.825.2三次谐波失真（dB）46.850.
5、450.852.853.6 由实验数据可以看出，在不同的IEQ下，输出频率虽然不完全相同，但是基本在10.6MHz附近，即静态工作点变化对振荡器输出频率影响不大。 电阻R4决定晶体管的射极静态的直流电流IEQ，通常IEQ越大，晶体管放大电路的放大倍数也越大。由实验测得数据可以看出，在3.5mA之前，随着IEQ的增大，输出电压峰峰值越来越大，即放大倍数越来越大。而IEQ继续增大，输出电压峰峰值不但没有继续上升，反而略有下降，应该是由于IEQ过大电路工作状态进入饱和区而放大倍数有所下降。 表格内所记录的谐波失真值均为谐波失真与基波的值，即数值越小，失真越大。由数据可以看出，随着IEQ的增大，放大倍
6、数增大的同时，谐波失真也增大。（2）振荡器频率范围的测量用小起子调整微调电容CV2值（2/25p），同时用频率计在OUT端测量输出振荡信号的频率值，观测振荡频率的改变。f(MHz)Vp-p(V)Cmin9.770.988Cmax10.990.996由数据可以看出，实验中所用电路模板在西勒振荡电路下的振荡器频率范围为9.77Hz-10.99MHz。输出振荡信号频率增加时，输出幅值也略有增加。（3）反馈系数对振荡器工作状态的影响 J3、J4、J5不同组合可构成多种反馈系数，观测反馈系数对振荡器工作状态的影响。 表4-3 反馈系数对振荡器工作状态的影响F1/21/31/41/51/6f(MHz)10
7、.4710.3810.3110.2910.04Vp-p(V)1.081.031.010.9200.800二次谐波失真（dB）20.419.619.617.615.2三次谐波失真（dB）50.850.851.650.446.8( 注 C1:100p C4:100p C5：200p C6:300p)由实验数据可以看出，不同的反馈系数下，振荡器输出频率基本不变。2晶体正弦波振荡器性能测试在实验箱主板上插上LC、晶体正弦波振荡电路实验模块。接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。断开J2、连接J1、J3构成LC晶体并联振荡电路。（1）测试静态工作点变化对振荡器工作状态的影响 调整RW1，由TP1测试T1发
8、射极电流，观测发射极电流改变对振荡频率和幅度的影响。（R4=1K）。IEQ(mA)2mA2.5mA3mA3.5mAf(MHz)10.68910.69410.69810.698Vp-p(V)0.8321.041.221.02二次谐波失真（dB）17.215.619.615.2三次谐波失真（dB）34.431.231.023.6由实验数据可以看出，振荡频率就一直稳定在10.6MHz没有什么变化，对比与西勒振荡电路输出频率的波动，可见LC晶体并联振荡电路有更好的频率稳定性，这一良好性质与晶体特性密不可分。由实验测得数据可以看出，随着IEQ的增大，输出电压峰峰值越来越大，即放大倍数越来越大。表格内所记
9、录的谐波失真值均为谐波失真与基波的值，即数值越小，失真越大。由数据可以看出，随着IEQ的增大，放大倍数增大的同时，谐波失真也增大。可见，静态工作点变化对LC晶体并联振荡电路工作状态的影响与前面对西勒振荡电路的影响相仿。但相比于西勒振荡电路，LC晶体并联振荡电路的线性范围更大。（2）振荡器频率范围的测量用小起子调整微调电容CV1值（2/25p），同时用频率计在OUT端测量输出振荡信号的频率值，观测振荡频率的改变。f(MHz)Vp-p(V)Cmin10.69900.563Cmax10.69951.47LC晶体并联振荡电路的振荡频率范围基本就在10.6MHz，几乎不会改变，调整CV1电容反而影响更多
10、的是输出幅值。（3）反馈系数对振荡器工作状态的影响J3、J4、J5不同组合可构成多种反馈系数，观测反馈系数对振荡器工作状态的影响。 F1/21/31/41/51/6f(MHz)10.710.710.710.710.7Vp-p(V)1.471.271.201.191.16二次谐波失真（dB）15.816.415.616.818.8三次谐波失真（dB）33.538.236.936.437.9 ( 注 C1:100p C4:100p C5:200p C6:300p)由实验数据看出，不同的反馈系数下，振荡频率很稳定。而与西勒振荡电路中测得情况相仿，随着反馈系数减小，输出电压峰峰值也减小。谐波失真减小应
11、该是因为随着增益减小而减小的。六、实验总结与体会1.在实验分析中发现如果有记录实验的输入幅值，会能够明确具体的算出电路的平均放大倍数A，能够更好的进行数据分析。可惜在实验中没有意识到这一点，导致了分析上的一些不足。2.在实验中因为没有电吹风这样的器材，所以没有能够完成温度变化对振荡频率的影响的测量。3.实验所测量的西勒振荡电路与LC晶体并联振荡电路都是并联型振荡电路。如果加入克拉泼串联型电路测量相关数据，对比并联与串联型电路的数据，则能够得到更多对比性质。4.实验中发现，示波器的探头夹入电路测量时，因为跳线的连接并不是很紧，有时探头会将临近的跳线顶起，使得实际实验电路发生改变，影响实验准确性。实验中应注意在探头接入后检查一下临近跳线的接合是否仍然紧密。
