LC振荡器.doc

实验三 LC正弦波振荡器

一、 实验目的
1.熟悉电容三点式振荡器（考毕兹电路）、改进型电容三点式振荡器（克拉泼电路及西勒电路）的电路特点、结构及工作原理。
2.掌握振荡器静态工作点调整方法。
3.掌握晶体管（振荡管）工作状态、反馈大小对振荡幅度与波形的影响。
4.掌握改进型电容三点式正弦波振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。
5.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。
5.比较不同LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深振荡器频率稳定度的理解。

二、 预习要求
1.复习LC振荡器的工作原理。
2.分析图3-7电路的工作原理，及各元件的作用，并按小信号调谐放大器模式设置晶体管静态工作点，计算电流IC的 (设晶体管的β值为100)。
仿真要求：
1.按图3-7构建仿真电路，实现各种结构的振荡器
2.以克拉泼电路振荡器为原型，改变振荡回路参数测量振荡器输出
3.改变反馈系数，观测振荡器输出
4.改变负载电阻，观测振荡器输出
5．试构建西勒电路，完成2-4内容。
三、实验内容：
1) 分析电路结构，正确连接电路，使电路分别构成三种不同的振荡电路。
2) 研究反馈大小及工作点对振荡器电路振荡频率、幅度及波形的影响。
3) 研究振荡回路Q值变化对频率稳定度的影响
4) 研究克拉泼电路中电容C1003-1、C 1003-2、C1003-3对振荡频率及幅度的影响。
5) 研究西勒电路中电容C1004对振荡频率及幅度的影响。

四、实验原理
1.实验原理：
正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器，这是应用非常广泛的一类电路，产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，不外是RC、LC和晶体振荡器三种形式。在本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器振荡器。
1电路特点：
图3-7为实验电路，V1001及周边元件构成了电容反馈振荡电路及石英晶体振荡电路。V1002构成射极输出器。S1001、S1002、S1003、J1001分别连接在不同位置时，就可分别构成考毕兹、克拉泼和西勒三种不同的LC振荡器以及石英晶体振荡器。

图3-7：LC振荡器原理图
2思路提示：
图3-8给出了几种振荡电路的交流等效电路图。
图4-8(a)是考毕兹电路，是电容三点式振荡电路的基本形式， 可以看出晶体管的输出、输入电容分别与回路电容C1、C2相并联（为叙述方便，图中C1001、C1002等均以C1、C2表示，其余类推），当工作环境改变时，就会影响振荡频率及其稳定性。加大C1、C2的容值可以减弱由于Co、Ci的变化对振荡频率的影响，但在频率较高时，过分增加C1、C2，必然减小L的值（以维持震荡频率不变），从而导致回路Q值下降，振荡幅度下降，甚至停振。

(a) 考毕兹电路 (b)克拉泼电路 (c)西勒电路 (d)皮尔斯电路
图3-8 几种振荡电路计入Co、Ci时的交流等效电路

图3-8(b)为克拉泼电路，回路电容1/CΣ=1/C3+1/(C2+Ci)+1/(C1+Co)，因C3<<C1、C3<<C2，1/CΣ≈1/C3， 即CΣ≈C3， 故： 回路电容主要取决于C3，从而使晶体管极间电容的影响降低。但应注意的是：C3改变，接入系数改变，等效到输出端的负载电阻RL也将随之改变，放大器的增益也会将发生改变，即C3↓→RL ↓→增益↓，有可能因环路增益不足而停振。
图3-8(c)为西勒电路，同样有C3<<C1、C3<<C2，故CΣ≈C3+C4，振荡频率为：

而接入系数为： 由于C4的接入并不影响接入系数，故对增益影响较小，这样不仅使电路的频率稳定性提高了，而且使得频率覆盖范围扩大。
图3-8(d)所示的是并联晶体振荡器（皮尔斯电路），该电路的振荡频率近似为晶体的标称频率，C5可以减小晶体管与晶体之间的耦合作用。
五、实验仪器
1.双踪示波器2.扫频仪3.频谱仪 4.高频信号发生器5.高频毫伏表6.万用表
7.TPE-TXDZ实验箱（I实验区域： LC与晶体振荡器）
六、 实验内容及步骤：
分析电路结构，参考图3-8正确连接电路
1.考毕兹电路：
①利用跳线端子和拨码开关将实验电路连接成考毕兹电路（参考图3-8（a））,C1001(C1)=200 p, C1007=10np其余参数选择如下设置。
S1000 开路
S1001 开路
S1002 按需要接入C1002（C2）的值
S1003 按需要接入C1003（C3）的值
S1004 开路

②研究静态工作点对考毕兹电路振荡频率、幅度及波形的影响(测试条件：C1003（C3）=1000p，通过调整Rp1001改变三极管静态工作点，调整Rp1002是输出为大小合适)。
表3-1
Veq(v)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5

Vo(Vpp)
C1002=300p

C1002=510p

C1002=1000p

f0(Mhz)
C1002=300p

C1002=510p

C1002=1000p

③设置合适的静态工作点(射级电压约为1~2V)，研究反馈大小对考毕兹电路振荡频率、幅度、波形及频率稳定度（注意观察频率后几位数的跳动情况）的影响。
表3-2
C1002
300p
510p
1000p
C1003
1000p
1000p
1000p
f0(Mhz)

V0(vpp)

稳定性（好、差）

2.克拉泼电路
①利用跳线端子和拨码开关将实验电路连接成克拉泼电路（参考
S1000 开路
S1001 开路
S1002 按需要接入C1002的值
S1003 按需要接入C1003的值
S1004 开路
②研究静态工作点对克拉泼电路振荡频率、幅度及波形的影响（测试条件：C1002（C2）=1000p,通过调整Rp1001改变三极管静态工作点，调整Rp1002是输出为大小合适))。
表3-3
Veq(v)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5

Vo(Vpp)
C1003=6.2p

C1003=62p

C1003=100p

C1003=1000p

f0(Mhz)
C1003=6.2p

C1003=62p

C1003=100p

C1003=1000p

③设置合适的静态工作点(射级电压约为1~2V)，研究C1003和反馈大小对克拉泼电路振荡频率、幅度，波形及频率稳定度（注意观察频率后几位数的跳动情况）的影响。
表3-4
C1002
300p
510p
1000p
C1003
62p
100p
1000p
62p
100p
1000p
62p
100p
1000p
f0(Mhz)

V0(vpp)

稳定性（好、差）

3.西勒电路
①利用跳线端子和拨码开关将实验电路连接成西勒电路
S1000 开路
S1001 开路
S1002 接入C1002=1000pf
S1003 接入C1003=62pf
S1004 按需要接入C1004的值

②研究静态工作点对西勒电路振荡频率、幅度及波形的影响（测试条件：C1001（C1）=200p， C1002（C2）=1000p，C1003=62pf)。

表3-5
Veq(v)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5

Vo(Vpp)
C1004=20p

C1004=62p

C1004=100p

C1004=200p

Vo(Vpp)
C1004=20p

C1004=62p

C1004=100p

C1004=200p

③设置合适的静态工作点(射级电压约为1~2V)，研究C1004和反馈大小对西勒电路振荡频率、幅度、波形及频率稳定度的影响（测试条件：C1001=200pf，C1003=62pf。）

表3-6
C1004
20p
62p
100p
200p
C1002
300p
510p
1000p

f0(Mhz)

V0(vpp)

稳定性（好、差）

七、 实验报告要求
1.画出实验电路的直流与交流等效电路。
2.整理个步骤的实验数据，并与理论值相比较，分析误差可能的原因。
3分析静态工作点、反馈系数F对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响，并用所学理论加以分析。
4.比较上述三种振荡电路的特点，并分析原因。