LC+及石英晶体振荡器.doc

实验报告课程名称      通信电子线路实验名称    LC及石英晶体振荡器实验类型  综  合  (验证、综合、设计、创新)2013年11月29日星期五实验三 LC及石英晶体振荡器一、实验目的1、掌握LC三点式振荡电路的基本工作原理及参数计算。2、熟悉晶体振荡器基本工作原理及参数计算。3、掌握静态工作点、反馈系数、振荡回路Q值等对振荡器起振条件、振荡幅度和振荡频率的影响。4、验证晶体振荡器频率稳定度高的特点。二、实验仪器1、示波器2、频率计3、万用表4、实验板14、阐明为什么用石英谐振器作为振荡回路元件就能使振荡器的频率稳定大大提高。四、实验内容1、用万用表测量两类振荡器的静态工作点。用示波器观察振荡器的停振、起振现象。2、用示波器观察两类振荡器输出波形,测量振荡电压峰峰值,并以频率计测量振荡频率。3、观察并测量静态工作点、耦合电容、反馈系数、负载(Q值)变化对LC振荡器幅度和频率的影响。4、观察并测量静态工作点、负载变化对晶体振荡器幅度和频率的影响。五、基本原理及实验电路振荡器的种类很多,本实验主要研究LC三点式振荡器及晶体振荡器。1、基本原理(1)LC三点式振荡器图3-1是电容反馈式三点式振荡器的原理图,这里Cie和Coe分别为晶体管的输入和输出电容。其放大网络的放大倍数为(3-1)其中,Ri为晶体管输入电阻,为折合到集电极和射极间的总谐振电阻。(3-2)这里,Rs为晶体管输出电阻,Ro为折合到集电极和射极间的谐振回路的谐振电阻,n为回路接入系数,F为反馈网络的反馈系数。加入负载时,该式变为 (3-3)起振条件为           (3-4)振荡频率可近似写成(3-5)即,振荡频率比谐振回路的谐振频率略高一点,Rs、Ri越小,振荡频率偏高越明显。同时振荡频率与晶体管参数有关,而晶体管参数又随环境温度、电源电压变化,因此频率稳定度不高。为了减少晶体管电容Cie、Coe对频率的影响,可增大C1、C2的值,使其远远大于晶体管的极电容。此时振荡频率可近似为(3-6)该振荡器,若调整改变电容C1、C2来改变振荡频率时,反馈系数会随之改变,从而使振荡器的振荡状态改变,因而调频不方便。为此,常在电路的电感回路中串联一可变电容,通过该电容实现调频(如图3-2)。改进后的振荡器的振荡频率为这里 (3-7)若,,则,从而可得到     (3-8)此时只取决L、大小,而与、基本无关,频率稳定度因此提高。起振条件由此便为其中, (3-9)从式(3-1)、(3-3)、(3-7)和(3-9)中可以看出各参数对起振条件、振荡幅度及振荡频率的影响如下:1静态工作点:越大,晶体管输入电阻Ri越小,放大倍数越大,为保证起振就越小,越易起振;振荡器电压增益越高,振荡幅度越大。② 负载:越大即负载越轻,Q越大,越易起振;振荡器电压增益越高,振荡幅度越大。③ 耦合电容:越大,接入系数n越大,越易起振;振荡器电压增益越高,振荡幅度越大;振荡频率越低。若减小以提高振荡频率时,振荡幅度显著下降,到一定程序可能停振。④ 反馈系数F:第一项来看,F越大,为保证起振的就越小;但从第二项来看,F越大,为保证起振的则越大;而且F过大,易使振荡波形的非线性失真变得严重,所以F对起振条件的影响需综合考虑。一般F都选得较小,-。当改变以改变反馈系数时,振幅会发生变化;当过大时,振荡幅度很小,到一定程度时可能停振。(2)晶体振荡器当对稳定度要求特别高时,在实际中常用石英谐振器来控制振荡频率组成晶体振荡器。由于石英谐振器具有等效电感Lq非常大、动态电容Cq和动态电阻都非常小的特点,石英谐振器的Q值非常高 (),可以达几万到几百万,因而由它构成的晶体振荡器的频率稳定度非常高。3、实验电路(1)电容反馈式三点式振荡器实验电路如图3-4。该振荡器采用分压式电流负反馈偏置电路。其中,Rp用于调整静态工作点(主要影响起振条件)。C1、C2为交流耦合电容,正反馈电压取自C’两端,改变C和C’的比值,可以改变反馈深度(即反馈系数),以满足振荡的振幅条件。CT用于改变振荡频率,亦改变耦合程度。R变化将改变回路谐振电阻。它们都会影响起振条件。(2)晶体振荡器实验电路如图3-5。R1、R2、R3、R4、Rp组成直流偏置电阻,Rp为基极可调电阻,改变其值可以改变振荡的幅度,L1、C3、CT、C4组成并联谐振回路,调谐在振荡频率上。其中,CT为微调电容,用于微调振荡频率。C3为反馈电容,C4为分压电容。RL为负载电阻,很显然,RL越小,负载越重,输出振荡幅度将越小。表格3-1、、(MHz)(V)   数据分析:因为回路中总电容,振荡频率,自然有增大反而减小。3、观察反馈系数(分压比C/)和静态工作点变化对振荡器工作