实验一 电容反馈三点式振荡器的实验研究.docx
实验一电容反馈三点式振荡器的实验研究一、实验目的1 .通过实验深入理解电容反馈三点式振荡器的工作原理，熟悉改进型电容反馈三点式振荡器的构成及电路各元件作用；2 .研究在不同的静态工作点时，对振荡器起振、振荡幅度和振荡波形的影响；3 .学习使用示波器和数字式频率计测量高频振荡器振荡频率的方法；4 .观察电源电压和负载变化对振荡幅度、频率及频率稳定性的影响。二、实验原理电容反馈三点式振荡器的基本原理电路(考比兹振荡器)如图2T(a)所示。由图可知，反馈电压由G和C?分压得到，反馈系数为(2-1)起振的幅度条件为81>)8/,(忽略三极管笈) D(2-2)其中，品为晶体管跨导，品为振荡回路的等效谐振电导。图2T(a)所示等效电路中的回路总电容为(2-3)C=GGCl÷C2振荡频率近似为当外界条件(如温度等)发生变化时，振荡回路元件及晶体管结电容要发生变化，从而使得振荡频率发生漂移。因此，为了改善普通电容反馈三点式振荡器的频稳度，可在振荡回路中引入串接电容C3,如图2T(b)所示，当满足C3«C1>C2时，C3明显减弱了晶体管与振荡回路的耦合程度。为了得到较宽的波段覆盖效果,引入并联电容CK它和Cs为同一个数量级)，回路总电容近似为CgC3+C。这种改进型电容反馈振荡器称为西勒电路，其振荡频率为fgT(2-5)"2yL(C3+C4)当改变G调节。时，振荡器的反馈系数不会受显著影响。图2-1电容反馈三点式振荡折的交流等效电路图三、实验电路说明Wl220kRl6.8k图2-2改进型电容反馈振荡器实验电路本实验电路采用西勒振荡器，如图2-2所示。由图可知，电容C、C2、C3、G和电感L组成振荡回路。晶体管VTI的集电极直流负载为Rc,偏置电路由用、R2、Wl和R.构成，改变电位器Wl可改变VTl的静态工作点。静态电流的选择既要保证振荡处于截止平衡状态，也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。晶体管VT2与R3、R组成一级起隔离作用的射随器。另外，为了用频率计(输入阻抗为50Q)测量振荡器工作频率时不影响电路的正常工作，接入了电阻R7(IkQ)o图中振荡器的交流负载实验电阻为R5、R6O四、实验仪器及设备1.直流稳压电源SS3323型1台2.数字示波器DS0-X2012A型1台3.高频信号发生器TFG6080型1台4.数字式频率计FlOOO型1台5.数字万用表DT9202A型1台6.实验电路板1块五、实验内容1 .晶体管静态工作点不同时对振荡器输出幅度和波形的影响(1)接通+12V电源，调节电位器Wl使振荡器振荡，此时用示波器在点刚好观察到不失真的正弦电压波形(负载电阻Rs或R6暂不接入)。探头F(MHZ)«(mV)×108.063825×17.992400方曲线(xlO)：IDSOX2012AvMY5249562O.TeOct2919454420132心曲线(xl)：DSO-X2012AMY5249562OTueOct291952352013调节WI使振荡管静态工作点电流LQ在0.54mA之间变化(用万用表测量射极电阻Ro两端电压，计算出相应电流近似为IeQ大小，至少取5个点)，用示波器测量并记录下点的幅度与波形变化情况，绘制出IcQU曲线图。分析静态工作点过大和过小为什么都不振荡。Ic<i(mA)u0(mV)10.54447.5020.891378.1231.031675.0042.043712.5052.904700.0063.404912.50IeQ(mA)结果分析：振荡器要振荡的条件是满足相位条件和幅度条件的。而在幅度1I条件的具体表示是gw,>g,，同时g勿=两不，当静态工作点较低的时候，使得乙较小，从而使得较小，而同时Jg。不变，则就使得M£*gP从而不能满足起振的条件，因此不能振荡。并且LC正弦波振荡电路设置直流静态工作点的目的是为了使放大器在起振时工作在放大区(甲类状态)O如果直流工作点过低,很容易进入截止区,造成不起振。静态电流取得太大，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低。并且LQ较大的时候三极管的放大倍数会减小，使得输出幅度变小。根据起振条件AB>1,当电流过大的时候会使得A下降并且B不变，这就使得当静态电流大的一定的时候，AB£1使得振荡器就停止振荡了。2 .外界条件发生变化时对振荡频率的影响及正确测量振荡频率(1)选择一合适的LJ(I2mA),使振荡器正常工作，在点上测量，从示波器上读出频率和幅度，再测量点和点，分别读出振荡器的振荡幅度和频率，分析上述几点的频率和幅度为何不同。(问题：在点和点用频率计(或示波器)所测得频率不同是什么原因？哪一点测得的结果更准确？)Icq(mA)f(MHz)«(mV)点点点点点点1.27.948.108.1058022001185结果分析：频率相同的分析：点和点之间只有一个电阻，不会影响频率，因而使得点和点的频率相同。频率不同的分析：对点的频率要比在和点的频率要低。是因为是因为示波器的探头接入后会产生分布电容，由于探头接入的部分不同，那么分布电容的产生的影响也会不同。在点接入探头的时候，使得LC选频网络的电容值C变大，根据谐振频率的公式0=，=,现在C变大，所以°将变小。而LC在点和点测量时，因为一个起隔离作用的射随器使得在点和点接入示波器探头的时候对于前面的LC选频网络基本不起作用，所以不会影响谐振频率。因此对于测得的频率，点和点处测得的频率较准确。幅度不同的分析：虽然点之后接入的是一个起隔离作用的射随器，但是因为探头接入点会使的示波器探头会分压，从而使得在点测得的幅度要比点和电测得的幅度都要小。而对于点和点，虽然频率相同，但是在幅度上是不同的。是因为在点和点之间有一个电阻,而电阻是要消耗功率的，虽然振荡产生的电流较小，但是经过射随器的作用使得在射随器的输出的时候电流变大而使得在电阻上消耗的功率变大，所以使得点的幅度比点的幅度要小。（2）用数字式频率计（以kHz为单位,测到小数点后面第二位有效数字）重测,试比较在点测量和在点测量有何不同？为什么？用数字式频率计测量点,可每10秒钟左右记录一次频率值，至少记录5次，计算出振荡器频稳度的数量级。点F(MHZ)点F(MHZ)7.85291123458.086358.086368.086388.086348.08640结果分析：在点测得的频率要不比点测得的频率要低。是因为示波器的探头接入后会产生分布电容，由于探头接入的部分不同，那么分布电容的产生的影响也会不同。在点接入探头的时候,使得LC选频网络的电容值C变大，根据谐振频率的公式 =症,现在C变大，所以。将变小。而在点测量时因为一个起隔离作用的射随器使得在点接入示波器探头的时候对于前面的LC选频网络基本不起作用，所以不会影响谐振频率。振荡器频稳度的数量级：io-4将不同负载电阻（&和RJ分别接入电路,调节W”用示波器在点观察,看能否起振，记录输出振幅和波形的变化，若不起振，分析是什么原因。LQ(mA)点F(MHZ)点"(mV)不接负R5R6不接负R5载载1.28.108.100195013560结果分析:1不起振的原因分析：根据起振的幅度条件g,”>6gp°当接入负载后会影D-Q无载响品质因数。“有载RF,当勺变小的时候会使得Q有载变小，1+RRfsLgp=IR，当%载变小的时候会使得与变大，从而使得IgP变大。当RL变小的一定程度的时候就使得振荡器不满足振荡条件从而不起振。不接负载的时候的波形:：*Agilent果笑标准嗔式ZOOGSaZs通道DC1,00:1DC1.00:1/Y/.lJV/J/前便频率J8.10MHz蝇-择值（）390mVDSOX2012AMr52495620:TueOct2920:36:4520132002OOs50002/自动f1OOV保存到文件=ISeOPe6保存菜第回调菜单霞省/擦除按下保存接入Ri的时候的波形:(4)将负载断开,改变电源电压V(X分别为+6V、÷8Vs+10V.+12V.+14V.+16V、+18V,保持振荡器一合适的静态工作点不变，用示波器测量点，并记录振荡器输出振幅、波形和频率的变化。4q(mA),(MHz)tt(mV)是否失真1.2+6V8.131770否+8V8.061850否+10V8.061950否+12V8.101950否+14V8.061950否+16V8.062000否+18V8.102005否O源类型：希加设置-清除测量值4-'.l+8V时的波形:*Agilent标准馍式ZOOGSaZs通道HDC100:1DC100:1a,/Gl.,£/V/则量频搴8.06MHz蟠-蟠值（）370mVDSOX2012AMY52495620TueOct29203505201312009/2OOs50.002/自幼f1OOV保存到文件=ISCOPe_4保存菜单回温菜电线省/擦除按下一*+IOV时的波形：DS>X2012AMY52495620TueOct2920360820132005/2OOs50.002/自幼f1OOVAgilent采集标准馍式2.OOGSaZs通道r/DC1.00:1/J/J测量.频率（）：8.06MHZ峪峰值（）390mV
