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1、晶体振荡器与压控振荡器一、实验目的： 体正弦波振荡器。 晶体振荡器与压控振荡器 1掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并联变换的晶2比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。 二、实验内容： 1熟悉振荡器模块各元件及其作用。 2分析与比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。 3改变变容二极管的偏置电压，观察振荡器输出频率的变化。 三、基本原理： 1.下图是石英晶体谐振器的等效电路： 图中C0是晶体作为电介质的静电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。Lq、Cq、rq是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。rq是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。由图3-1可以看出，晶体振荡器
2、是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0分别为 fq=1/2LqCq，f0= fq1+Cq/Co 图1 晶体振荡器的等效电路 当WWq或W Wo时，晶体谐振器显容性；当W在Wq和Wo之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。由于Lq很大，即使在Wq处其电抗变化率也很大。其电抗特性曲线如图所示。实际应用中晶体工作于WqWo之间的频率，因而呈现感性。 1 图2 晶体的电抗特性曲线 设计内容及要求 2 并联型晶体振荡器 图 3 c-b型并联晶体振荡器电路 VCCLcC3Q1C1RLRLRb1Q1C1CcC3Y1CbReY1C2Rb2GNDReC2图 4 皮尔斯原理
3、电路 2 图 5 交流等效电路 C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上，C1、C2、C3串联组成石英晶体谐振器的负载电容CL上，其值为 CL=C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3)Cq/ (C0+CL)1 3.电路的选择： 晶体振荡电路中，与一般LC振荡器的振荡原理相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。根据实际常用的两种类型，电感三点式和电容三点式。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度
4、，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。所以它具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。 VCC12VR1100kKey=AR46.8kC4Q12N3904R210kR3510C2120pFC120pF0.01FR610kX1HC-49/US_7MHzL110H35%C530pF图 6 工作电路 4.选择晶体管和石英晶体 根据设计要求， 3 选择高频管2N3904型晶体管作为振荡管。查手册其参数如下： T =300MHz；40，取 =60；NPN型通用；额压：20V；Icm=20mA；Po= 0.1W；T / =5 MHz。 石英谐振器
5、可选用HC-49S系列，其性能参数为： 标称频率。=6 MHz；工作温度：-40+70；25时频率偏差：士310-6士3010-6；串联谐振电阻：60W；负载电容：CL=10PF,激励功率：0.010.1mW。 5.元器件参数的计算 a）、 确定三极管静态工作点 正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。振荡器主电路的静态工作点主要由Rb1、Rb2、Re、R决定，将电感短路，电容断路，得到直流通路如图所示。 VCCRRb1Q1Rb2GNDRe图7 直流通路等
6、效电路 高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。取ICQ=0.55mA,若取VCC=12V,ICQ=2mA,VCEQ=0.8VCC10V,则有 Re=VCC-VCEQ / ICQ=(12-10)V/2mA=1k (.1) IBQ=ICQ /=2mA / 50=0.04mA若取流过Rb2的电流Ib2为10 IBQ，则Ib2=10 IBQ=0.40mA，则取： VBQ= Rb2 *VCC / (Rb1+Rb2) VEQ +0.7V=2V+0.7V=2.7V (.2) Rb2= VBQ / Ib2 =2.7V/0.40mA=6.75k, Rb1 =23.25 k
7、(3) 实际电路中，Rb1用6.5 k与50 k电位器串联，Rb2取6.5 k，以便工作点的调整。 b）、交流参数的确定 对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为6MHZ，则由晶振参数知负载电容CL=10pF，即C2，C3，C1串联后的总电容为10 pF 根据负载电容的定义，CL=1/(1/C1,2)+1/C3 由反馈系数F=C1/C2和C1,2=C1C2/C1-C2两式联立解，并取F=1/2 则C1=51pF，C2=100pF，C3=30pF 为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈。 4 四仿真： 仿真电路 VCCJ1R1100kKey=AR46.8kC4C3Q12N3904R210kR31kC2100pFC150pF30pFKey=A30%X1HC-49/US_7MHzC520pFRL10k0.01FKey = A L110HA+_+B_12VXSC2Ext Trig+_35%输出稳定正弦波，频率和幅度均可达到要求 调R1 可以调静态工作点； C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上。 ，输出波形为正弦波，幅值为Vo=1.554V，输出频率f=10.08MHZ，波形有较小的失真，这是由于元件参数的精度较低导致的，该振荡器的设计符合设计要求. 5
