LC三點式與石英晶體振蕩器實驗

實驗三實驗知識準備i.GP-4實驗（振蕩與調制電路單元）。ii.TDS1002數字存貯示波器。iii.DT9205N數字萬用表。1．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．做本實驗時所用到的儀器：問題一、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。

§1.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。高頻加熱設備醫療儀器各類電子設備發射機(載波頻率fC）儀器儀表振蕩源數字系統時鐘信號接收機（本地振蕩頻率fL）作為信號源廣泛應用于

為此,振蕩器是各種高頻電路中最基本和常用的單元線路,也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

2振蕩器的用途三、實驗應知知識§3振蕩器分類反饋振蕩器按振蕩原理分

負阻振蕩器按振蕩信號波形分正弦波振蕩器非正弦波振蕩器（多諧振蕩器）

正弦振蕩電路與非正弦振蕩電路的一個重要區別是:正弦振蕩電路具有選頻網絡。LC振蕩器按選頻回路元件性能RC振蕩器晶體振蕩器振蕩頻率較低，一般為幾HZ—幾百KHZ。振蕩頻率穩定度高，振蕩頻率同上。LC振蕩器的振蕩頻率比較高，一般為幾百KHZ以上開關電容振蕩器LC振蕩器互感耦合LC、差分對管LC三點式三點電容（考畢茲）三點電感（哈特萊）改進三點式電容串聯改進（克拉潑）電容并聯改進（西勒）晶體振蕩器串聯型并聯型皮爾斯密勒在實際工程領域，振蕩器應用廣泛，其分類方法：4.反饋振蕩器的電路組成4.1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

電源

放大網絡

選頻網絡

反饋網絡①放大網絡以有源器件為主體，起能量轉換作用，將直流電源提供的能量，通過振蕩系統轉換成固定頻率的交流能量，即構成驅動系統。②選頻回路③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。

將輸出信號通過正反饋引至放大電路的輸入端，以維持振蕩系統的正常振蕩?；ジ蟹答佌袷幤鳎河苫ジ校ㄗ儔浩鳎嫵煞答伨W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三、實驗應知知識三、實驗應知知識三、電路工作原理諧振放大器正反饋網絡＋＋＋＋＋－－－－－電路框圖如圖所示接通電源瞬間，電路產生脈動電流。含有豐富的諧波利用LC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。

諧振放大器輸出的信號電壓經反饋網絡產生回授電壓uf，作為正回授反饋到基極。且uf>ui。經放大后再輸出，再回授。振蕩器只要滿足A*F>1，振蕩器則周而復始形成對某單一頻率信號放大—回授,且有uin>ui2>ui1.從而形成振蕩過程，實現將直流能量轉換成交流信號。三、實驗應知知識§5三點式LC正弦波振蕩器的電路構成與工作原理定義：用LC串、并聯諧振回路作為選頻和移相網絡的振蕩器。稱為三點式LC振蕩器。二.什么是三點或(三端)式振蕩器？晶體管有三個電極（B、E、C）bec分別與三個電抗性元件相連接X3X1X2形成三個接點故稱為三點式振蕩器三、實驗應知知識三點式(又稱三端式)振蕩器要實現振蕩，必須遵循兩個原則cebX3X1X2與晶體管發射極相聯結的電抗X1、X2性質必須相同。不與晶體管發射極相聯結的另一電抗X3的性質必須與其相反。即與Bc間性質相反遵循以上兩個原則才能滿足：

相位條件適當選擇X1與X2的比值就能滿足：振幅條件

原則一

原則二X1X2X3三、實驗應知知識6.2電感反饋三端式振蕩器(哈特萊電路)電路組成如圖示：L1L2EcCcRb1Rb2ReCeCbBT直流偏置電路Rb1,Rb2決定了起振時電路的工作點當振蕩以后ReCe構成自給偏壓電路L1、L2與C電路構成振蕩回路，反饋電壓取自電感L2，故稱三點電感反饋。電容Cb與Cc提供交流通路高頻等效電路為：L1L2C電感反饋三端電路的振蕩頻率為哈特萊電路的優點：

1、L1、L2之間有互感，反饋較強，容易起振；2、振蕩頻率調節方便，只要調整電容C的大小即可。3、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數。電路的缺點：1、振蕩波形不好，因為反饋電壓是在電感上獲得，而電感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的反饋較強，使波形失真大；2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是因為頻率太高，L太小且分布參數的影響太大。三、實驗應知知識6.3串聯型改進電容三端式振蕩器(克拉潑電路)電路組成如圖示：特點是在考畢茲電路的基礎上，用一電容C3與原電路中的電感L相串。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提高振蕩回路的標準性。使振蕩頻率的穩定度得以提高。因為C3遠遠小于C1或C2，所以三電容串聯后的等效電容約為C3。電路的振蕩頻率為：故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C1、C2無關,主要由C3決定。與考畢茲電路相比，在電感L上串聯一個電容。它有以下特點：1、振蕩頻率改變可不影響反饋系數。2。振蕩幅度比較穩定；但C3不能太小，否則導致停振，所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋率較小，僅達1.2-1.4；

所以?？死瓭娬袷幤鬟m合與作固定頻率的振蕩器

三、實驗應知知識6.4并聯型改進電容三端式振蕩器(西勒(Seiler)電路)

特點是在克拉潑電路的基礎上，用一電容C4與原電路中的L相并聯。電路組成如圖示：EcCcRb1Rb2ReCbBTRcCeLC1C2C3C4功用是保持了晶體管與振蕩回路弱藕合，振蕩頻率的穩定度高，調整范圍大。高頻等效電路為：LC1C2C3C4AB振蕩頻率與克拉潑振蕩電路相比，在電感L上并聯一個電容。它有以下特點：1、振蕩幅度比較穩定；2、振蕩頻率可以比較高，如可達千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可達1.6-1.8；

所以在一些短波、超短波通信機，電視接收機中用的比較多。

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做一個實驗:現象：電流超前電壓90O；呈電容性當ω=ωs當ω>ωs當ω<ωs電流滯后電壓90O；呈感性電流最大，且與電壓同相，呈純阻性；結論：一般Lq：幾毫亨～幾百亨Cq：10-4pF～

10-1pFrq：幾十Ω～幾百Ω支架電容C0為幾皮法性能好i)Qq很高，ii)接入系數n很小iii)具有電抗特性可見石英晶片可等效為Lq、Cq、rq串聯與LqCo并聯的諧振回路。4.石英晶體應用特點:當時，電抗x=0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；當時，電抗x=∞呈并諧，等效開路；當時，電抗x<0呈容性；當時，電抗x>0呈感性，在晶振電路中等效為電感晶體具有兩個諧振頻率，即：結論

晶體的應用，一般選擇在感性區或串諧區。因為感性區狹窄，電抗特性陡；對頻率的變化具有極靈敏的補償能力。所以在晶振電路中，晶體選擇感性區或串諧區，它等效一個電感元件或短路線。三、實驗應知知識6.6石英晶體振蕩器電路分析1.并聯型晶振電路：晶體JT→L(ωs<ωosc<ωp

)1)皮爾斯振蕩器（JT等效電容三點式中的電感）

a、注意安全操作規程，確保人身安全注意人身安全和儀器設備的安全為了防止器件損壞，在切斷實驗電路板上的電源后才能改接電路。調換儀器時應切斷實驗臺的電源。

逐步養成用右手進行單手操作的習慣。

b、愛護儀器設備儀器在使用過程中，不必經常開關電源。切忌無目的的撥弄儀器面板上的開關和按鈕。儀器設備出現問題，請向老師尋求幫助，請勿隨便調換配件。實驗現場的操作規程

實驗電路采用的是串聯（克拉伯）/并聯（西勒）改進三點電容反饋與晶體振蕩電路，當撥碼開關SW3撥置“左”“中”或“右”端時，可分別構成串聯/并聯改進三點電容反饋與并聯型石英晶體振蕩器。為了盡可能地減小負載對振蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級，其電路的電原理圖如圖所示。圖中，撥碼開關SW1為驗證反饋系數，SW3為LC震蕩器與晶體振蕩器轉換選擇，SW2為驗證負載（即回路Q值）變化對振蕩器的影響，跳線開關K為振蕩器輸出信號經由或不經由射隨器隔離輸出轉換。三、實驗電路與說明振蕩管選用9014

LC與晶體振蕩轉換跳線開關SW3，反饋系數驗證跳線開關SW1，回路等效Q值的變化驗證跳線開關SW2。OUT為振蕩信號從射極輸出OUT為振蕩信號從集電極輸出K為振蕩輸出信號轉換實驗內容一：振蕩電路靜態工作點的調整

實驗準備SW2“1”，RL=10K

SW3“1”（LC克拉伯振蕩）

實驗數據記錄。調整RW電位器，使IC=1.5mA（Ve=4.95V)

BG1Re=3.3KVbVeVceIc計算值調整時采用間接測量法：即用直流電壓表測量晶體管發射極對地電壓，并將測量結果記錄于表中。四、實驗內容與操作步驟SW1全開路（停振）

實驗內容三：研究工作點Ic的變化對振蕩器性能的影響

振蕩器基本設置條件：（LC西勒振蕩、C2=510p、RL=∞）

按表所列數據要求，改變Ico，將測試結果記錄于表中。記錄本實驗電路停振時的最大Ico=？mA

LC（西勒）振蕩器晶體振蕩器Ic(mA)VEQ(V)f(MHz)振幅（V）波形f(MHZ)振幅（V）波形1.34.5V1.551.65.526.62.27最大Ic：結論：

注：調整一項數據后，將SW3撥碼開關切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數據實驗內容四：研究反饋系數F的變化對振蕩器性能的影響；

實驗準備SW3“1與2”（LC西勒振蕩）

SW2“全開”（RL=∞）并調整Rw,使Ic=最佳數值。

按表所列數據要求，改變SW1開關位置，轉換C2將測試結果記錄于表中。LC振蕩器反饋電容470pf510pf681pf5200反饋系數振蕩幅度振蕩頻率信號波形

晶體振蕩器振蕩幅度振蕩頻率信號波形注：調整一項數據后，將SW3撥碼開關切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數據實驗內容五：研究負載RL變化對振蕩器性能的影響

實驗準備SW3“1與2”（LC西勒振蕩）

SW1“2”（C2=510Pf）并調整Rw,使Ic=最佳數值按表所列數據，調節SW2，分別改變負載電阻。將測試結果記錄于表中。LC振蕩器RL（Ω）f（MHz）振蕩幅度(mV)波形Sw2“全開路”∞

Sw2“1”10kΩ

SW2“2”2KΩ

Sw2“4”470Ω

晶體振蕩器Sw2“全開路”∞Sw2“1”10kΩSW2“2”2KΩSw2“4”470Ω注：調整一項數據后，將SW3撥碼開關切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數據實驗內容六：擴展實驗1-壓控振蕩器壓控特性測量

按表所列數據，調節RW，分別改變控制電壓的大小。將測試結果記錄于表中。UD12344.5567頻率(KHZ）幅值/Vp-p根據實驗數據結果，體會壓控振蕩器的工作原理一、實驗報告內容：

1、寫明實驗目的.2、畫出實驗電路原理圖并說明實驗電路的結構形式與工作原理。3、寫明實驗所用儀器。4、寫明實驗項目并整理實驗數據。比較LC振蕩器與晶體振蕩器數據，得出你的結論。第一題：對于一個實際的振蕩器，用萬用電表檢查它，能否判斷它是否起振？第二題：為什么反饋系數要選取F=0.5-0.01,過大，過小有什么不好？第三題對于LC電路