1、 實實 驗驗 三三 實驗知識準備實驗知識準備i. GP-4i. GP-4實驗實驗振蕩與調制電路單元）。振蕩與調制電路單元）。ii.TDS1002 ii.TDS1002 數字存貯示波器。數字存貯示波器。iii.DT9205Niii.DT9205N數字萬用表。數字萬用表。1 1做本實驗時應具備的知識點：做本實驗時應具備的知識點： i.三點式LC 振蕩器的基本組成特點。 ii.三點電容、三點電感、克拉潑、西勒振蕩電路。 iii.靜態(tài)工作點、反饋系數、等效Q 值對振蕩器工作的影響。 iiii.石英晶體的特性與晶體振蕩器特點。 iiiii.串聯型晶體振蕩器電路。2 2做本實驗時所用到的儀器：做本實驗時所

2、用到的儀器：問題一、實驗目的一、實驗目的 通過本實驗，加深對LC三點式正弦波振蕩電路與晶體振蕩電路的組成、工作原理的理解與掌握，并且能進一步了解正弦波振蕩電路的基本起振條件。掌握三點式與晶體式正弦波振蕩的基本特性，熟悉和掌握對振蕩電路的分析方法。 在實驗過程中，通過調測振蕩電路，掌握LC三點式與晶體振蕩電路的各項技術指標的測試技能。 5 5、研究負載電阻不同時、研究負載電阻不同時, ,振蕩器振幅與頻率的關系。振蕩器振幅與頻率的關系。1 1、三端式與晶體高頻振蕩器電路結構與特點的研究。、三端式與晶體高頻振蕩器電路結構與特點的研究。2 2、電容三點式、電容三點式LCLC振蕩器靜態(tài)工作點的調整與測量

3、。振蕩器靜態(tài)工作點的調整與測量。3 3、測定三端式與晶體振蕩器的振蕩頻率與振蕩幅度、測定三端式與晶體振蕩器的振蕩頻率與振蕩幅度. .4 4、研究反饋系數不同時、研究反饋系數不同時, ,起振點、振幅與工作電流的關系起振點、振幅與工作電流的關系. .二、實驗內容二、實驗內容6 6、測試、分析并比較、測試、分析并比較LCLC振蕩器與晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。振蕩器與晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。1.1.振蕩器的定義振蕩器的定義: : 所謂振蕩器是指：在沒有激勵信號的情況下，能自動的將直流電源能所謂振蕩器是指：在沒有激勵信號的情況下，能自動的將直流電源能量轉換為具有一定波形、一定頻率和一定幅度的周期性交流信號

4、輸出的電量轉換為具有一定波形、一定頻率和一定幅度的周期性交流信號輸出的電子電路。子電路。高頻加熱設備高頻加熱設備醫(yī)療儀器醫(yī)療儀器各類電子設備各類電子設備發(fā)射機發(fā)射機( (載波頻率載波頻率fCfC）儀器儀表振蕩源儀器儀表振蕩源數字系統(tǒng)時鐘信號數字系統(tǒng)時鐘信號接收機接收機本地振蕩頻率本地振蕩頻率fLfL）作為信號源作為信號源廣泛應用于廣泛應用于 為此為此, ,振蕩器是各種高頻電路中最基本和常用的單元線路振蕩器是各種高頻電路中最基本和常用的單元線路, ,也也是從事電子技術工作人員必須要熟練掌握的基本電路。是從事電子技術工作人員必須要熟練掌握的基本電路。三、實驗應知知識三、實驗應知知識 2振振蕩蕩器器

5、的的用用途途三、實驗應知知識三、實驗應知知識3 3 振蕩器分類振蕩器分類反饋振蕩器反饋振蕩器按振按振蕩原蕩原理分理分 負阻振蕩器負阻振蕩器按振按振蕩信蕩信號波號波形分形分正弦波正弦波振蕩器振蕩器非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器多諧振蕩器）多諧振蕩器） 正弦振蕩電路與非正弦振正弦振蕩電路與非正弦振蕩電路的一個重要區(qū)別是蕩電路的一個重要區(qū)別是:正弦正弦振蕩電路具有選頻網絡。振蕩電路具有選頻網絡。LCLC振蕩器振蕩器按選頻按選頻回路元回路元件性能件性能RCRC振蕩器振蕩器晶體振蕩器晶體振蕩器振蕩頻率較低，一般振蕩頻率較低，一般為幾為幾HZHZ幾百幾百KHZKHZ。振蕩頻率穩(wěn)定度高，振蕩頻率穩(wěn)定度高，振蕩

6、頻率同上。振蕩頻率同上。LCLC振蕩器的振蕩頻率比較振蕩器的振蕩頻率比較高，一般為幾百高，一般為幾百KHZKHZ以上以上開關電容振蕩器開關電容振蕩器LCLC振蕩器振蕩器互感耦合互感耦合LCLC、差分對管、差分對管LCLC三點式三點式三點電容三點電容考畢茲）考畢茲）三點電感三點電感哈特萊）哈特萊）改進三改進三點式點式電容串聯改進電容串聯改進克拉潑）克拉潑）電容并聯改進電容并聯改進西勒）西勒）晶體振蕩器晶體振蕩器串聯型串聯型并聯型并聯型皮爾斯皮爾斯密密 勒勒在實際工程領域，振蕩器應用在實際工程領域，振蕩器應用廣泛，其分類方法：廣泛，其分類方法：4.4.反饋振蕩器的電路組成反饋振蕩器的電路組成4.1

7、 4.1 反饋振蕩器的電路組成反饋振蕩器的電路組成正弦波反饋振蕩器主要由三個部分構成正弦波反饋振蕩器主要由三個部分構成 電源電源 放大網絡放大網絡 選頻網絡選頻網絡 反饋網絡反饋網絡 放大網絡放大網絡 以有源器件為主體，起能量轉換作用，將直流電源提以有源器件為主體，起能量轉換作用，將直流電源提供的能量，通過振蕩系統(tǒng)轉換成固定頻率的交流能量，即供的能量，通過振蕩系統(tǒng)轉換成固定頻率的交流能量，即構成驅動系統(tǒng)。構成驅動系統(tǒng)。 選頻回路選頻回路 反饋網絡反饋網絡選擇所需的某一頻率并滿足振蕩條件，從而形成單一頻率的正弦振蕩。選擇所需的某一頻率并滿足振蕩條件，從而形成單一頻率的正弦振蕩。 將輸出信號通過正

8、將輸出信號通過正反饋引至放大電路的輸反饋引至放大電路的輸入端，以維持振蕩系統(tǒng)入端，以維持振蕩系統(tǒng)的正常振蕩。的正常振蕩。 互感反饋振蕩器：由互感互感反饋振蕩器：由互感變壓器變壓器構成反饋網絡構成反饋網絡電感反饋振蕩器：由電感構成反饋網絡電感反饋振蕩器：由電感構成反饋網絡電容反饋振蕩器：由電容構成反饋網絡電容反饋振蕩器：由電容構成反饋網絡三、實驗應知知識三、實驗應知知識三、實驗應知知識三、實驗應知知識4 4 反饋型正弦波振蕩器的電路構成與工作原理反饋型正弦波振蕩器的電路構成與工作原理一、基本含義：一、基本含義： 凡是從輸出信號中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信凡是從輸出信號中取出一部分反饋到輸入

9、端作為輸入信號，勿須外部提供激勵信號，能產生持續(xù)等幅正弦波輸出，號，勿須外部提供激勵信號，能產生持續(xù)等幅正弦波輸出，稱為反饋型正弦波振蕩器。稱為反饋型正弦波振蕩器。二、電路構成框圖二、電路構成框圖1放大電路放大電路2諧振回路諧振回路3正反饋網絡反饋型振蕩器一般由三大部分組成。反饋型振蕩器一般由三大部分組成。 iV oV fV fV三、實驗應知知識三、實驗應知知識三、電路工作原理三、電路工作原理 iV oV oV fV fV vA fvk電路框圖如圖所示電路框圖如圖所示接通電源瞬間，電路產生脈動電流。含有豐富的諧波接通電源瞬間，電路產生脈動電流。含有豐富的諧波 利用利用LCLC回路的選頻作用，對

10、脈動信號的某次諧波諧振，產生對某單一頻率回路的選頻作用，對脈動信號的某次諧波諧振，產生對某單一頻率的信號輸出。的信號輸出。 諧振放大器輸出的信號電壓經反饋網絡產生回授電壓諧振放大器輸出的信號電壓經反饋網絡產生回授電壓ufuf，作，作為正回授反饋到基極。且為正回授反饋到基極。且ufuiufui。經放大后再輸出，再回授。經放大后再輸出，再回授。振蕩器只要滿足振蕩器只要滿足A A* *F1F1，振蕩器則周而復始形成對某單一頻率信號放大，振蕩器則周而復始形成對某單一頻率信號放大回回授授, ,且有且有uinui2ui1.uinui2ui1.從而形成振蕩過程，實現將直流能量轉換成交流信號。從而形成振蕩過程

11、，實現將直流能量轉換成交流信號。三、實驗應知知識三、實驗應知知識5 5 三點式三點式LCLC正弦波振蕩器的電路構成與工作原理正弦波振蕩器的電路構成與工作原理1 1定義：定義：2 2 用用LCLC串、并聯諧振回路作為選頻和移相網絡的振蕩器。串、并聯諧振回路作為選頻和移相網絡的振蕩器。3 3稱為三點式稱為三點式LCLC振蕩器。振蕩器。二二. .什么是三點或什么是三點或( (三端三端) )式振蕩器？式振蕩器？晶體管有三個電極晶體管有三個電極B B、E E、C C）bec分別與三個電抗性元件相連接分別與三個電抗性元件相連接 X3X1X2形成三個接點形成三個接點故稱為三點式振蕩器故稱為三點式振蕩器三、實

12、驗應知知識三、實驗應知知識三點式三點式 ( (又稱三端式又稱三端式) )振蕩器要實現振蕩，必須遵循兩個原則振蕩器要實現振蕩，必須遵循兩個原則 cebX3X1X2與晶體管發(fā)射與晶體管發(fā)射極相聯結的電極相聯結的電抗抗X1X1、X2X2性質性質必須相同。必須相同。不與晶體管發(fā)射不與晶體管發(fā)射極相聯結的另一極相聯結的另一電抗電抗X3X3的性質必的性質必須與其相反。即須與其相反。即與與BcBc間性質相反間性質相反遵循以上兩個原則才能遵循以上兩個原則才能滿足：滿足： 相位條件相位條件適當選擇適當選擇X1X1與與X2X2的比值就的比值就能滿足：振幅條件能滿足：振幅條件 原原則則一一 原原則則二二X1X2X3

13、三、實驗應知知識三、實驗應知知識6 6 實際常見三點式實際常見三點式LCLC正弦波振蕩器的電路分析正弦波振蕩器的電路分析實際工程中，常見的三端式振蕩器有四種基本電路實際工程中，常見的三端式振蕩器有四種基本電路6.16.1電容反饋三端式振蕩器電容反饋三端式振蕩器( (考畢茲電路考畢茲電路) )實際電路組成如圖示：實際電路組成如圖示： 電阻電阻RB1,RB2RB1,RB2、RCRC、RERE構成直流偏置電構成直流偏置電路路RERE、構成交直流自給偏壓電路、構成交直流自給偏壓電路L L、C1C1、C2C2構成構成LCLC振蕩回路，反振蕩回路，反饋電壓取自電容饋電壓取自電容C2C2。故稱三點。故稱三點

14、電容反饋。電容反饋。電容電容CBCB提供交流同路。提供交流同路。高頻等效電路為：高頻等效電路為：C1C2L考畢茲電路的優(yōu)點：考畢茲電路的優(yōu)點：1電容反饋三端電路的振電容反饋三端電路的振蕩波形好。蕩波形好。 2電路的頻率穩(wěn)定度較電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當加大回路的電容高，適當加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因量，就可以減小不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響。素對振蕩頻率的影響。3電容三端電路的工作頻電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接率可以做得較高，可直接利用振蕩管的輸出、輸入利用振蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。電容作為回路的振蕩電容。它的工作它的工作 頻率可做到幾十頻率可做到幾十MH

15、z到幾百到幾百MHz的甚高頻的甚高頻波段范圍。波段范圍。 電路的缺點：電路的缺點： 調調C1或或C2來改變振蕩來改變振蕩頻率時，反饋系數也將改頻率時，反饋系數也將改變。但只要在變。但只要在L兩端并上兩端并上一個可變電容器，并令一個可變電容器，并令C1與與C2為固定電容，則在調為固定電容，則在調整頻率時，基本上不會影整頻率時，基本上不會影響反饋系數。響反饋系數。電容反饋三端電路的振蕩頻率為電容反饋三端電路的振蕩頻率為212121CLCCCfo三、實驗應知知識三、實驗應知知識6.2 6.2 電感反饋三端式振蕩器電感反饋三端式振蕩器( (哈特萊電路哈特萊電路) )電路組成如圖示：電路組成如圖示：L1

16、L2EcCcRb1Rb2ReCeCbBT直流偏置電路直流偏置電路Rb1,Rb2Rb1,Rb2決定了起振時電路決定了起振時電路的工作點的工作點當振蕩以后當振蕩以后R e C eR e C e構成自給偏壓電路構成自給偏壓電路L1L1、L2L2與與C C電路構成振蕩回路，電路構成振蕩回路，反饋電壓取自電感反饋電壓取自電感L2L2，故稱三，故稱三點電感反饋。點電感反饋。電容電容CbCb與與CcCc提供交流通路提供交流通路高頻等效電路為：高頻等效電路為：L1L2C電感反饋三端電路的振蕩頻率為電感反饋三端電路的振蕩頻率為LCfo21哈特萊電路的優(yōu)點：哈特萊電路的優(yōu)點： 1、L1、L2之間有互感，之間有互感

17、，反饋較強，容易起振；反饋較強，容易起振； 2、振蕩頻率調節(jié)方便，、振蕩頻率調節(jié)方便，只要調整電容只要調整電容C的大小即可。的大小即可。 3、而且、而且C的改變基本上的改變基本上不影響電路的反饋系數。不影響電路的反饋系數。電路的缺點：電路的缺點：1、振蕩波形不好，因為反、振蕩波形不好，因為反饋電壓是在電感上獲得，而饋電壓是在電感上獲得，而電感對高次諧波呈高阻抗，電感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的反饋較強，因此對高次諧波的反饋較強，使波形失真大；使波形失真大；2、電感反饋三端電路的振、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是蕩頻率不能做得太高，這是因為頻率太高，因為頻率太高，L太小且分

18、太小且分布參數的影響太大。布參數的影響太大。三、實驗應知知識三、實驗應知知識6.3 6.3 串聯型改進電容三端式振蕩器串聯型改進電容三端式振蕩器( (克拉潑電路克拉潑電路) )電路組成如圖示：電路組成如圖示：特點是在考畢茲電路的基礎上，特點是在考畢茲電路的基礎上，用一電容用一電容C3C3與原電路中的電感與原電路中的電感L L相相串。功用主要是以增加回路總電串。功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標準性。使振蕩提高振蕩回路的標準性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。頻率的穩(wěn)定度得以提高。因為因為C3C3遠遠小于遠遠小于C1C1或或C2C2，所以

19、三，所以三電容串聯后的等效電容約為電容串聯后的等效電容約為C3C3。電路的振蕩頻率為：電路的振蕩頻率為：321LCfo故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C1C1、C2C2無關無關, ,主要由主要由C3C3決定。決定。與考畢茲電路相與考畢茲電路相比，在電感比，在電感L L上串上串聯一個電容。它聯一個電容。它有以下特點：有以下特點：1 1、振蕩頻率改變、振蕩頻率改變可不影響反饋系可不影響反饋系數。數。2 2。振蕩幅度比較。振蕩幅度比較穩(wěn)定；穩(wěn)定；但但C3C3不能太小，不能太小，否則導致停振，否則導致停振，所以克拉潑振蕩所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較器頻率覆蓋率較小，僅達小，僅達

20、1.2-1.41.2-1.4； 所以。克拉所以?？死瓭娬袷幤鬟m合與潑振蕩器適合與作固定頻率的振作固定頻率的振蕩器蕩器 三、實驗應知知識三、實驗應知知識6.4 6.4 并聯型改進電容三端式振蕩器并聯型改進電容三端式振蕩器( (西勒西勒(Seiler)(Seiler)電路電路) ) 特點是在克拉潑電路的基礎特點是在克拉潑電路的基礎上，用一電容上，用一電容C4與原電路中的與原電路中的L相并聯。相并聯。 電路組成如圖示：電路組成如圖示：EcCcRb1Rb2ReCbBTRcCeLC1C2C3C4功用是保持了晶體管與振蕩回路功用是保持了晶體管與振蕩回路弱藕合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，弱藕合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高

21、，調整范圍大。調整范圍大。高頻等效電路為：高頻等效電路為：LC1C2C3C4AB振蕩頻率振蕩頻率4321CLCfo與克拉潑振蕩電與克拉潑振蕩電路相比，在電感路相比，在電感L L上并聯一個電容。上并聯一個電容。它有以下特點：它有以下特點：1 1、振蕩幅度比較、振蕩幅度比較穩(wěn)定；穩(wěn)定；2 2、振蕩頻率可以、振蕩頻率可以比較高，如可達比較高，如可達千兆赫；頻率覆千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可蓋率比較大，可達達1.6-1.81.6-1.8； 所以在一些所以在一些短波、超短波通短波、超短波通信機，電視接收信機，電視接收機中用的比較多。機中用的比較多。三、實驗應知知識三、實驗應知知識6.5 6.5 石英晶體

22、的基本特性石英晶體的基本特性1.1.定義：用石英晶體諧振器控制并穩(wěn)定高頻振蕩頻率的振蕩定義：用石英晶體諧振器控制并穩(wěn)定高頻振蕩頻率的振蕩電路稱為石英晶體振蕩電路稱為石英晶體振蕩簡稱晶振）簡稱晶振）頻率穩(wěn)定度很高，約頻率穩(wěn)定度很高，約 ；3.3.優(yōu)點：優(yōu)點：QqQq很高，約很高，約 ；2.2.石英晶體性能特點石英晶體性能特點: :i.i.具有壓電效應具有壓電效應 若在石英晶片兩端加一信號源，觀察流過晶體的電流與它二若在石英晶片兩端加一信號源，觀察流過晶體的電流與它二端電壓的關系端電壓的關系做一個實驗做一個實驗: :現象：現象：電流超前電壓電流超前電壓90O 90O ；呈電容性；呈電容性當當=s當

23、當s當當s電流滯后電壓電流滯后電壓90O90O；呈感性；呈感性電流最大，且與電壓同相，呈純阻性；電流最大，且與電壓同相，呈純阻性；結論：結論：一般一般LqLq：幾毫亨幾百亨：幾毫亨幾百亨CqCq：10-4 pF10-4 pF 10-1pF10-1pFrqrq：幾十：幾十幾百幾百支架電容支架電容C0C0為幾皮法為幾皮法性能好性能好i) i) 很高，很高，ii) ii) 接入系數接入系數n n很小很小iii) iii) 具有電抗特性具有電抗特性 可見石英晶片可等效為可見石英晶片可等效為LqLq、CqCq、rqrq串聯與串聯與LqCoLqCo并聯的諧振回路。并聯的諧振回路。4.4.石英晶體應用特點石

24、英晶體應用特點: :當當 時，電抗時，電抗x =0 x =0 呈串聯諧振，等效一根短路線，在串呈串聯諧振，等效一根短路線，在串聯型晶振電路中等效短路元件；聯型晶振電路中等效短路元件；s當當 時，時， 電抗電抗x =x =呈并諧，等效開路；呈并諧，等效開路；當當 時，時， 電抗電抗x 0 x 0 x 0呈感性，在晶振電路中等效為電感呈感性，在晶振電路中等效為電感sp晶體具有兩個諧振頻率，即：晶體具有兩個諧振頻率，即：結論結論 晶體的應用，一般選擇在感性區(qū)或串諧區(qū)。因為感性區(qū)狹窄，晶體的應用，一般選擇在感性區(qū)或串諧區(qū)。因為感性區(qū)狹窄，電抗特性陡；對頻率的變化具有極靈敏的補償能力。所以在晶振電抗特性陡；對頻率的變化具有極靈敏的補償能力。所以在晶振電路中，晶體選擇感性區(qū)或串諧區(qū)，它等效一個電感元件或短路電路中，晶體選擇感性區(qū)