電容三點式LC振蕩器

一、實驗準備
1.做本實驗時應(yīng)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(shù)、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?zāi)康?/strong>
1.熟悉電子元器件和高頻電子線路實驗系統(tǒng)；
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(shù)、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(zhì)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(gòu)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(gòu)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(nèi)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(shè)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(shù)元件實現(xiàn)溫度補償。
4.LC振蕩器的調(diào)整和參數(shù)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(diào)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(xiàn)穩(wěn)幅。若選擇晶體管進入飽和區(qū)來實現(xiàn)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(lián)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(shù)F的選擇
F=
反饋系數(shù)F不宜過大或過小，一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)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(lián)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(lián)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(cè)）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(cè)）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(diào)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(nèi)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(guān)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(diào)到底，使輸出最大。開關(guān)3K05撥至右側(cè)，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(guān)往上撥為接通，往下?lián)転閿嚅_。四個開關(guān)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(yīng)的振蕩頻率和輸出電壓（峰一峰值V_P-P），并將測量結(jié)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(guān)轉(zhuǎn)換過程中使振蕩器停振無輸出，可調(diào)整3W01，使之恢復(fù)振蕩。
3.克拉潑振蕩電路幅頻特性的測量
將開關(guān)3K05撥至左側(cè)，振蕩電路轉(zhuǎn)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(jié)果記于表3-1中。
4.波段覆蓋系數(shù)的測量
波段覆蓋即調(diào)諧振蕩器的頻率范圍，此范圍的大小，通常以波段覆蓋系數(shù)K表示：

測量方法：根據(jù)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(guān)3K05打至左測（S）和右側(cè)（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(jié)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(diào)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(diào)整3W01電位器，分別測出與電壓相對應(yīng)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(lián)（S） E_C（V） 10.5 9.5 8.5 7.5 6.5 5.5

F(MHZ)

△f(KHZ)

并聯(lián)（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(diào)整
在用各個模塊構(gòu)成無線收、發(fā)系統(tǒng)時，需要用到LC振蕩器模塊，作為接收系統(tǒng)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(guān)全部往下?lián)�，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(diào)整四個開關(guān)的位置。
六、實驗報告
1.根據(jù)測試數(shù)據(jù)，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(jù)測試數(shù)據(jù)，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(xiàn)的問題進行分析判斷。
4.總結(jié)由本實驗所獲提的體會。

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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)

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