实验2 振荡器实验
正弦波振荡器(LC振荡器和晶体振荡器)实验
正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器）实验一、实验目的1．掌握电容三点式LC 振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2．掌握LC 振荡器幅频特性的测量方法；3．熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响；通过实验进一步了解调幅的工作原理。
4．了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。
二、实验仪器1.100M 示波器 一台2.高频信号源 一台3.高频电子实验箱 一套三、实验电路原理1.基本原理振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定波形的交变振荡能量的装置。
正弦波振荡器在电子技术领域中有着广泛的应用。
在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去的。
在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生一个本地振荡信号，送入混频器，才能将高频信号变成中频信号。
振荡器的种类很多。
从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。
此实验只讨论反馈式振荡器。
根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器分为正弦波振荡器与非正弦波振荡器。
此实验只介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。
按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC 振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。
（1）反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理以互感反馈振荡器为例，分析反馈型正弦波自激振荡器的基本原理，其原理电路如图2-1所示。
b V bE cE -1L 2L f V bV '+-图 2-1反馈型正弦波自激振荡器原理电路当开关K 接“1”时，信号源b V 加到晶体管输入端，构成一个调谐放大器电路，集电极回路得到了一个放大了的信号F V 。
当开关K 接“2”时，信号源b V 不加入晶体管，输入晶体管是F V 的一部分b V '。
物理实验设备(二)参考资料
编号
仪器名称
详细技术指标
数量
1
积木式基本传感器设计性实验装置
1.实验装置主要由五部分组成：传感器实验台、九孔板接口平台、音频振荡器、直流恒压源和处理电路模块。具有设计性、趣味性、开放性和可扩展性。
2.实验配件参数要求：
①差动变压器：量程≥5mm，由两个透明空心线圈组成，铁芯为软磁铁氧体。
10
7
智能型光电效应（普朗克常数）实验仪
1.微电流放大器电流测量范围0.1pA-10nA，分6档，三位半数显，最小显示位0.01pA。零漂:开机20min后，30min内不大于满度读数的±0.2%（0.1pA档）。
2.光电管工作电源电压调节范围：-2～0V档，示值精度≤1%，最小调节电压2mV；
-1～+50V档,示值精度≤5%,最小调节电压0.5V。
⑦磁电式传感器：0.21×1000，由线圈和永久磁钢组成，灵敏度0.5V/ms。
⑧气敏传感器：MQ3型酒精传感器，测量范围：50～2000ppm。
⑨湿敏电阻：高分子薄膜电阻型，阻值：几MΩ～几KΩ，响应时间：吸湿、脱湿小于10秒。湿度系数0.5RH%/℃，测量范围10％～95％，工作温度0℃～50℃。
6.实验测量误差：≤3%。
7.具有示波器接口，可输出各种伏安特性的显示曲线。
16
8
准稳态法比热及导热系数测定仪
1.采用铜-康铜热电偶测温，准稳态测量方法，可测导热系数和比热。
2.加热电压源参数：输出电压DC10V-20V可调，最大额定输出电流500mA，负载范围50-300Ω，稳定度≤最大输出电压的0.1%，具有输出短路保护功能。加热器横向放置。
2.采用九孔插板，规格：297×300 mm，孔径：Φ4mm，跨接间距：19mm、50mm和100mm等，连接孔接触电阻小于5mΩ，最大电流l0A，分布电容1.5pF。
【2019年整理】实验一-压控振荡器VCO的设计-(2)
（四）ADS软件的使用
本节内容是介绍使用ADS软件设计VCO的 方法：包括原理图绘制，电路参数的调 整优化、仿真等。
下面开始按顺序详细介绍ADS软件的使 用方法。
ADS软件的启动
启动ADS进入如下界面
创建新的工程文件
点击File->New Project设置工程文件名称（本 例中为Oscillator）及存储路径
VCO的设计（续）
设计指标：设计一个压控振荡器，振荡 频率在1.8GHz左右。
第一步根据振荡频率确定选用的三极管， 因为是压控振荡器，所以还需要一个变 容二极管；第二步需要用到ADS的直流 仿真；第三步通过S参数仿真确定变容二 极管的VC曲线；第四步用HB模块来进行 谐波仿真，计算相位噪音。
管子的选取
在optim/stat/Yield/DOE类里面选择GOAL，这里需 要两个，还有一个OPTIM。
在Simulation－DC里面选择一个DC。
上面的器件和仿真器都按照下图放好，并连好线。
按NAME钮出现对话框后，可以输入你需要的 名字并在你需要的电路图上面点一下，就会自 动给电路节点定义名字，如下图中的“Vcb”， “Veb”节点。
瞬时波形，按
，并“new”一个新的
“Marker”，在“Vout”的瞬时波形图中，点击一下， 然后移动鼠标，把“marker”移动到需要的地方，就 可以看到该点的具体数值。
结果如下图所示：
按Eqn编辑公式：
这表示要对“Vout”在“Marker”m3，m4之间进行一 个频率变换，这样出来的“Spectrum”就是m3和m4之 间的频谱。
振荡器采用的初始电路
振荡器采用的初始电路如下图所示，图中的三极 管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库 中均可以找到。
高频电路实验报告
实验一 高频小信号放大器一、单调谐高频小信号放大器图1.1 高频小信号放大器1、根据电路中选频网络参数值，计算该电路的谐振频率ωp ；MHz CLw p 936.2105801020011612=⨯⨯⨯==--2、通过仿真，观察示波器中的输入输出波形，计算电压增益A v0。
,708.356uV V I = ,544.1mV V O = 电压增益===357.0544.10I O v V V A 4.325输入，输出波形：3、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。
4、改变信号源的频率（信号源幅值不变），通过示波器或着万用表测量输出电相应的图，压的有效值，计算出输出电压的振幅值，完成下列表，并汇出f~AvBW0.7=6.372MHz-33.401kHz5，在电路的输入端加入谐振频率的2、4、6次谐波，通过示波器观察图形，体会该电路的选频作用。
二、下图为双调谐高频小信号放大器图1.2 双调谐高频小信号放大器1、通过示波器观察输入输出波形，并计算出电压增益A v0,285.28mV V I =,160.5V V O =33.1820283.0160.50===I O v V V A输入端波形：输出端波形：2、利用软件中的波特图仪观察通频带，并计算矩形系数。
BW0.7=11.411MHz-6.695MHz BW0.1=9.578MHz-7.544MHz 矩形系数K=0.431实验二高频功率放大器一、高频功率放大器原理仿真，电路如图所示：(Q1选用元件Transistors中的 BJT_NPN_VIRTUAL)图2.1 高频功率放大器原理图1、集电极电流ic（1）设输入信号的振幅为0.7V，利用瞬态分析对高频功率放大器进行分析设置。
要设置起始时间与终止时间，和输出变量。
的波形。
（2）将输入信号的振幅修改为1V，用同样的设置，观察ic（提示：单击simulate 菜单中中analyses 选项下的transient analysis...命令，在弹出的对话框中设置。
《高频电子线路》实验指导书
弯点 V0 定义为放大器动态范围），讨论 IC 对动态范围的影响。
五、预习要求、思考题 1.复习谐振回路的工作原理。了解谐振放大器的电压放大
倍数、动态范围、通频带及选择性相互之间关系。
-3-
2.谐振放大器的工作频率与哪些参数有关？ 3.实验电路中, 若电感量 L=1μH，回路总电容 C=220pf (分布电容包括在内),计算回路中心频率 f0 。
-1-
表 1.1
实测
VB
VE
实测计算
根据 VCE 判断 V 是否工作在 放大区
IC
VCE
是
否
原因
* VB，VE 是三极管的基极和发射极对地电压。
3.动态研究 (1). 测放大器的动态范围 Vi～V0(在谐振点) 选 R=10K，Re=1K。把高频信号发生器接到电路输入端，电 路输出端接毫伏表，选择正常放大区的输入电压 Vi，调节频率 f 使其为 10.7MHz，调节 CT 使回路谐振，使输出电压幅度为最 大。此时调节 Vi 由 0.03 伏变到 0.6 伏，逐点记录VO 电压，并 填入 表 1.2。Vi 的各点测量值可根据(各自)实测情况来振荡器
实验项目名称：LC 电容反馈式三点式振荡器 实验项目性质：验正性实验 所属课程名称：高频电子线路 实验计划学时：2 学时
一、实验目的 1.掌握 LC 三点式振荡电路的基本原理，掌握 LC 电容反馈
式三点振荡电路设计及电参数计算。 2.掌握振荡回路 Q 值对频率稳定度的影响。 3.掌握振荡器反馈系数不同时，静态工作电流 IEQ 对振荡器
《高频电子线路》 实验指导书
桂玉屏
广东工业大学信息工程学院 二０一五年十一月印刷
实验四 RC振荡器实验
实验四 RC振荡器实验一、实验目的1、掌握文氏电桥振荡电路的原理2、掌握文氏电桥振荡电路振荡频率的计算方法二、实验内容1.调试文氏电桥振荡电路;2.测量并记录振荡波形的相关参数。
三、实验仪器20MHz示波器四、实验原理RC振荡器由放大器和RC网络组成，根据RC网络的不同，可将RC振荡器分为相移振荡器和文氏电桥振荡器两大类。
其中，文氏电桥振荡器广泛用于产生几Hz到几百KHz频段范围的振荡器。
图10-1为文氏电桥振荡器的实验原理图.R27, C25, R28, C26组成RC选频网络同时兼作正反馈支路，R25, R26, R29, D3，D2构成负反馈及稳幅环节。
当R27= R28=R, C25=C26=C时(本实验R27= R28=12KS2,C25=C26=0.01uF),电路的振荡频率为:(10-1)设二极管D2, D3的正向导通电阻为rD当R26+(R29||rD)=RF时，电路起振的振辐条条件(10-2 ) 运放UlA组成放大器，振荡信号从TP6和TT2处输出，通过W3调节输出信号的幅度。
由于D2. D3正向电阻非线性特性不可能完全一致，所以振荡波形会有正负半周不对称的失。
本实验产生的信号仅用于一般原理性验证实验，因此对输出波形的失真未做处理。
五、实验步骤正弦波振荡器模块如图l、连接实验电路在主板上正确插好正弦波振荡器模块，开关K1. K9, K10, K11, K12向左拨，主板GND接模块GND，主板+12V接模块+l2V，主板-12V 接模块-12Vo检查连线正确无误后，打开实验箱右侧的船形开关，K9, Kl0向右拨。
若正确连接，则模块上的电源指示灯LED2,LED3亮。
2、观察、测量振荡输出波形及其相关参数用示波器在TT2处测量，调节电位器W3，观察TT2处波形的幅度变化及失真情况，记录TT2处波形的最大峰峰及频率fo，填表10-1a六、实验现象1. 将TT2引入到模拟示波器中观察波形如图2.调节电位器W3可观察到幅度变化及失真情况，如图波形底部被切割。
通原实验2 PSK实验
厚德博学 追求卓越
（1）同一调制方式不同检测方法的比较 可以看出，对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于 非相干检测。但是，随着信噪比
的增大，相干与非相干误码性能的相对差别越不明显。另 的设备比非相干的要复杂。 （2）同一检测方法不同调制方式的比较 1）相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比 的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB； 2）非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比 的要求是：2DPSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。 反过来，若信噪比 一定，2PSK系统的误码率低于2FSK系统，2FSK系统的误码率低于2ASK系统。 因此，从抗加性白噪声上讲，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。
厚德博学 追求卓越
通信原理实验
第二单元
数字调制与解调系统实验
数字调制与解调技术的重点是:数字基带信号与数字频带信号之 间的转换,实验的目的是掌握实现这种转换的技术。目前采用最多 的方法是键控法,它是用数字基带信号控制高频载波的可控参数。 实际工程中常应用的数字调制方式有:ASK、FSK与PSK。 厚德博学 追求卓越
绝对码 1
0
0
1
1
1
0
2 P S K
载波 0相位 2DPSK
0
厚德博学 追求卓越
1、5
相对移相信号的产生原理
压控振荡器的电路设计2
1 绪论1.1 压控振荡器原理及发展现状调节可变电阻或可变电容可以改变波形发生电路的振荡频率，要求波形发生电路的振荡频率与控制电压成正比。
这种电路称为压控振荡器，又称为VCO 或u-f 转换电路。
怎样用集成运放构成压控振荡器呢？我们知道积分电路输出电压变化的速率与输入电压的大小成正比，如果积分电容充电使输出电压达到一定程度后，设法使它迅速放电，然后输入电压再给它充电，如此周而复始，产生振荡，其振荡频率与输入电压成正比，即压控振荡器。
其特性用输出角频率0ω与输入控制电压C u 之间的关系曲线(图1.1)来表示。
图中C u 为零时的角频率，（0ω，0）称为自由振荡角频率；曲线在（0ω，0）处的斜率0K 称为控制灵敏度。
使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。
在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。
人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。
在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。
图1.1 压控振荡器的控制特性压控振荡器的类型有LC 压控振荡器、RC 压控振荡器和晶体压控振荡器。
对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。
晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。
压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器，是频率产生源的关键部件。
频率产生源是大多数电子系统必不可少的组成部分，更是无线通信系统的核心。
在许多现代通信系统中，VCO是可调信号源，用以实现锁相环（PLL）和其他频率合成源电路的快速频率调谐。
VCO已广泛用于手机、卫星通信终端、基站、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机和其他电子系统。
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实验二振荡器
（A）三点式正弦波振荡器
一、实验目的
1.掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。
2.通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。
3.研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。
二、实验内容
1.熟悉振荡器模块各元件及其作用。
2.进行LC振荡器波段工作研究。
3.研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。
4.测试LC振荡器的频率稳定度。
三、基本原理
图6-1 正弦波振荡器（4.5MHz）
【电路连接】将开关S2的1拨上2拨下，S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振
荡频率。
振荡频率可调范围为：
()
()
3.979925
4.70795
M CCI p
f
M CCI p
=
⎧
⎪
==⎨
⎪=
⎩
调节电容CCI，使振荡器的频率约为4.5MHz 。
振荡电路反馈系数: F=12
.0
470
56
20
13≈
=
C
C
振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。
射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1输出。
四、实验步骤
根据图6-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。
1. 调整静态工作点，观察振荡情况。
1）将开关S2全拨下，S1全拨下，使振荡电路停振
调节上偏置电位器R A1，用数字万用表测量R10两端的静态直流电压U EQ(即测量振荡管的发射极对地电压U EQ)，使其为5.0V(或稍小，以振荡信号不失真为准)，这时表明振荡管的静态工作点电流I EQ=5.0mA（即调节W1使I EQ=I CQ=U EQ／R10=5.0mA ）。
2）将开关S2的1拨上，S1全拨下，构成LC振荡器。
振荡器应能正常工作。
若振荡器工作正常，则在输出端用示波器可观察到正弦振荡电压波形，同时发射极的直流电流也将偏离停振时测得的I EQ。
可用示波器在输出端观察振荡波形，调节电容CCI使振荡频率约为4.5MHz；在R10两端用数字万用表测量起振后的直流电压U Q，记录并比较U Q和U EQ。
2. 研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。
1）按照“内容1”，先使振荡电路停振，调整上偏置电位器R A1，使I EQ=1mA；
2）按照“内容1”，使振荡电路正常工作，用示波器测量对应点的振荡幅度V P-P（峰—峰值），记下对应峰峰值V L。
(如果出现不起振或临近失真，适当增大I EQ)
3）重复步骤1）和2），使I CQ在I min和I max范围之间取平均的几个值( 一般取I CQ=1~5mA 为宜)，分别记下对应的峰峰值V L，填入表2-2。
4）作出I EQ~V L曲线，分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系。
分析思路：静态电流I CQ会影响晶体管跨导gm，而放大倍数和gm是有关系的。
在饱和
状态下（I CQ过大），管子电压增益A V会下降，一般取I CQ=（1~5mA）为宜。
I EQ~V L曲线
3. 观察反馈系数F的大小对振荡电压的影响（选做）
保持I EQ不变，在C20两端并接不同容量的电容C i，从而改变反馈系数F的大小( F=C13/(C20+C i) )，相应用示波器测量振荡器的输出振荡电压V L，将数据记录于表2-3中。
同时用示波器监测波形及其频率。
要求如下：
1）计算反馈系数；
2）用示波器记下振荡幅度值；
3）分析原因
五、实验报告要求
1．记录实验箱序号
2．分析静态工作点、反馈系数F对振荡器起振条件和输出波形振幅的影响，并用所学理
论加以分析。
3．计算实验电路的振荡频率f o，并与实测结果比较。
六、实验仪器
1．高频实验箱1台2．双踪示波器1台
3．万用表1块
七、思考题
1. 在没有示波器的情况下，如何用万用表来判断振荡器是否起振？
2. 为什么在发射极观察到的电压波形(发射极接有负反馈电阻)与输出电压波形不一样？
（B）晶体振荡器与压控振荡器
一、实验目的
1.掌握晶体振荡器与压控振荡器的基本工作原理。
2.比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。
二、实验内容
1.熟悉振荡器模块各元件及其作用。
2.分析与比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。
3.改变变容二极管的偏置电压，观察振荡器输出频率的变化。
三、基本原理
图7-1 正弦波振荡器（4.5MHz）
【电路连接】
1.晶体振荡器：将开关S2的2拨上、1拨下，S1全部断开，由Q3、C13、C20、晶体CRY1与C10构成晶体振荡器（皮尔斯振荡电路），在振荡频率上晶体等效为电感。
2.压控振荡器（VCO）：将S1的1或2拨上，S2的1拨上、2拨下，则变容二极管D1、D2并联在电感L2两端。
当调节电位器W1时，D1、D2两端的反向偏压随之改变，从而改变了D1和D2的结电容C j，也就改变了振荡电路的等效电感，使振荡频率发生变化。
其交流等效电路如图7-2所示
C14
104
图7-2 压控振荡器交流等效电路图
3.晶体压控振荡器
开关S1的1接通或2接通，S2 的2接通，就构成了晶体压控振荡器。
四、实验步骤
1.两种压控振荡器的频率变化范围
1)将电路连接成压控振荡器，频率计接于J1，直流电压表接于TP3。
2)将W1从低阻值、中阻值到高阻值位置，分别将变容二极管的反向偏置电压、输出频
率记于下表中。
2.将电路改接成晶体压控振荡器，重复上述实验，并将结果记于下表中。
3.在晶体压控振荡器电路的基础上，将L2并接于晶体两端，但需将CCI断开或置于容量最小位置。
然后重做上述实验，将结果记于下表中。
五、实验报告要求
1.比较所测数据结果，结合新学理论进行分析。
2.晶体压控振荡器的缺点是频率控制范围很窄，如何扩大其频率控制范围？
六、实验仪器
1.高频实验箱1台
2.双踪示波器1台。