LC、晶體正弦波振蕩電子回路實驗

一、 實驗目的
10． 進一步學習掌控把握掌控把握正弦波振蕩電子回路的相關課程課程理論。
11． 掌控把握電容三點式LC振蕩電子回路的基礎原理，熟悉其各元件功能；熟悉靜態(tài)作業(yè)點、耦合電容、反饋系數(shù)、等效Q值對振蕩器振蕩幅度和頻率的影響。
12． 對比LC振蕩器和晶體振蕩器頻率平穩(wěn)度，深入對晶體振蕩器頻率平穩(wěn)高的原因理解。

二、實驗使用儀表器具
1．LC、晶體正弦波振蕩電子回路實驗板
2．20MH雙蹤示波器
3. 萬用表
三、實驗基礎原理與電子回路
1. LC振蕩電子回路的基礎原理
ＬＣ振蕩器實質(zhì)上是適用振蕩條件的正反饋放大器。ＬＣ振蕩器是指振蕩線路是由ＬＣ元件構成的。從交流ACAC等效電子回路可知：由ＬＣ振蕩線路引出三個端子，分別接振蕩管的三個電極，而包括反饋式自激振蕩器，因而又稱為三點式振蕩器。如果反饋電壓（V）取自分壓電感，則稱為電感反饋ＬＣ振蕩器或電感三點式振蕩器；如果反饋電壓（V）取自分壓電容，則稱為電容反饋ＬＣ振蕩器或電容三點式振蕩器。
在幾種基礎高頻振蕩線路中，電容反饋ＬＣ振蕩器設定有良好的振蕩波動線和平穩(wěn)度，電子回路形式簡便，適于在較高的頻段作業(yè)，尤其是以晶體管極間分布電容包括反饋支路時其振蕩頻率可多達幾百ＭＨＺ～ＧＨＺ。
普通電容三點式振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振線路的LC元件的值有關，而而且還與晶體管的寫入電容以及輸出電容有關。當作業(yè)環(huán)境改變或更換管子時，振蕩頻率及其平穩(wěn)性就要受到影響。為減小、的影響，提升振蕩器的頻率平穩(wěn)度，提出了改進型電容三點式振蕩電子回路——串聯(lián)改進型克拉潑電子回路、并聯(lián)改進型西勒電子回路，分別如圖4-1和4-2所示。
串聯(lián)改進型電容三點式振蕩電子回路——克拉潑電子回路

振蕩頻率為：

其中由下式?jīng)Q定

選，時，，振蕩頻率可近似寫成

這就使幾乎與和值無關，提升了頻率平穩(wěn)度。
振蕩幅度取決于折合到晶體管端的電阻，可以推出：

由上式看出，、過大時，變得很小，放大器電壓（V）增益降低，振幅下降。還可看出，同振蕩器的三次方成反比，當減小以提升頻率時，的值急劇下降，振蕩幅度顯著下降，甚至會停振。另外，用作頻率可調(diào)的振蕩器時，振蕩幅度隨頻率多加而下降，在波段界限內(nèi)幅度不平穩(wěn)，因此，頻率覆蓋系數(shù)（在頻率可調(diào)的振蕩器中，高端頻率和低端頻率之比稱為頻率覆蓋系數(shù)）不大，約為。
并聯(lián)改進型電容三點式振蕩電子回路——西勒電子回路線路諧振頻率為

其中，線路總電容為

選，時，，這就使值幾乎與和無關，提升了頻率平穩(wěn)度。
折合到晶體管輸出端的諧振電阻是

其中接入系數(shù)和無關，當改變時，、、全部是常數(shù)，則僅隨一次方增長，易于起振，振蕩幅度多加，使在波段界限內(nèi)幅度對比平穩(wěn)，頻率覆蓋系數(shù)較大，可達1.6~1.8。另外，西勒電子回路頻率平穩(wěn)性好，振蕩頻率可以較高。

2. 晶體振蕩電子回路的基礎原理
石英晶體振蕩器就是以石英晶體諧振器取代振蕩器中包括諧振線路的電感，電容元件所構成的正弦波振蕩器，它的頻率平穩(wěn)度可達 到數(shù)量級，所以得到極為廣泛的應用。它之所以設定有極高的頻率平穩(wěn)度，其關鍵是應用了石英晶體這種設定有高Q值的諧振元件。
由石英諧振器（石英晶體振子）包括的振蕩電子回路通常叫"晶振電子回路"。從晶體在電子回路中的作用來看分兩類：一類是作業(yè)在晶體并聯(lián)諧振頻率附近，晶體等效為電感的現(xiàn)象，叫做"并聯(lián)晶振電子回路"。另一類是作業(yè)在晶體串聯(lián)諧振頻率附近，晶體近于短路的現(xiàn)象，叫做"串聯(lián)晶振電子回路"。
本實驗應用"并聯(lián)晶振電子回路"這種電子回路由晶體與外接電容器或線圈包括并聯(lián)諧振線路，按三點線路的連接原則構成振蕩器，晶體等效為電感。在課程課程理論上可以包括三種類型基礎電子回路，但在實際應用中常用的是如圖4-3所示的電子回路，稱"皮爾斯"電子回路。這種電子回路不需外接線圈，而而且頻率平穩(wěn)度較高。

圖4-3 并聯(lián)晶體振蕩器原理電子回路圖 4--4 并聯(lián)晶體振蕩器實例
圖4-4給出了這種電子回路的實例。這里，晶體等效為電感，晶體與外接電容（含有概括4.5／20pF與20pF兩個小電容）和、構成并聯(lián)線路，其振蕩頻率應落在與之間。
圖4-5是圖4-4 中諧振線路的等效電子回路。
該諧振線路的電感就是，而諧振線路的總電容
應由、及外接電容、、結合而成。
由下式?jīng)Q定，即


圖4-5 圖4-4中諧振線路的等效電子回路

選用電容時，，，因此上式可近似為


所以


總是處在與兩頻率之間，調(diào)動可使產(chǎn)生很微小的變動。無論怎樣調(diào)動，總是處于晶體與的兩頻率之間。但是，只有在附近，晶體才設定有并聯(lián)諧振線路的特別點
3.實驗電子回路
LC、晶體正弦波振蕩電子回路實驗電子回路如圖4-6。斷開J1、連接J2、J3包括LC西勒電子回路振蕩電子回路；斷開J2、連接J1、J3包括并聯(lián)型晶體正弦波振蕩電子回路。

圖4-6 LC、晶體正弦波振蕩電子回路實驗電子回路

四、實驗內(nèi)容
1．LC振蕩器功能測量試驗。
2．并聯(lián)晶體振蕩器功能測量試驗
3．LC振蕩器和晶體振蕩器功能對比。
五、實驗步驟
1．LC振蕩器功能測量試驗
在實驗箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電子回路實驗模型塊。接通實驗箱上電源開關電源指標燈點亮。斷開J1、連接J2、J3包括LC西勒振蕩電子回路。
（1）測量試驗靜態(tài)作業(yè)點改變對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響
調(diào)節(jié)RW1，由TP1測量試驗T1發(fā)射極電流（A），查看發(fā)射極電流（A）改變對振蕩頻率和幅度的影響。（R4=1K）。I_EQ(mA)＝V（TP1）/R4
表4-1靜態(tài)作業(yè)點改變對振蕩器作業(yè)的影響

IEQ(mA)
f(MHz)
Vp-p(V)

（2）振蕩器頻率界限的測量
用小起子調(diào)節(jié)微調(diào)電容CV1值（2/25p），同時用頻率計在OUT端測量輸出振蕩信號的頻率值，查看振蕩頻率的改變。（注意微調(diào)電容表面扇形鍍銀部分，從相對另一引出腳最近到最遠，每轉(zhuǎn)動180度即完成容量（KV）最大到最小的全過程，多旋動是沒有意義的，只會加快速度元件的磨損）
表4-2 振蕩器頻率界限的測量

	f(MHz)	Vp-p(V)
Cmin
Cmax

（3）反饋系數(shù)對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響
J3、J4、J5不一樣結合可包括多種反饋系數(shù)，查看反饋系數(shù)對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響。
表4-3 反饋系數(shù)對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響

F
f(MHz)
Vp-p(V)

( 注 C1:100p C4:100p C5：200p C6:200p)

（4）頻率平穩(wěn)度的測量
（a） 短期頻率平穩(wěn)度的測量
用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，查看１分鐘左右振蕩頻率f_０的改變現(xiàn)象，并記錄兩個頻率值f_０１（開始值），f_０２（最大改變值）。計算ＬＣ振蕩器的短期頻率平穩(wěn)度Δf_０／f_０

表4-4短期頻率平穩(wěn)度的測量

f０１（開始值MHz）	f０２（最大改變值MHz）	短期頻率平穩(wěn)度Δf０／f０

（b） 查看溫度（℃）改變對振蕩頻率的影響。（若無電吹風，可不作該實驗）
用電吹風在距電子回路15cm處對著電子回路吹熱風，用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，查看１分鐘左右振蕩頻率f_０的改變現(xiàn)象，

表4-4短期頻率平穩(wěn)度的測量

室溫f０１ MHz	加溫后f０２ MHz	頻率平穩(wěn)平穩(wěn)度Δf０／f０

2．晶體正弦波振蕩器功能測量試驗
在實驗箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電子回路實驗模型塊。接通實驗箱上電源開關電源指標燈點亮。斷開J2、連接J1、J3包括LC晶體并聯(lián)振蕩電子回路。
（1）測量試驗靜態(tài)作業(yè)點改變對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響
調(diào)節(jié)RW1，由TP1測量試驗T1發(fā)射極電流（A），查看發(fā)射極電流（A）改變對振蕩頻率和幅度的影響。（R4=1K）。
表4-1靜態(tài)作業(yè)點改變對振蕩器作業(yè)的影響

IEQ(mA)
f(MHz)
Vp-p(V)

（2）振蕩器頻率界限的測量
用小起子調(diào)節(jié)微調(diào)電容CV1值（2/25p），同時用頻率計在OUT端測量輸出振蕩信號的頻率值，查看振蕩頻率的改變。

表4-2 振蕩器頻率界限的測量

	f(MHz)	Vp-p(V)
Cmin
Cmax

（3）反饋系數(shù)對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響
J3、J4、J5不一樣結合可包括多種反饋系數(shù)，查看反饋系數(shù)對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響。
表4-3 反饋系數(shù)對振蕩器作業(yè)狀態(tài)的影響

F
f(MHz)
Vp-p(V)

( 注 C1:100p C4:100p C5:200p C6:200p)

（4）頻率平穩(wěn)度的測量
（a） 短期頻率平穩(wěn)度的測量
用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，查看１分鐘左右振蕩頻率f_０的改變現(xiàn)象，并記錄兩個頻率值f_０１（開始值），f_０２（最大改變值）。計算ＬＣ振蕩器的短期頻率平穩(wěn)度Δf_０／f_０
表4-4短期頻率平穩(wěn)度的測量

f０１（開始值MHz）	f０２（最大改變值MHz）	短期頻率平穩(wěn)度Δf０／f０

（b） 查看溫度（℃）改變對振蕩頻率的影響。（若無電吹風，可不作該實驗）
用電吹風在距電子回路15cm處對著電子回路吹熱風，用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，查看１分鐘左右振蕩頻率f_０的改變現(xiàn)象，
表4-4短期頻率平穩(wěn)度的測量

室溫f０１ MHz	加溫后f０２ MHz	頻率平穩(wěn)平穩(wěn)度Δf０／f０

六、實驗報告要求
1．整理按實驗步驟所得的數(shù)值，測繪制作記錄的波動線
2．畫出作業(yè)點和反饋系數(shù)對LC振蕩器和晶體振蕩器振蕩頻率和幅值的影響彎彎曲線 ，對比兩者的區(qū)別。
3．總結由本實驗所獲取的體會。