实验三 LCLC电容反馈三点式振荡电容反馈三点式振荡器器LC电容反馈三点式振荡器一、实验目的 1. 掌握三点式振荡电路的基本构成特点。掌握LC电容反馈三点式振荡电路的基本工作原理.2. 掌握反馈系数不同时，对起振点的影响。3. 掌握静态工作电流IBQ对振荡频率fo和振荡幅度的影响。 4. 掌握振荡回路Q值变化对频率稳定度的影响 LC电容反馈三点式振荡器二、实验内容1 1、熟悉电容三点式、熟悉电容三点式LCLC振荡器电路振荡器电路, ,调整实验静调整实验静态工作点。态工作点。2 2、测定实验振荡器的振荡频率与振荡幅度、测定实验振荡器的振荡频率与振荡幅度3 3、测定反馈系数不同时、测定反馈系数不同时, ,起振点、振幅与工作起振点、振幅与工作电流的关系电流的关系4 4、测定负载电阻不同时、测定负载电阻不同时, ,振荡器振幅与频率的关系。振荡器振幅与频率的关系。LC电容反馈三点式振荡器三、实验应知知识 作为信号源作为信号源，广泛应用于广播、电视、通信设备和各种测量，广泛应用于广播、电视、通信设备和各种测量仪器中，是电子技术领域中最基本的电子线路。仪器中，是电子技术领域中最基本的电子线路。1.1.振荡器的定义振荡器的定义: : 在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为振荡器。称为振荡器。3.3.振荡器的功用振荡器的功用: :2 2、正弦波振荡器、正弦波振荡器 正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器。主要有正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器。主要有RC,LCRC,LC和晶体振荡器三种电路。和晶体振荡器三种电路。 LC电容反馈三点式振荡器4 4、三端式、三端式LCLC振荡器振荡器 三端式三端式LCLC振荡电路是实际工程中经常被采用的一种振振荡电路是实际工程中经常被采用的一种振荡电路，其产生的工作频率约在几荡电路，其产生的工作频率约在几MHzMHz到几百到几百MHzMHz的范围，的范围，频率稳定度约为频率稳定度约为101033-10-1044量级，采取一些稳频措施后，量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。还可以再提高一点。三端式三端式LCLC振荡器有多种形式，主要有：振荡器有多种形式，主要有：电容三端式，又称电容三端式，又称考毕兹振荡器考毕兹振荡器(Coplitts)(Coplitts)；电感三端式，又称电感三端式，又称哈特莱振荡器哈特莱振荡器(Hartley)(Hartley)；串联型改进电容三端式，又称串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器克拉泼振荡器(Clapp)(Clapp)；并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)(Selier)。LC电容反馈三点式振荡器什么是三点或什么是三点或( (三端三端) )式振荡器？式振荡器？4.1 LC4.1 LC振荡器的电路组成振荡器的电路组成 LCLC振荡器的基本电路就是通常所说的三点式振荡器的基本电路就是通常所说的三点式 ( (又称三端式又称三端式) )振振荡器。荡器。cebX1X2X3晶体管有三个电极（B、E、C）分别与三个电抗性元件相连接形成三个接点故称为三点式振荡器LC电容反馈三点式振荡器三点式三点式 ( (又称三端式又称三端式) )振荡器要实现振荡，必须满足相位平衡条件振荡器要实现振荡，必须满足相位平衡条件与振幅平衡条件与振幅平衡条件. .为此电路组成结构必须遵循两个原则为此电路组成结构必须遵循两个原则. .cebX3X1X2与晶体管发射极相联结的电抗X1、X2性质必须相同。即be、ce间电抗性质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遵循以上两个原则才能满足：满足： 相位条件适当选择适当选择X1与与X2的比值就的比值就能满足：能满足：振幅条件原则一原则一原则二原则二LC电容反馈三点式振荡器ceb4 4、2 2 三点式振荡器的基本电路构成三点式振荡器的基本电路构成电容反馈三点振荡器电容反馈三点振荡器C1C2L 由由图图可可见见: :与与晶晶体体管管发发射射极极相相连连接接的的电电抗抗性性元元件件C C1 1和和C C2 2为为容容性性, , 不不与与发发射射极极相相连连接接段段另另一一电电抗抗性性元元件件X X3 3为为感感性性, 满满足足三三端端式式振振荡荡器器的的组组成成原原则则。因因反反馈馈网网络络是是由由电电容容元元件件完完成成的的, ,适适当当选选择择C1C1与与C2C2的的比比 值值, ,则则可可满满足足振振幅幅条条件件, ,故故称为电容反馈三点振荡器称为电容反馈三点振荡器. .三端式振荡器有二种基本电路三端式振荡器有二种基本电路:其一为其一为 电容反馈三点振荡器也称为电容反馈三点振荡器也称为考必兹振荡器考必兹振荡器, ,电路组成特电路组成特点是点是: : LC电容反馈三点式振荡器4 4、2 2 三点式振荡器的基本电路构成三点式振荡器的基本电路构成ceb电感反馈三点振荡器电感反馈三点振荡器L1L2C其二为其二为 电感反馈三点振荡器也称为电感反馈三点振荡器也称为哈特莱哈特莱振荡器振荡器, ,电路组成特电路组成特点是点是: : 由由图图可可见见: :与与晶晶体体管管发发射射极极相相连连接接的的电电抗抗性性元元件件L1L1和和L2L2为为感感性性, , 不不与与发发射射极极相相连连接接的的另另一一电电抗抗性性元元件件C C为为容容性性, 满满足足三三端端式式振振荡荡器器的的组组成成原原则则。因因反反馈馈网网络络是是由由电电感感元元件件完完成成的的, ,适适当当选选择择L1L1与与L2L2的的比比 值值, ,则则可可满满足足振振幅幅条条件件, ,故故称为电感反馈三点振荡器称为电感反馈三点振荡器. .LC电容反馈三点式振荡器5 5、1 1 电容反馈三端振荡器电容反馈三端振荡器( (考毕兹电路考毕兹电路) )电容三端式振荡电路电容三端式振荡电路（a）（b）电容反馈三端电路的振荡频率电容反馈三端电路的振荡频率5 5、实际常见、实际常见LCLC反馈振荡器电路反馈振荡器电路考毕兹电路的优点：考毕兹电路的优点：1）电容反馈三端电路的振荡波形好。）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）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路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。荡频率的影响。3）电容三端电路的工作频率可以做得较高，）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。它的工作回路的振荡电容。它的工作 频率可做到几频率可做到几十十MHz到几百到几百MHz的甚高频波段范围的甚高频波段范围。 电路的缺点：电路的缺点： 调调C1或或C2来改变振荡频率时，反馈系来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在数也将改变。但只要在L两端并上一个可两端并上一个可变电容器，并令变电容器，并令C1与与C2为固定电容，则在为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。调整频率时，基本上不会影响反馈系数。LC电容反馈三点式振荡器 (a) (a) 共发电感反馈三端式振荡器电路共发电感反馈三端式振荡器电路(b) 等效电路等效电路电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路电感反馈三端电路的振荡频率为电感反馈三端电路的振荡频率为5 5、2 2电感反馈三端式振荡器电感反馈三端式振荡器( (哈特莱电路哈特莱电路) ) 哈特莱电路的优点：哈特莱电路的优点： 1、L1、L2之间有互感，反馈之间有互感，反馈较强，容易起振；较强，容易起振； 2、振荡频率调节方便，只要、振荡频率调节方便，只要调整电容调整电容C的大小即可。的大小即可。 3、而且、而且C的改变基本上不影响的改变基本上不影响电路的反馈系数。电路的反馈系数。电路的缺点：电路的缺点：1、振荡波形不好，因为反馈电压振荡波形不好，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，因此对高次谐波谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；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，这是因为频率太不能做得太高，这是因为频率太高，高，L L太小且分布参数的影响太大。太小且分布参数的影响太大。LC电容反馈三点式振荡器5 5、3 3串联型改进电容三端式振荡器串联型改进电容三端式振荡器( (克拉泼电路克拉泼电路) )（a a）克拉泼电路的实用用电路）克拉泼电路的实用用电路（b b）高平等效电路）高平等效电路因为因为C3远远小于远远小于C1或或C2，所以三电容串联后的等效电容，所以三电容串联后的等效电容振荡角频率振荡角频率故克拉泼电路的振荡频率几乎与故克拉泼电路的振荡频率几乎与C1、C2无关。无关。 下图是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路。特点下图是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路。特点是用一电容是用一电容C3C3与原与原电路中的电感电路中的电感L L相串联后代替相串联后代替L L，功用，功用主要是以增加回路总电容和减小管子与回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。振荡频率的稳定度得以提高。电路的振荡频率主要由C3 来决定，基本不受其它的电容（C1、C2）的影响。这对提高振荡频率的稳定性是有利的。但也有缺点：1、如C1、C2 过大，振荡幅度就太低；2、若减小C3 ，以提高振荡频率，但可能停振，因此也就限制了振荡频率的提高。3、频率覆盖系数不高。一般在1.21.3。LC电容反馈三点式振荡器5、4 并联型改进电容三端式振荡器并联型改进电容三端式振荡器(西勒西勒(Seiler)电路电路)(a)(a)实际电路实际电路(b)(b)高频等效电路高频等效电路其回路等效电容其回路等效电容振荡频率振荡频率 下图是另一种改进型的电容反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。特点下图是另一种改进型的电容反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。特点是用一是用一可变电容可变电容C4C4与原电路中的与原电路中的L L相并联相并联，功用是保持了晶体管与振荡回路弱藕，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。合，振荡频率的稳定度高，调整范围大。与克拉泼振荡电路相比，在电与克拉泼振荡电路相比，在电感感L L上并联一个电容。但它有以上并联一个电容。但它有以下特点：下特点：1 1、振荡幅度比较稳定；、振荡幅度比较稳定；2 2、振荡频率可以比较高，如可、振荡频率可以比较高，如可达千兆赫；频率覆盖率比较大，达千兆赫；频率覆盖率比较大，可达可达1.6-1.81.6-1.8； 所以在一些短波、超短波所以在一些短波、超短波通信机，电视接收机中用的比通信机，电视接收机中用的比较多。较多。LC电容反馈三点式振荡器 6 6、实验用、实验用LCLC电容反馈三点式振荡器的构成与工作原理分析电容反馈三点式振荡器的构成与工作原理分析 晶体管VT2、电容CT3、C11、C1、C14、C17、CT1、VD1和L1构成西勒振荡器VR2调整静态电流 S4改变反馈系数 S2选择振荡电路 S3改变负载电阻回路Q值LC电容反馈三点式振荡器7 7 实验用实验用LCLC电容反馈三点式振荡器的实际电路布局图电容反馈三点式振荡器的实际电路布局图 晶体管VT2J1VR1VR2VR5S2S3S4变容管VD1晶体LC电容反馈三点式振荡器LC电容反馈三点式振荡器四、实验应会技能1、LC振荡器的振荡频率与振荡幅度测量1 1）将）将S2S2置置“1”ON“1”ON，为，为LCLC振荡器。振荡器。S4S4置置“2”ON“2”ON。选反馈电容为选反馈电容为560Pf,S3560Pf,S3开路开路, ,使负载为使负载为。2 2）调）调VR1VR1，使变容二极管，使变容二极管VD1VD1负端为负端为+2V+2V。3 3）用示波器检测）用示波器检测“J6”“J6”处振荡输出信号，适当调处振荡输出信号，适当调整整VR2VR2、VR5VR5，使输出的信号最大且不失真。记录，使输出的信号最大且不失真。记录此时的：此时的： 振荡输出振荡输出V VZDZD= (V)= (V) 集电极电流集电极电流Ic = mA (Ic=Ve/R15)Ic = mA (Ic=Ve/R15)4 4）用频率计测定此时的振荡频率：）用频率计测定此时的振荡频率：f= f= (MHz)(MHz)5) 5) 将将CT1CT1和和CT3CT3容量调到最大（动容量调到最大（动/ /静片重合），静片重合），记录此时的频率与幅度：记录此时的频率与幅度：f= MHz, Vf= MHz, VZDZD (V). (V). 6) 6) 将将C CT1T1和和C CT3T3容量调到最小（动容量调到最小（动/ /静片分开），记录此时的频率与幅度静片分开），记录此时的频率与幅度f= MHzVf= MHzVZDZD= (V).= (V).7) 7) 将将C CT1T1和和C CT3T3容量调到中间（动容量调到中间（动/ /静片垂直），记录此时的频率与幅度：静片垂直），记录此时的频率与幅度：f= MHz, Vf= MHz, VZDZD= (V)= (V)8 8）本实验电路的）本实验电路的LCLC振荡器输出频率：振荡器输出频率：最大频率最大频率f= MHz,f= MHz,最小频率最小频率f= MHzf= MHzLC电容反馈三点式振荡器2、LC振荡器的IC变化对振荡器影响的研究1 1）将）将S2S2置置“1”ON“1”ON，为，为LCLC振荡器。振荡器。S4S4置置“3”ON“3”ON。选反馈电容为选反馈电容为360Pf,S3360Pf,S3开路开路, ,使负载为使负载为。2 2）调）调VR1VR1，使变容而极管，使变容而极管VD1VD1负端为负端为+2V+2V。用示波。用示波器与频率计检测器与频率计检测“J6”“J6”处振荡输出信号和频率。处振荡输出信号和频率。3 3）调整）调整VR2VR2，使振荡器的集电极电流，使振荡器的集电极电流ICIC按表中所按表中所给数据变化，并逐点记录振荡频率与输出电压幅给数据变化，并逐点记录振荡频率与输出电压幅度度V VZDZD，将结果记于表中。，将结果记于表中。Ic(mA)Ic(mA)1.51.52 22.52.5注注1 1：实际电压调整值应根据实验设备的实际电压调整值应根据实验设备的实际情况而定。此值仅作参考。实际情况而定。此值仅作参考。注注2 2：频率的变化应注意观察小数点后两频率的变化应注意观察小数点后两位的数字位的数字。Ve(V)Ve(V)4.954.956.66.68.258.25V VZDZD(V)(V)F(MHz)F(MHz)已知已知Re=3.3K Ve=Ic*Re Ic=Ie=Ve/R15Re=3.3K Ve=Ic*Re Ic=Ie=Ve/R15结结论论最佳最佳IC= IC= （mA) mA) 停振停振Ic= (mA)Ic= (mA)ICIC变化对振荡幅度与频率的影响：变化对振荡幅度与频率的影响：LC电容反馈三点式振荡器反馈电容S4=4/100PS4=3/360PS4=2/560PS4=1/5000P反馈系数振荡幅度振荡频率已知F=C17/C7等 C17=50P结论3、LC振荡器的反馈系数对振荡器影响的研究1 1）将）将S2S2置置“1”ON“1”ON，为，为LCLC振荡器。振荡器。S4S4置置“2”ON“2”ON。选反馈电容为。选反馈电容为560Pf,S3560Pf,S3开路开路, ,使负载为使负载为。2 2）变容二极管）变容二极管VD1VD1负端为负端为+2V+2V不变。不变。恢复振荡器到最佳工作状态。恢复振荡器到最佳工作状态。3 3）按表中所列数据要求，分别拨）按表中所列数据要求，分别拨动动S4S4开关，从而改变反馈电容大开关，从而改变反馈电容大小，计算反馈系数，并用示波器小，计算反馈系数，并用示波器记录振荡频率与幅度及开始起振记录振荡频率与幅度及开始起振以及停振时的反馈电容值。以及停振时的反馈电容值。LC电容反馈三点式振荡器负载电阻S3全开路S3=4/10KS3=3/1KS3=2/500S3=1/100振荡幅度振荡频率结论4、LC振荡器的负载变化对振荡器影响的研究1 1）将）将S2S2置置“1”ON“1”ON，为，为LCLC振荡器。振荡器。S4S4置置“2”ON“2”ON。选反馈电容为。选反馈电容为560Pf,S3560Pf,S3置置“4”ON,“4”ON,使负载使负载RL=10KRL=10K。2 2）调）调VR1VR1，保持变容二极管，保持变容二极管VD1VD1负负端为端为+2V+2V不变。不变。3 3）按表中所列数据要求，分别拨）按表中所列数据要求，分别拨动动S3S3开关，从而改变负载电阻的开关，从而改变负载电阻的大小，并用示波器记录振荡幅度、大小，并用示波器记录振荡幅度、振荡频率的变化与停振时的负载振荡频率的变化与停振时的负载电阻值。电阻值。LC电容反馈三点式振荡器五、实验报告内容与思考题一、实验报告内容： 1 1、写明实验目的、写明实验目的. . 2 2、画出实验电路原理图并说明实验电路的结构形式与工作原理。、画出实验电路原理图并说明实验电路的结构形式与工作原理。 3 3、写明实验所用仪器。、写明实验所用仪器。 4 4、写明实验项目并整理实验数据。、写明实验项目并整理实验数据。第一题：第一题： 为什么起振后的直流工作点电流不同于起振前的静态工作点电流？对为什么起振后的直流工作点电流不同于起振前的静态工作点电流？对 于一个实际的振荡器，用万用电表检查它，能否判断它是否起振？于一个实际的振荡器，用万用电表检查它，能否判断它是否起振？ 第二题：为什么反馈系数要选取第二题：为什么反馈系数要选取F=0.5-0.01,F=0.5-0.01,过大，过小有什么不好？过大，过小有什么不好？ 第三题第三题 对于对于LCLC电路，为什么当静态电流发生变化时，其振荡频率会发生变化？电路，为什么当静态电流发生变化时，其振荡频率会发生变化？ 第四题：第四题： 对于西勒电路，当频率变化时，为什么幅度变化不太明显？对于西勒电路，当频率变化时，为什么幅度变化不太明显？一、实验思考题：LC电容反馈三点式振荡器答答1 1：从形成振荡的过程可知，电路在起振之初为小信号工作状态，随着振荡的：从形成振荡的过程可知，电路在起振之初为小信号工作状态，随着振荡的不断增长，将进入大信号工作状态。由于晶体管特性曲线的非线性不断增长，将进入大信号工作状态。由于晶体管特性曲线的非线性( (对于小功率对于小功率振荡器而言振荡器而言, ,非线性主要表现为截止失真非线性主要表现为截止失真) )，使其集电结电流的通角减小，此时的，使其集电结电流的通角减小，此时的平均电流为起振后的直流电流，它必大于静态时的工作点电流。能，主要根据起平均电流为起振后的直流电流，它必大于静态时的工作点电流。能，主要根据起振前后，发射极直流电压是否变化。若发射极电压大于静态时的电压，表明电路振前后，发射极直流电压是否变化。若发射极电压大于静态时的电压，表明电路已发生振荡。已发生振荡。 答答2 2：从起振条件：从起振条件(Yfb/GP+(F*F)gib)*F1(Yfb/GP+(F*F)gib)*F1可知，当可知，当F F增大时，固然可以使增大时，固然可以使T0T0增加，增加，但是但是F F过大时，由于过大时，由于gibgib的影响将使增益降低的影响将使增益降低, ,反而使反而使T0T0减小，导致振荡器不易起减小，导致振荡器不易起振。若振。若F F取得较小，要保证取得较小，要保证T01T01，则要求，则要求YfbYfb越大。可见，越大。可见，F F过大，过小对起振不过大，过小对起振不利，利，F=0.01-0.5F=0.01-0.5较为合理当晶体管导通时，较为合理当晶体管导通时，CeCe被充电，充电时间常数为被充电，充电时间常数为Rd*Ce.Rd*Ce.当当晶体管截止时，晶体管截止时，CeCe通过通过ReRe放电，放电时间常数为放电，放电时间常数为Re*Ce,Re*Ce,显然在显然在CeCe上建立平均电压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。的条件为充电时间常数大于放电时间常数。答答3 3：对于：对于LCLC振荡电路，其整个电路的相位关系为振荡电路，其整个电路的相位关系为fe+f+z=0.fe+f+z=0.当静态工当静态工作点产生变化时，其正向传输导纳的相角作点产生变化时，其正向传输导纳的相角fefe会产生变化，由会产生变化，由LCLC回路的相位回路的相位调节作用调节作用z=-z=-（fe+ffe+f）。从而振荡频率发生了变化。）。从而振荡频率发生了变化。 答答4 4：由于调节：由于调节C4C4可以改变频率，而回路的接入系数变化不大，振荡幅度就比较可以改变频率，而回路的接入系数变化不大，振荡幅度就比较平稳，这就使在波段范围内幅度平稳性大为改善。平稳，这就使在波段范围内幅度平稳性大为改善。LC电容反馈三点式振荡器