高频实验2：LC与晶体振荡器

一．实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能。

3．熟悉静态工作点IEQ对振荡器振荡幅度和频率的影响。 4．熟悉LC谐振回路的电容变化对振荡器振荡频率的影响。

二．实验预习要求

1．做本实验时应具备的知识点：  三点式LC振荡器

 克拉泼电路

 静态工作点值对振荡器工作的影响 2．做本实验时所用到的仪器：  LC与晶体振荡模块实验板  双踪示波器  频率计  万用表

三．实验电路原理

1．概述

ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。

在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。 2．LC振荡器的起振条件

一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振、平衡条件和相位平衡条件。

3．C振荡器的频率稳定度

频率稳定度表示：在一定时间、或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；Δf０为振荡频率的频率误差，Δf０＝f０２－f０１；f０２和f０１为不同时刻的f０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。

4、LC振荡器的调整和参数选择

以实验采用的改进型电容三点振荡电路（西勃电路）为例 （1）静态工作点的调整

合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路，如实验电路图１２－１所示。

当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，靠近截止区。 （2）反馈系数Ｆ和集电极接入系数Ｐ１的选择

为了获得较高的频率稳定度，振荡管的C、E端与回路之间常采用部分接入，而且振荡器的工作状态选在甲乙类的欠压状态。通常选取接入系数：

VCCGND13K1SW DPDT+12V+12V1GND-12V1+12V113R0310013D01LED 13W01100kVCC+12V12V-12V13R043k13R022K-12V113TP0213C0115pGND13C0575p13E0110u/16V+12V-12V13V01X输出Y113R0110013U01A213TL072+12V113K0113R0520k4113TP01246180813K0213C0430013TP0313579GND13GND11GND13C02 13JZ5014MHZ13C15-10p13L016uH13C031000p13R0620k13R071k13C060.033uGND1SW-K213BG0190182 P1C0.1~0.2 C1C1

111C1C2C3Ｐ１不能太小，否则振荡强度会减弱，甚至不起振。 反馈系数Ｆ也不宜过大或过小，一般经验数据取Ｆ＝Ｃ１／Ｃ２≈0．1～0．５，然后在调试中由实验决定。

四．实验内容

1．用万用表进行静态工作点测量，用示波器观察振荡器的停振、起振现象。

2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值Vp-p，并以频率计或示波器记录频率值。 3．观察并测量静态工作点IEQ对振荡器振荡幅度和频率的影响。

五．实验设备及仪器的调整

1．LC和晶体振荡器模块电路的调整

①选择接通跳线开关13K02接入13L01和13C1，即LC选频电路。

②用小起子缓慢调节调整半可变电容13C1，将其振荡频率调至约6.5MHz。 2．频率计的设置

选择1Hz~100MHz的“A”输入端；功能档选择“FA”（读频率）；衰减档选择“×1”档；建议闸门时间选择“0.1s”档；低通选择开关选择“关”档。

3．示波器的设置

①探头衰减开关：×10档。 ②建议V/DIV调至100mV档。

③建议Time/DIV调至50ns或100ns档。 4．数字万用表的设置（略）

六．实验步骤

1．静态工作点IEQ的测量

将三用表接入测试点13TP03，以测量晶体振荡管13BG01的发射极电压VEQ，具体方法如下： 用小起子调节电位器13W01改变三极管13BG01的基极电压VB，其发射极电压VEQ亦随之变化。用万

用表读取VEQ的值，并按以下公式计算其相应的IEQ值（13R07=1kΩ）： IEVEmA=VE (mA)

13R072．静态工作点IEQ变化对振荡器工作频率及其振幅值的影响 ⑴ 实验初始条件：IEQ=2.5mA（调13W01达到），

⑵ 调节电位器13W01以改变晶体管静态工作点IEQ，使其分别为表1所示各值，把频率计探头接到OUT端，读取并记录相应的振荡频率值；把示波器探头接到13TP02端，测量相应的输出振荡电压峰-峰值Vp-p，并填入表1。

表1：LC振荡器测量记录 （示波器坐标参数：Time/DIV： V/DIV： ）

IEQ(mA) f(MHz) Vp-p(V) 格 数 频率值 格 数 电压值 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 fmax： 2.6 2.8 fmin： 3.0 其他测量记录 低端停振点电流值： ⑶观察振荡器停振和起振

高端停振点电流值： 在IEQ的低端停振点电流值和高端停振点电流值附近，用用小起子缓慢调节电位器13W01，并在示波器中观察其停振和起振现象。将低端停振点电流值和高端停振点电流值用万用表读出并填入表1。

4．振荡器频率范围的测量

测量方法：

用小起子缓慢调节调整半可变电容13C1，同时用频率计在OUT端观察并测量输出振荡信号在1.5mA时的最大和最小频率值fmax和 fmin，将其填入表1。

5．晶体振荡器的测量 测试方法：

（１）选择接通跳线开关13K02接入13JZ501，断开13C1和13L01，构成晶体振荡电路。 （２）重复上述１、２、３、4步骤，将测量结果填入表2。

表2：晶体振荡器测量记录（示波器坐标参数：Time/DIV： V/DIV： ）

IEQ(mA) f(MHz) Vp-p(V) 格 数 频率值 格 数 电压值 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 其他测量记录 低端停振点电流值(mA)

高端停振点电流值(mA) 需注意：做本实验时，可能发生振荡器输出波形失真或停振现象，此时可先把该现象记下来。必要时，可改变其他参数，使振荡器重新起振。

七．实验报告要求

1．记录ＬＣ振荡器与晶体振荡器的测量数据：

⑴静态工作点电流IEQ以及与对应的各点振荡频率和电压峰~峰值Vp-p； ⑵振荡器频率范围；

⑶影响振荡稳定性的因素；

2．ＬＣ振荡器与晶体振荡器测量比较的结果，分析晶体振荡器的优点。 3．实验体会和总结。