電容三點式LC振蕩器

一、實驗準備
1.做本實驗時應具備的知識點：
三點式LC振蕩器
西勒和克拉潑電路
電源電壓、耦合電容、反饋系數、等效Q值對振蕩器工作的影響
2.做本實驗時所用到的儀器：
LC振蕩器模塊
雙蹤示波器
萬用表
二、實驗目的
1.熟悉電子元器件和高頻電子線路實驗系統；
2.掌握電容三點式LC振蕩電路的基本原理，熟悉其各元件功能；
3.熟悉靜態(tài)工作點、耦合電容、反饋系數、等效Q值對振蕩器振蕩幅度和頻率的影響；
4.熟悉負載變化對振蕩器振蕩幅度的影響。
三、實驗電路基本原理
1.概述
ＬＣ振蕩器實質上是滿足振蕩條件的正反饋放大器。ＬＣ振蕩器是指振蕩回路是由ＬＣ元件組成的。從交流等效電路可知：由ＬＣ振蕩回路引出三個端子，分別接振蕩管的三個電極，而構成反饋式自激振蕩器，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。
在幾種基本高頻振蕩回路中，電容反饋ＬＣ振蕩器具有較好的振蕩波形和穩(wěn)定度，電路形式簡單，適于在較高的頻段工作，尤其是以晶體管極間分布電容構成反饋支路時其振蕩頻率可高達幾百ＭＨＺ～ＧＨＺ。
2.ＬＣ振蕩器的起振條件
一個振蕩器能否起振，主要取決于振蕩電路自激振蕩的兩個基本條件，即：振幅起振平衡條件和相位平衡條件。
3.LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度
頻率穩(wěn)定度表示：在一定時間或一定溫度、電壓等變化范圍內振蕩頻率的相對變化程度，常用表達式：Δf_０／f_０來表示（f_０為所選擇的測試頻率；Δf_０為振蕩頻率的頻率誤差，Δf_０＝f_０２－f_０１；f_０２和f_０１為不同時刻的f_０），頻率相對變化量越小，表明振蕩頻率的穩(wěn)定度越高。由于振蕩回路的元件是決定頻率的主要因素，所以要提高頻率穩(wěn)定度，就要設法提高振蕩回路的標準性，除了采用高穩(wěn)定和高Q值的回路電容和電感外，其振蕩管可以采用部分接入，以減小晶體管極間電容和分布電容對振蕩回路的影響，還可采用負溫度系數元件實現溫度補償。
4.LC振蕩器的調整和參數選擇
以實驗采用改進型電容三點振蕩電路（西勒電路）為例，交流等效電路如圖3-1所示。

圖3-1 電容三點式LC振蕩器交流等效電路

(1)靜態(tài)工作點的調整
合理選擇振蕩管的靜態(tài)工作點，對振蕩器工作的穩(wěn)定性及波形的好壞，有一定的影響，偏置電路一般采用分壓式電路。
當振蕩器穩(wěn)定工作時，振蕩管工作在非線性狀態(tài)，通常是依靠晶體管本身的非線性實現穩(wěn)幅。若選擇晶體管進入飽和區(qū)來實現穩(wěn)幅，則將使振蕩回路的等效Q值降低，輸出波形變差，頻率穩(wěn)定度降低。因此，一般在小功率振蕩器中總是使靜態(tài)工作點遠離飽和區(qū)，靠近截止區(qū)。
(2)振蕩頻率f的計算
f=

式中C_T為C₁、C₂和C₃的串聯值，因C₁（300p）>>C₃(75p),C₂(1000P)>>C₃(75p)，故C_T≈C₃，所以，振蕩頻率主要由L、C和C₃決定。
(3) 反饋系數F的選擇
F=

反饋系數F不宜過大或過小，一般經驗數據F≈0.1～0.5,本實驗取F=

5.克拉潑和西勒振蕩電路
圖3-2為串聯改進型電容三點式振蕩電路——克拉潑振蕩電路。
圖3-3為并聯改進型電容三點式振蕩電路——西勒振蕩電路。

圖3-2 克拉潑振蕩電路圖 3-3 西勒振蕩電路

6.電容三點式LC振蕩器實驗電路
電容三點式LC振蕩器實驗電路如圖3-4所示。圖中3K05打到“S”位置（左側）時

圖3-4 LC振蕩器實驗電路

為改進型克拉潑振蕩電路，打到“P”位置（右側）時，為改進型西勒振蕩電路。3K01、3K02、3K03、3K04控制回路電容的變化。調整3W01可改變振蕩器三極管的電源電壓。3Q02為射極跟隨器。3TP02為輸出測量點，3TP01為振蕩器直流電壓測量點。3W02用來改變輸出幅度。
四、實驗內容
1.用示波器觀察振蕩器輸出波形，測量振蕩器電壓峰—峰值V_P-P，并以頻率計測量振蕩頻率。
2.測量振蕩器的幅頻特性。
3.測量電源電壓變化對振蕩器頻率的影響。
五、實驗步驟
1.實驗準備
插裝好LC振蕩器模塊，按下開關3K1接通電源，即可開始實驗。
2.西勒振蕩電路幅頻特性的測量
示波器接3TP02，頻率計接振蕩器輸出口3V01。電位器3W02反時針調到底，使輸出最大。開關3K05撥至右側，此時振蕩電路為西勒電路。3K01、3K02、3K03、3K04分別控制3C06（10P）、3C07（51P）、3C08（100P）、3C09（182P）是否接入電路，開關往上撥為接通，往下撥為斷開。四個開關接通的不同組合，可以控制電容的變化。例如3K01、3K02往上撥，其接入電路的電容為10P+50P=60P。按照表3-1電容的變化測出與電容相對應的振蕩頻率和輸出電壓（峰一峰值V_P-P），并將測量結果記于表中。
表3-1

電容C（pf）	10	50	100	150	180	230	280	330
振蕩頻率f(MHZ)
輸出電壓VP-P(v)

注：如果在開關轉換過程中使振蕩器停振無輸出，可調整3W01，使之恢復振蕩。
3.克拉潑振蕩電路幅頻特性的測量
將開關3K05撥至左側，振蕩電路轉換為克拉潑電路。按照上述方法，測出振蕩頻率和輸出電壓，并將測量結果記于表3-1中。
4.波段覆蓋系數的測量
波段覆蓋即調諧振蕩器的頻率范圍，此范圍的大小，通常以波段覆蓋系數K表示：

測量方法：根據測量的幅頻特性，以輸出電壓最大點的頻率為基準，即為一邊界頻率，再找出輸出電壓下降至

處的頻率，即為另一邊界頻率，如圖3-5、圖3-6所示，再由公式求出K。

圖3-5 圖3-6

5.測量電源電壓變化對振蕩器頻率的影響
分別將開關3K05打至左測（S）和右側（P）位置，改變電源電壓E_C，測出不同E_C下的振蕩頻率。并將測量結果記于表3-2中。
其方法是：頻率計接振蕩器輸出3P01，電位器3W02反時計調到底，選定回路電容為50P。即3K02往上撥。用三用表直流電壓檔測3TP01測量點電壓，按照表3-2給出的電壓值Ec，調整3W01電位器，分別測出與電壓相對應的頻率。表中△f為改變Ec時振蕩頻率的偏移，假定Ec=10.5V時 ,△f=0，則△f=f-f_10.5V。
表3-2

串聯（S）	E_C（V）	10.5	9.5	8.5	7.5	6.5	5.5
	F(MHZ)
	△f(KHZ)
并聯（P）	E_C（V）	10.5	9.5	8.5	7.5	6.5	5.5
	F(MHZ)
	△f(KHZ)

6.8.8MHZ頻率的調整
在用各個模塊構成無線收、發(fā)系統時，需要用到LC振蕩器模塊，作為接收系統中的本振信號。此時振蕩頻率需要8.8MHZ左右，如何得到8.8MHZ左右的頻率，其方法如下：
(1)振蕩電路為西勒電路時（3K05往右），3K01、3K02、3K03、3K04四個開關全部往下撥，此時輸出的振蕩頻率為8.8MHZ左右。如果頻率高于8.8MHZ，可將3K01往上撥，這樣頻率可以降低。
(2)振蕩電路為克拉潑電路時（3K05往左），3K02、3K03接通（往上撥），此時輸出振蕩頻率為8.8MHz左右。如果頻率相差太大，可調整四個開關的位置。
六、實驗報告
1.根據測試數據，分別繪制西勒振蕩器，克拉潑振蕩器的幅頻特性曲線，并進行分析比較。
2.根據測試數據，計算頻率穩(wěn)定度，分別繪制克拉潑振蕩器、西勒振蕩器的

曲線。
3.對實驗中出現的問題進行分析判斷。
4.總結由本實驗所獲提的體會。

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