实验二正弦波振荡电路

实验二正弦波振荡电路第1页，共24页，2023年，2月20日，星期六实验目的1.掌握三端式振荡电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算2.通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响3.研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。4.比较LC振荡器和晶体振荡器的频度稳定性。第2页，共24页，2023年，2月20日，星期六实验内容1.熟悉振荡器模块各元件及其作用。2.进行LC振荡器波段工作研究。3.研究LC振荡器和晶体振荡器中静态工作点，反馈系数以及负载对振荡器的影响。4.测试、分析比较LC振荡器与晶体振荡的频率稳定度。第3页，共24页，2023年，2月20日，星期六基本原理反馈式振荡器的工作原理LC正弦波振荡器石英晶体振荡器第4页，共24页，2023年，2月20日，星期六反馈式振荡器的工作原理1、组成与分类(1)组成(2)分类第5页，共24页，2023年，2月20日，星期六2、平衡条件与起振条件（1）振荡的建立过程反馈式振荡器的工作原理当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大→反馈→放大→反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。

第6页，共24页，2023年，2月20日，星期六2、平衡条件与起振条件反馈式振荡器的工作原理振幅平衡条件：(2)平衡条件——为维持等幅振荡所需满足的条件因为:所以:又因为平衡时有:所以:因而可得:＝AF/φA+φF＝1相位平衡条件：AF＝1φA+φF＝2nπ(n＝0,1,2,3,···)

第7页，共24页，2023年，2月20日，星期六2、平衡条件与起振条件反馈式振荡器的工作原理（3）起振条件起振条件——为了振荡起来必需满足的条件由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf＞Ui，即：φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，···）AF＞1第8页，共24页，2023年，2月20日，星期六3、稳定条件平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。反馈式振荡器的工作原理振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。第9页，共24页，2023年，2月20日，星期六振荡频率的稳定度=反馈式振荡器的工作原理4、频率准确度与稳定度（1）频率准确度绝对频率准确度：相对频率准确度：Δf＝f－f0（2）频率稳定度第10页，共24页，2023年，2月20日，星期六LC正弦波振荡器

a.判断Uf和Ui是否同相

b.判断是否为正反馈1、变压器反馈式正弦波振荡器①相位条件：②起振条件：③振荡频率：第11页，共24页，2023年，2月20日，星期六优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。集电极调谐型④电路特点：缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段不是很高的场合。⑤电路的三种形式发射极调谐型基极调谐型第12页，共24页，2023年，2月20日，星期六2、三点式振荡器LC正弦波振荡器X1与X2电抗性质相同X3与X1（或X2）电抗性质相反(1)三点式振荡器一般组成原则设回路谐振时有电流在流动，则有：（jX1+jX2+jX3)=0即：X1+X2+X3=0根据：得三点式的一般组成原则：一般形式第13页，共24页，2023年，2月20日，星期六(2)电容三点式（Colpitts，考毕兹电路）优点：高次谐波成份小，波形好。缺点：调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入电容和输出电容影响。三极管三极分别与电容的三个引出端相连，反馈电压取自C2上。①交流通路的基本形式②振荡频率：③反馈系数：④电路特点：第14页，共24页，2023年，2月20日，星期六(3)电感三点式（Hartley，哈特莱电路）优点：易起振，调节频率基本不影响反馈系数。缺点：采用电感反馈，输出波形差，谐波成份多。①交流通路的基本形式：三极管三个电极分别与电感三个引出端相连，反馈电压取自L2上。②振荡频率：③反馈系数：④电路特点：其中：第15页，共24页，2023年，2月20日，星期六优点：振荡频率和反馈系数互不影响。缺点：调节C3改变频率时影响振幅。一般用于固频振荡器。3.2LC正弦波振荡器3、改进型电容三点式振荡器①交流通路的基本形式：(1)克拉泼(Clapp)振荡器电感L支路中串联了小电容C3②振荡频率：③电路特点：第16页，共24页，2023年，2月20日，星期六具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点，频率基本上仅由C3和C4及L决定；调节C4时不影响电路增益，输出幅度稳定。(2)西勒(Seiler)振荡器①交流通路的基本形式：在L两端又并联了一可调电容C4②振荡频率：③电路特点：第17页，共24页，2023年，2月20日，星期六石英晶体振荡器(3)晶体特点振荡频率稳定振动的多谐性并联负载电容1、石英晶体及其特性(1)结构及外形(2)符号及等效电路第18页，共24页，2023年，2月20日，星期六根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：石英晶体振荡器2、串联谐振频率与并联谐振频率③晶体的电抗频率特性曲线①等效为串联谐振时的串联谐振频率②等效为并联谐振时的并联谐振频率第19页，共24页，2023年，2月20日，星期六典型电路举例：石英晶体振荡器3、串联型石英晶体振荡器基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振，使正反馈最强而满足振荡。图（二）中晶体工作于本身串联谐振点上。图（一）中晶体和负载电容发生串联谐振。第20页，共24页，2023年，2月20日，星期六4、并联型晶体振荡器石英晶体振荡器几种电路形式（交流等效）：晶体一般工作在fs和fp之间，在电路中等效一特殊电感。基本原理：皮尔斯(Pierce)电路密勒(Miller)电路第21页，共24页，2023年，2月20日，星期六石英晶体振荡器分析：设晶体的基频为1MHZ，为了获得五次(5MHZ)泛音振荡,LC谐振频率在3～5MHZ之间。对于五次泛音频率，LC呈容性，电路满足振荡条件，可以振荡。而对于基频和三次泛音，LC呈感性，电路不符合三点式组成原则，不能振荡。5、泛音晶体振荡器基本原理：利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。有串联型和并联型两种。一种并联型泛音晶体振荡器举例：第22页，共24页，2023年，2月20日，星期六实验步骤（详细见实验手册）熟悉振荡器的位置和作用LC振荡器波段工作研究。对照试验手册，绘出输出波形的幅频特性。LC振荡器静态工作点，反馈系数以及负载对振荡幅度的影响。对比LC振荡器频率稳定度与晶体振荡器频率稳定度的研究与比较。第23页，共24页，2023年，2月20日，星期六反馈式正弦波振