高频电子线路课程设计-电容三点式LC振荡器的设计与制作.docx

高频课设实验报告

实验项目 电容三点式LC振荡器的设计与制作
系 别
专 业
班级/学号
学生姓名
实验日期
成 绩
指导教师

电容三点式 LC 振荡器的设计与制作
一、实验目的
1．了解电子元器件和高频电子线路实验系统。
2．掌握电容三点式LC 振荡电路的实验原理。
3．掌握静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q 值对振荡器振荡幅度和频率的影响
4．了解负载变化对振荡器振荡幅度的影响。
二、实验电路实验原理
1.概述
2．L C振荡器的起振条件
一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振平衡条件 和相位平衡条件。
3．LC振荡器的频率稳定度
频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：△f0／f0来表示（f0为所选择的测试频率：△f0为振荡频率的频率误差，Δf0=f02 -f01：f02和f01为不同时刻的f0），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高 Q 值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。
4． LC振荡器的调整和参数选择
以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图 1-1 所示。

（1）静态工作点的调整
合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏有一定的影响。偏置电路一般采用分压式电路。当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效 Q 值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区靠近截止区。
（2）振荡频率 f 的计算

式中 CT为 C1、C2和 C3的串联值，因 C1（300p）>>C3（75p） ，C2（1000P）>> C3（75p） ，故 CT≈C3，所以，振荡频率主要由 L、C 和 C3 决定。
（3）反馈系数F的选择

反馈系数 F不宜过大或过小，一般经验数据 F≈0.1～0.5，本实验取F=0.3
5.克拉波和西勒振荡电路
图 1-2 为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。图1-3 为并联改进型电容三点式 振荡电路——西勒振荡电路。

6.电容三点式 LC 振荡器电路
电容三点式LC振荡器电路如图1-4所示。图中1K01打到“S”位置（右侧）时，为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置（左侧）时，为改进型西勒振荡电路。开关IS03控制回路电容的变化。调整1W01可改变振荡器三极管的电源电压。1Q02为射极跟随器。1TP02为振荡器直流电压测量点。1W02用来改变输出幅度。
二、实验目的
1．了解电子元器件和高频电子线路实验系统。
2．掌握电容三点式 LC 振荡电路的实验原理。
3．掌握静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效 Q 值对振荡器振荡幅度和频率的影响。
4．了解负载变化对振荡器振荡幅度的影响。
三、课设内容
1. 在电路板上设计制作电容三点式 LC 振荡器电路。

2. 用示波器观察振荡器的输出波形，测量振荡器电压峰—峰值 Vp-p和振荡频率。
3. 测量振荡器的幅频特性。
4. 测量电源电压变化对振荡器频率的影响。
5. 提交课程设计报告，具体要求见六
四、实验过程
1. 模块上电：将制作好的LC振荡器模块插在高频实验箱底板上，接通电源，即可开始实验。
2. 西勒振荡电路幅频特性的测量 示波器接1TP02，频率计接振荡器输出口 1P01。电位器1W02反时针调到底，使输出最大。开关 1K01 拨至P侧，此时振荡电路为西勒电路。1S03分别控制 1C06（10P）、1C07（50P）、1C08（100P）、1C09（ISO）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如 ISO3 的第 1、第2 位往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表3-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰—峰值Vp-p），并将测量结果记于表中。注：如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出，可调整1W01，使之恢复振荡。
3. 克拉泼振荡电路幅频特性的测量将开关1K01拨至S位，振荡电路转换为克拉泼电路。按照上述方法，测出振荡频率和输出电压，并将测量结果记于表3-2中。
4. 波段覆盖系数的测量 波段覆盖即调谐振荡器的频率范围，此范围的大小，通常以波段覆盖系数K 表示：

测量方法：根据测量的幅频特性，以输出电压最大点的频率为基准，即为一边界频率，再找出输出电压下降至处的频率，即为另一边界频率，如图1-5、图 1-6 所示，再由公式求出K

5、测量电源电压变化对振荡器频率的影响
分别将开关1K01打至左侧（S）和右侧（P）位置，改变电源电压Ec下的振荡频率。并将测量结果记于表3-3和3-4中。其方法是：频率计接振荡器输出1PO，电位器1W02反时计调到底，选定回路电容为50P。即IS03第二位往上拨。用三用表直流电压档测3TP01测量点电压，按照表3-3和3-4给出的电压值Ec，调整1W01电位器，分别测出与电压相对应的频率。表中Δf为改变Ec时振荡频率的偏移，假定Ec=8V时，Δf=0，则Δf=f-f8v。

五、 实验过程
部分实验图片

六、实验数据测试结果
表 3-1
电容C（pf）
10
50
60
100
110
150
160
200
300
振荡频率 f（MHZ）
11.14
9.50
9.19
8.26
8.06
7.37
7.24
8.14
6.66
输出电压 Vp-p（mV）
384
432
440
452
456
452
448
336
328
表3-2
电容C（pf）
10
50
60
100
110
150
160
200
300
振荡频率 f（MHZ）
15.31
15.29
14.53
12.38
12.09
11.00
10.83
10.51
10.14
输出电压 Vp-p（mV）
114
125
154
274
300
404
424
441
452
波段覆盖系数K：并联：fmax=8.06MHz,fmin=8.157MHz
Kp=
串联：fmax=10.14MHz,fmin=10.24MHz
Ks=
表3-3（Δf=f-f8）
电压值Ec（V）
5.48
6
7
8
9
10
10.93
输出电压 Vp-p（mV）
92
109
122
125
126
126
128
振荡频率 f（MHZ）
15.43
15.38
15.34
15.24
15.20
15.17
15.17
振荡频率的偏移Δf（MHZ）
0.19
0.14
0.10
0
-0.04
-0.07
-0.07
表3-4（Δf=f-f8）
电压值Ec（V）
5.57
6
7
8
9
10
10.93
输出电压 Vp-p（mV）
56
186
332
412
436
444
452
振荡频率 f（MHZ）
9.53
9.50
9.50
9.47
9.47
9.45
9.43
振荡频率的偏移Δf（MHZ）
0.06
0.03
0.03
0
0
-0.02
-0.04

七、报告要求
1．原理、目的与要求；
2．实验过程；
3．实验数据测试结果。
4. 根据测试数据，分别绘制西勒振荡器，克拉泼振荡器的幅频特性曲线，并进行分析比较。
5. 根据测试数据，计算频率稳定度，分别绘制克拉泼振荡器、西勒振荡器的曲线。
6. 对实验中出现的问题进行分析判断。
7. 总结由本实验所获得的体会。

八、数据分析

在此说明，其中8.14MHz点为误差，所以删除该点。

分析比较：通过波形可知，改进型西勒振荡电路的幅频特性曲线是先上升后下降;而改进型克拉泼振荡器的幅频特性曲线是呈下降趋势的。
频率稳定度：
表3-5（Δf/f8）
电压值Ec（V）
5.48
6
7
8
9
10
10.93
振荡频率 f（MHZ）
15.43
15.38
15.34
15.24
15.20
15.17
15.17
振荡频率的偏移Δf（MHZ）
0.19
0.14
0.10
0
-0.04
-0.07
-0.07
Δf/f8
0.012
0.009
0.007
0
-0.003
-0.005
-0.005

表3-6（Δf/f8）
电压值Ec（V）
5.57
6
7
8
9
10
10.93
振荡频率 f（MHZ）
9.53
9.50
9.50
9.47
9.47
9.45
9.43
振荡频率的偏移Δf（MHZ）
0.06
0.03
0.03
0
0
-0.02
-0.04
Δf/f8
0.006
0.003
0.003
0
0
-0.002
-0.004

八、 问题分析
实验过程中，我们的电路板在P端可以正常显示，但在S端却出现在部分条件下无法显示波形的问题，讨论后我们认为是西勒振荡器和克拉泼振荡器的起振条件有所不同所致。另外，由于焊接技术不够熟练，波形及参数偶尔也会产生不稳定的问题。
九、实验总结
由于一些尚未查知的原因，我们本次实验的第一块电路板尽管焊接显示无误，但却怎么都不出波，因此我们总共焊了两块电路板，也算是更进一步熟悉了电路原理，感觉还是有所帮助的。