振荡器实验

第一章实验环节及要求为了达到实验预期目的和效果，需要作好实验前的预习、实验过程、实验报告等几个主要环节。

一、实验预习（30分）能否在规定的时间内完成实验内容，并达到预期的实验效果，很大程度上取决于实验前的预习和准备工作是否充分。

因此每次实验前，需要阅读实验讲义，明确实验目的与任务，掌握必要的实验理论和方法，了解实验内容和所用设备的使用方法，在此基础上简要写出预习报告，内容包括：1、实验名称2、实验目的3、实验原理（要求简明扼要）4、实验电路图（原理图，交流等效图）5、实验设备6、完成预习思考题，预期实验结果7、实验内容（只要求列出实验项目及记录数据的空白表格）二、实验过程（40分）正确的操作程序和良好的工作方法是实验顺利进行的保证。

因此，实验时要求做到：1、按编号入座，认真检查实验使用电子仪器设备的状况，若发现故障应报告指导教师及时排除，以免耽误上课时间。

2、认真听取指导教师对实验的介绍。

3、根据实验电路的结构特点，按实验内容要求接线。

接线完毕，要养成自查的习惯。

4、实验电路接好后，接入电源。

要求实验前“先接实验电路，后接通电源”，实验完毕后，“先断开电源，后拆实验电路”。

5、电路接通后，不要急于测定数据，先按实验预习时所预期的实验结果，概略地观察全部现象及各仪表的读数变化范围。

然后，逐项实验，测量时要有选择地读取几组数据。

读取数据时，要尽可能在仪器仪表的同一量程内读数，减少由于仪器仪表量程不同而引起的误差。

6、若实验中要求绘制曲线，至少要读取10组数据，而且，在曲线弯曲部分应多读几组数据，这样画出的曲线就比较平滑准确。

7、测量数据经自审无误后，送指导教师复核，经检查正确后才可拆掉电路，以免因数据错误需要重新接线测量而花费不必要的时间。

8、实验结束后，应做好仪器设备和导线的整理以及实验台面的清洁工作，做到善始善终。

（10分）三、实验报告（30分）实验报告是实验工作的全面总结。

对于工科学生来说，撰写实验报告是一种基本技能训练。

通过写实验报告，能深化对技术基础理论的认识，提高理论的应用能力，提高处理实验数据，分析、判断实验结果的能力，培养严谨的学风和事实求是的科学态度，锻炼科技文章的写作能力。

因此，撰写实验报告是实验工作不可缺少的重要环节之一，不可忽视。

具体要求如下：1、在预习报告的基础上，对实验的原始数据进行整理，列表写出测量值和理论值。

按要求绘制波形图、曲线图等。

2、运用实验原理及相关理论知识，对实验结果进行必要的分析和说明，从而得出结论。

3、对实验中存在的问题进行讨论，并回答思考题。

4、对实验方法、实验电路的选择、老师的教学方法等提出有创意性的建议。

实验箱使用注意事项1、本实验箱提供了本课程所有的实验项目，每次实验通常只做其中某一个单元电路的实验，因此不要随意操作与本次实验无关的单元电路。

2、开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来切换电路的结构形式。

用“短路帽”换接电路时，动作要轻巧，更不能丢失“短路帽”，以免影响后续实验的正常进行。

3、在打开的实验箱箱盖上不可堆放重物，以免损坏机箱的零部件。

4、实验完毕时必须按开启电源的逆顺序逐级切换相应的电源开关。

实验一LC与晶体振荡器一、实验目的1. 初步认识实际的硬件振荡电路的组成，尤其要重视实际电路比原理性电路，多添加的辅助性元件的作用，以培养良好的识图习惯，增强识图能力。

2. 掌握交流等效电路的绘制方法。

3. 对振荡电路的静态工作点、反馈系数对振荡的建立、输出波形等振荡特性的影响进行观测。

目的在于为设计振荡电路时，如何正确选择静态工作点和反馈系数，提供依据和方法。

4. 比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。

5. 通过对实验电路的仿真，掌握仿真的基本方法，并学会利用仿真方法，对电路的特性进行分析。

二、实验原理1. 并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器本实验以在短波、超短波通信机，电视接收机等高频设备中得到非常广泛应用的西勒振荡器（即并联改进型电容反馈三点式振荡器）为例，其原理电路如图2-1所示。

西勒振荡器是在串联改进型电容反馈三点式振荡电路（克拉泼振荡器）的基础上，在L1两端并联一个小电容C4，且C4>C3，振荡频率主要由L1和C4决定，调节C4可改变振荡频率。

西勒电路的优点是进一步提高振荡频率的稳定性，振荡频率可以做得较高，2. 交流等效电路分析交流等效电路分析法，是把电路的交流系统从电路中分离出来，进行单独分析的一种方法，因此其关键在于正确地绘制交流等效电路。

下面给出绘制交流等效电路的一般原则：（1）直流电源看作短路（2）交流旁路电容看作短路（3）隔直耦合电容看作短路（4）为简化交流等效图，一些技术性元件可以删除，而原理性元件则不能随便删除和变更位置。

从电路中各元件对信号的放大、处理有无直接关系来分，可以分为技术性元件与原理性元件两类。

原理性元件指那些与信号的放大、处理有直接关系的元件。

技术性元件指辅助电路完成原理性工作，以及为了使电路达到某些技术指标而加入的，但并不影响电路的基本工作的元件。

判别的方法是看该元件是不是电路基本功能(如放大或振荡功能)必不可少的，如果将它去掉后，电路仍具有基本功能，说明该元件是技术性元件。

否则，该元件是原理性元件。

判别时应考虑电路所处理的信号频率和元件在电路中的位置。

如果元件是与其它元件并联的，应采用开路的方法来判别。

如果元件是串联在某回路中的，则采用短路的方法来判别。

交流旁路电容和隔直耦合电容的判别，一般根据电容所在的位置及其容值的大小。

与电感并联的大多不是旁路电容；对交流来说，容抗很小的是旁路电容，而容抗不能忽略的则不是旁路电容。

隔直耦合电容一般用来连接电路的前后级，它对被传输的交流信号呈现较小的容抗。

根据以上四点，画出图2-1西勒振荡电路的交流等效图如图2-2。

首先，明确电路的功能是LC振荡器，所以，构成LC振荡回路的元件C1、C2、C3、C4、L1，应属于原理性元件，不能删除和变更位置。

其次，把直流电源Ec ，旁路电容Cb 看作短路后，电阻Rb1、Rb2也因此被短路。

最后，对电阻Rc 、Re 的处理，就可以根据它们在电路中的作用，即确定电路静态工作点，去除它们不会影响交流信号的振荡功能，确定为技术性元件。

而它们是与LC 回路并联的，采用开路的方法处理。

从交流等效图2-2中，可以获得以下分析结果，这些结果也就是分析电路所要达到的目的。

（1）电路为共基极组态。

（2）电路为西勒振荡器（即并联改进型电容反馈三点式振荡器）。

（3）反馈电压取自电容C2，反馈系数211C C C F +=（4）电路的振荡电容为C1，C2，C3，C4的合成值。

三、实验电路分析本实验的实际电路如图2-3所示。

用“短路帽”短接切换开关K 101、K 102、K 103、K 104的1和2接点（以后简称“短接K xxx ╳-╳”）便成为LC 西勒振荡电路；短接 K 101、K 102、K 103 2-3，并去除电容C 107后，便成为晶体振荡电路。

本实验中LC 振荡器的输出频率f 0=1.5MHz ，晶体振荡器的输出频率f 0=10MHz ，三极管BG 102及其外围电路组成射极跟随器，提供低阻抗输出。

1. 原理电路与实验电路的比较与图2-1的原理电路相比，实际电路图2-3中的西勒振荡电路增添了以下元件： （1）+12V 直流电源到地之间，添加了一个大电容C104，它的作用是去除直流电源线路中的各种交流谐波，以保证电源的稳定性。

这是高频实际硬件电路中普遍使用的方法。

（2）射极的偏置电阻，添加了一个小阻值的R105。

与电阻R106相比，它除了也有直流负反馈作用外，对交流信号也起负反馈作用，这可以改善振荡器的稳定性，但增益会损失一些。

图2-3 LC 与晶体振荡器实验电路图（3）R113为阻尼电阻，用于降低电感L102的Q值，以改善振荡波形。

（4）振荡信号通过电容C112输出，所以，C112的作用就是隔直耦合电容。

2. 交流等效电路分析根据绘制交流等效电路的一般原则，可以判断：（1）C101为交流旁路电容（2）C112为隔直耦合电容（3）电阻R101~R106为三极管BG101提供直流偏置工作点，电感L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路。

所以，将R101~R106和L101看作技术性元件，R105与R106串联，所以可以把R105看作短路处理。

依此，画出图2-3中西勒振荡器的交流等效图如图2-4所示。

3. 晶体振荡器根据晶体在电路中的作用，晶体振荡器分为并联晶体振荡器，串联晶体振荡器。

本实验箱提供的电路为并联晶振b-c型电路，又称皮尔斯电路，其交流等效电路如图2-5所示。

晶体振荡器的实验电路如图2-3所示。

R111为阻尼电阻，用于降低晶体等效电感的Q值，以改善振荡波形。

五、实验设备TKGPZ-1高频电子线路综合实验箱；双踪示波器；频率计；万用表；六、实验内容接通交流电源，然后按下实验板上的+12V总电源开关K1和实验单元的电源开关K100，电源指示发光二极管D4和D101点亮。

（一）调整和测量西勒振荡器的静态工作点1．组成LC西勒振荡器：根据以上对实验电路工作原理的说明，用“短路帽”正确短接切换开关K101、K102、K103、图2-4 西勒振荡器交流等效图K 104 的接点，从而组成与图2-6完全相同的LC 西勒振荡器电路。

用示波器(探头打在10倍衰减⨯10处)在测试点TP 102观测振荡器的输出波形及其输出频率，以验证电路连接正确。

2．调整静态工作点：短接电感L 102（即短接K 104 2-3），使振荡器停振。

在振荡器停振状态下，测量三极管BG 101的发射极电压U eq ；然后调整电阻R 101的值，使U eq =0.5V ，并计算出电流I eq)(106105R R U R U I eq eeq eq +==。

3. 调整振荡器的输出：使振荡器恢复振荡的工作状态，调节电容C 110，使在测试点TP 102观测到的振荡器输出频率f 0为1.5MHz ；调节电阻R 110，使输出波形峰—峰间（波峰到波谷）电压的幅度V L 为1.5V ，用符号1.5V P-P 表示（本书中符号V P-P 指输出波形峰—峰间（波峰到波谷）电压的幅度)。

（二）观察振荡器直流工作点I eq 对振荡输出电压V L 的影响：保持C 107=1000p ，U eq =0.5V ，f o =1.5MHz 不变，然后按以上调整静态工作点的方法改变I eq =U eq /R e ，并测量相应的V L ，把数据记入下表。

（设R e =R 105+R 106≈1K Ω）（三）观察反馈系数F 对振荡输出电压V L 的影响：保持U eq =0.5V ，按下表改变电容C 107的值，测量振荡器的输出电压V L ，记录相应的数据，并绘制)(c f V L =曲线。