高频振荡器实验3

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,厚德博学 追求卓越,LC,三点式与石英晶体,振荡器实验,实 验 三,实验知识准备,i.GP-4,实验（振荡与调制电路单元）。,ii.TDS1002,数字存贮示波器。,iii.DT9205N,数字万用表。,1,做本实验时应具备的知识点：,i.,三点式,LC,振荡器的基本组成特点。,ii.,三点电容、三点电感、克拉泼、西勒振荡电路。,iii.,静态工作点、反馈系数、等效,Q,值对振荡器工作的影响。,iiii,.,石英晶体的特性与晶体振荡器特点。,iiiii,.,串联型晶体振荡器电路。,2,做本实验时所用到的仪器：,问题,一、,实验目的,通过本实验，加深对,LC,三点式正弦波振荡电路与晶体振荡电路的组成、工作原理的理解与掌握，并且能进一步了解正弦波振荡电路的基本起振条件。掌握三点式与晶体式正弦波振荡的基本特性，熟悉和掌握对振荡电路的分析方法。,在实验过程中，通过调测振荡电路，掌握,LC,三点式与晶体振荡电路的各项技术指标的测试技能。,5,、研究负载电阻不同时,振荡器振幅与频率的关系。,1,、三端式与晶体高频振荡器电路结构与特点的研究。,2,、电容三点式,LC,振荡器静态工作点的调整与测量。,3,、测定三端式与晶体振荡器的振荡频率与振荡幅度,.,4,、研究反馈系数不同时,起振点、振幅与工作电流的关系,.,二、实验内容,6,、测试、分析并比较,LC,振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。,1.,振荡器的定义,:,所谓振荡器是指：,在没有激励信号的情况下，能自动的将直流电源能量转换为具有一定波形、一定频率和一定幅度的周期性交流信号输出的电子电路。,高频加热设备,医疗仪器,各类电子设备,发射机,(,载波频率,f,C,）,仪器仪表振荡源,数字系统时钟信号,接收机（本地振荡频率,f,L,）,作为信号源,广泛应用于,为此,振荡器是各种高频电路中最基本和常用的单元线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。,三、实验应知知识,2,振荡器的用途,三、实验应知知识,3,振荡器分类,反馈振荡器,按振荡原理分,负阻振荡器,按振荡信号波形分,正弦波振荡器,非正弦波振荡器,（多谐振荡器）,正弦振荡电路与非正弦振荡电路的一个重要区别是,:,正弦振荡电路具有选频网络。,LC,振荡器,按选频回路元件性能,RC,振荡器,晶体振荡器,振荡频率较低，一般为几,HZ,几百,KHZ,。,振荡频率稳定度高，振荡频率同上。,LC,振荡器的振荡频率比较高，一般为几百,KHZ,以上,开关电容振荡器,LC,振荡器,互感耦合,LC,、差分对管,LC,三点式,三点电容（考毕兹）,三点电感（哈特莱）,改进三点式,电容串联改进,（,克拉泼）,电容并联改进,（,西勒）,晶体振荡器,串联型,并联型,皮尔斯,密 勒,在实际工程领域，振荡器应用广泛，其分类方法：,4.,反馈振荡器的电路组成,4.1,反馈振荡器的电路组成,正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成,电源,放大网络,选频网络,反馈网络,放大网络,以有源器件为主体，起能量转换作用，将直流电源提供的能量，通过振荡系统转换成固定频率的交流能量，即构成驱动系统。,选频回路,反馈网络,选择所需的某一频率并满足振荡条件，从而形成单一频率的正弦振荡。,将输出信号通过正反馈引至放大电路的输入端，以维持振荡系统的正常振荡。,互感反馈振荡器：,由互感（变压器）构成反馈网络,电感反馈振荡器：,由电感构成反馈网络,电容反馈振荡器：,由电容构成反馈网络,三、实验应知知识,三、实验应知知识,4,反馈型正弦波振荡器的电路构成与工作原理,一、基本含义：,凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，勿须外部提供激励信号，能产生持续等幅正弦波输出，称为反馈型正弦波振荡器。,二、电路构,成框图,1,放大电路,2,谐振回路,3,正反馈网络,反馈型振荡器一般由三大部分组成。,三、实验应知知识,三、电路工作原理,谐振放大器,正反馈网络,电路框图如图所示,接通电源瞬间，电路产生脉动电流。含有丰富的谐波,利用,LC,回路的选频作用，对脉动信号的某次谐波谐振，产生对某单一频率的信号输出。,谐振放大器输出的信号电压经反馈网络产生回授电压,uf,，作为正回授反馈到基极。,且,uf,ui,。经放大后再输出，再回授。,振荡器只要满足,A*F1,，振荡器则周而复始形成对某单一频率信号放大,回授,且有,uin,ui2ui1,.,从而形成振荡过程，实现将直流能量转换成交流信号。,三、实验应知知识,5,三点式,LC,正弦波振荡器的电路构成与工作原理,定义：,用,LC,串、并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器。,称为三点式,LC,振荡器。,二,.,什么是三点或,(,三端,),式振荡器？,晶体管有三个电极（,B,、,E,、,C,）,b,e,c,分别与三个电抗性元件相连接,X3,X1,X2,形成三个接点,故称为三点式振荡器,三、实验应知知识,三点式,(,又称三端式,),振荡器要实现振荡，必须遵循两个原则,c,e,b,X3,X1,X2,与晶体管发射极相联结的电抗,X1,、,X2,性质必须相同。,不与晶体管发射极相联结的另一电抗,X3,的性质必须与其相反。即与,Bc,间性质相反,遵循以上两个原则才能满足：,相位条件,适当选择,X1,与,X2,的比值就能满足：,振幅条件,原则一,原则二,X1,X2,X3,三、实验应知知识,6,实际常见三点式,LC,正弦波振荡器的电路分析,实际工程中，常见的三端式振荡器有四种基本电路,6.1,电容反馈三端式振荡器,(,考毕兹,电路,),实际电路组成如图示：,电阻,R,B1,R,B2,、,R,C,、,R,E,构成直流偏置电路,R,E,、,构成交直流自给偏压电路,L,、,C,1,、,C,2,构成,LC,振荡回路，反馈电压取自电容,C,2,。故称三点电容反馈。,电容,CB,提供交流同路。,高频等效电路为：,C,1,C,2,L,考毕兹电路的优点：,1,）电容反馈三端电路的振荡波形好。,2,）电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。,3,）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作 频率可做到几十,MHz,到几百,MHz,的甚高频波段范围。,电路的缺点：,调,C,1,或,C,2,来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在,L,两端并上一个可变电容器，并令,C,1,与,C,2,为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。,电容反馈三端电路的振荡频率为,三、实验应知知识,6.2,电感反馈三端式振荡器,(,哈特莱电路,),电路组成如图示：,L,1,L,2,Ec,Cc,Rb1,Rb2,Re,Ce,Cb,BT,直流偏置电路,R,b1,R,b2,决定了起振时电路,的工作点,当振荡以后,R,e,C,e,构成自给偏压电路,L1,、,L2,与,C,电路构成振荡回路，反馈电压取自电感,L2,，故称三点电感反馈。,电容,Cb,与,Cc,提供交流通路,高频等效电路为：,L,1,L,2,C,电感反馈三端电路的振荡频率为,哈特莱电路的优点：,1,、,L,1,、,L,2,之间有互感，反馈较强，容易起振；,2,、振荡频率调节方便，只要调整电容,C,的大小即可。,3,、而且,C,的改变基本上不影响电路的反馈系数。,电路的缺点：,1,、,振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；,2,、,电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这是因为频率太高，,L,太小且分布参数的影响太大。,三、实验应知知识,6.3,串联型改进电容三端式振荡器,(,克拉泼电路,),电路组成如图示：,特点,是在考毕兹电路的基础上，用一电容,C3,与原,电路中的电感,L,相串。,功用,主要是以增加回路总电容和减小管子与回路间的耦合来提高振荡回路的标准性。使,振荡频率的稳定度得以提高。,因为,C,3,远远小于,C,1,或,C,2,，,所以三电容串联后的等效电容约为,C3,。,电路的振荡频率为：,故克拉泼电路的振荡频率几乎与,C,1,、,C,2,无关,主要由,C3,决定。,与考毕兹电路相比，在电感,L,上串联一个电容。它有以下特点：,1,、振荡频率改变可不影响反馈系数。,2,。振荡幅度比较稳定；,但,C3,不能太小，否则导致停振，所以克拉泼振荡器频率覆盖率较小，仅达,1.2-1.4,；,所以。克拉泼振荡器适合与作固定频率的振荡器,三、实验应知知识,6.4,并联型改进电容三端式振荡器,(,西勒,(Seiler),电路,),特点是在,克拉泼电路的基础上，,用一电容,C4,与原,电路中的,L,相并联,。,电路组成如图示：,Ec,Cc,Rb1,Rb2,Re,Cb,BT,Rc,Ce,L,C1,C2,C3,C4,功用是保持了晶体管与振荡回路弱藕合，振荡频率的稳定度高，调整范围大。,高频等效电路为：,L,C,1,C,2,C,3,C,4,A,B,振荡频率,与克拉泼振荡电路相比，在电感,L,上并联一个电容。它有以下特点：,1,、振荡幅度比较稳定；,2,、振荡频率可以比较高，如可达千兆赫；频率覆盖率比较大，可达,1.6-1.8,；,所以在一些短波、超短波通信机，电视接收机中用的比较多。,三、实验应知知识,6.5,石英晶体的基本特性,1.,定义：,用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡电路称为,石英,晶体振荡（简称晶振）,频率稳定度很高，约,；,2.,优点：,Q,q,很高，约,；,3,.,石英晶体性能特点,:,ii.,振荡频率,若信号频率,=,晶体谐振,s,，压电效应最强，称,s,为基频,i.,具有压电效应,iii.,泛音效应,若,=,n,s,，压电效应较强，称,n,s,为,n,次泛音。（一般采用三次或五次泛音）,若在石英晶片两端加一信号源，观察流过晶体的电流,与它二端电压的关系,做一个,实验,:,现象：,电流超前电压,90,O,；呈电容性,当,=,s,当,s,当,s,电流滞后电压,90,O,；呈感性,电流最大，且与电压同相，呈纯阻性；,结论：,一般,L,q,：几毫亨几百亨,C,q,：,10,-4,pF,10,-1,pF,r,q,：几十,几百,支架电容,C,0,为几皮法,性能好,i),Q,q,很高，,ii),接入系数,n,很小,iii),具有电抗特性,可见,石英晶片可等效为,Lg,、,Cg,、,rg,串联,与,LgCo,的,并联谐振回路。,4,.,石英晶体应用特点,:,当 时，电抗,x,=0,呈串联谐振，,等效一根短路线，,在串,联型晶振电路中等效短路元件；,当 时，电抗,x,=,呈并谐，等效开路；,当 时，电抗,x,0,呈感性，在晶振电路中,等效为电感,晶体具有两个谐振频率，即：,结论,晶体的应用，一般选择在感性区或串谐区。因为感性区狭窄，电抗特性陡；,对频率的变化具有极灵敏的补偿能力。所以在晶振电路中，,晶体选择感性区或串谐区，它等效一个电感元件或短路线。,三、实验应知知识,6.6,石英晶体振荡器电路分析,1.,并联型晶振电路：,晶体,JTL(,s,osc,1,可知，当,F,增大时，固然可以使,T0,增加，但是,F,过大时，由于,gib,的影响将使增益降低,反而使,T0,减小，导致振荡器不易起振。若,F,取得较小，要保证,T01,，,则要求,Yfb,越大。可见，,F,过大，过小对起振不利，,F=0.01-0.5,较为合理当晶体管导通时，,Ce,被充电，充电时间常数为,Rd*,Ce,.,当晶体管截止时，,Ce,通过,Re,放电，放电时间常数为,Re*,Ce,显然在,Ce,上建立平均电压的条件为充电时间常数大于放电时间常数。,答,3,：对于,LC,振荡电路，其整个电路的相位关系为,fe+f+z,=0.,当静态工作点产生变化时，其正向传输导纳的相角,fe,会产生变化，由,LC,回路的相位调节作用,z=-,（,fe+f,）。,从而振荡频率发生了变化。,答,4,：由于调节,C4,可以改变频率，而回路的接入系数变