《高频电子线路》振荡器频率稳定度
高频电子线路最新版课后习题解答第五章 正弦波振荡器习题解答
思考题与习题5.1 振荡器是一个能自动将直流电源提供的能量能量转换成交流能量的转换电路，所以说振荡器是一个能量转换器。
5.2 振荡器在起振初期工作在小信号甲类线性状态，因此晶体管可用小信号微变等效电路进行简化，达到等幅振荡时，放大器进入丙类工作状态。
5.3 一个正反馈振荡器必须满足三个条件：起振条件、平衡条件、稳定条件（3）正弦波振荡器的振幅起振条件是；T=A k f >1相位起振条件是2f T A k n ϕϕϕπ=+=;正弦波振荡器的振幅平衡条件是：T=A k f =1,相位平衡条件是：2f T A k n ϕϕϕπ=+=；正弦波振荡器的振幅平衡状态的稳定条件是：0i iAiV V T V =∂<∂，相位平衡状态的稳定条件是:0oscT ωωϕω=∂<∂。
5.4 LC 三点式振荡器电路组成原则是与发射极相连接的两个电抗元件必须性质相同，而不与发射极相连接的电抗元件与前者必须性质相反，且LC 回路满足0ce be cb x x x ++=的条件。
5.5 从能量的角度出发，分析振荡器能够产生振荡的实质。
解：LC 振荡回路振荡在进行电能、磁能相互转换的过程中的能量损耗，由正反馈网络提供补偿，将直流电源提供的直流能量转换为交流输出。
5.6 为何在振荡器中，应保证振荡平衡时放大电路有部分时间工作在截止状态，而不是饱和状态？这对振荡电路有何好处？ 解：之所以将振荡平衡时放大电路有部分时间工作在截止状态，而不是饱和状态是因为在截止状态集电极电流小，功率损耗低。
这样可以保证振荡管安全工作。
5.7 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什么？解：不正确。
因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。
但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。
若不满足稳定条件，振荡起就不会回到平衡状态，最终导致停振。
5.8 分析图5.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。
《高频电子线路》晶体振荡器与压控振荡器实验
《高频电子线路》晶体振荡器与压控振荡器实验一、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、实验仪器1、模块3 1块2、频率计模块1块3、双踪示波器1台4、万用表1块四、基本原理1、晶体振荡器：将开关S2拨为“00”，S1拨为“10”，由N1、C3、C10、C11、晶体CRY1与C4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、LC压控振荡器（VCO）：将S2拨为“10”或“01”，S1拨为“01”，则变容二极管D1、D2并联在电感L1两端。
当调节电位器W2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。
3、晶体压控振荡器：开关S2拨为“10”或“01”，S1拨为“10”，就构成了晶体压控振荡器。
图6-1 正弦波振荡器（4.5MHz）五、实验步骤1、（选做）温度对两种振荡器谐振频率的影响。
1）将电路设置为LC振荡器（S1设为“01”），在室温下记下振荡频率。
（频率计接于P1处。
）2）将加热的电烙铁靠近振荡管N1，每隔1分钟记下频率的变化值。
3）开关S1交替设为“01”（LC振荡器）和“10”（晶体振荡器），并将数据记于表6-1。
表6-1 振荡器数据对比记载表2、两种压控振荡器的频率变化范围比较1）将电路设置为LC压控振荡器（S1设为“01”），频率计接于P1，直流电压表接于TP7。
2）将W2调节从低阻值、中阻值、高阻值位置（即从左→中间→右顺时针旋转），分别将变容二极管的反向偏置电压、输出频率记于下表中。
将电路设置为晶体压控振荡器（S1拨为“10”），重复步骤2），将测试结果填于下表。
3）六、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。
高频电子线路实验指导书
实验一 LC 与晶体振荡器实验一、实验目的1）、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。
2）、比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。
3）、测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。
4）、比较LC 与晶体振荡器的频率稳定度。
二、实验预习要求实验前，预习教材：“电子线路非线性部分”第3章：正弦波振荡器；“高频电子线路”第四章：正弦波振荡器的有关章节。
三、实验原理说明三点式振荡器包括电感三点式振荡器（哈脱莱振荡器）和电容三点式振荡器（考毕兹振荡器），其交流等效电路如图1-1。
1、起振条件1）、相位平衡条件：X ce 和X be 必 需为同性质的电抗，X cb 必需为异性质的电抗，且它们之间满足下列关系：2）、幅度起振条件： 图1-1 三点式振荡器式中：q m ——晶体管的跨导，LCX X X X Xc o C L ce be 1 |||| )(=-=+-=ω，即)(Au1* 'ie L oe m q q q Fu q ++>F U——反馈系数，A U——放大器的增益，q ie——晶体管的输入电导，q oe——晶体管的输出电导，q'L——晶体管的等效负载电导，F U一般在0.1~0.5之间取值。
2、电容三点式振荡器1）、电容反馈三点式电路——考毕兹振荡器图1-2是基本的三点式电路，其缺点是晶体管的输入电容C i和输出电容Co对频率稳定度的影响较大，且频率不可调。
L1L1（a）、考毕兹振荡器（b）、交流等效电路图1-2 考毕兹振荡器2）、串联改进型电容反馈三点式电路——克拉泼振荡器电路如图1-3所示，其特点是在L支路中串入一个可调的小电容C3，并加大C1和C2的容量，振荡频率主要由C3和L决定。
C1和C2主要起电容分压反馈作用，从而大大减小了C i和C o对频率稳定度的影响，且使频率可调。
（a ）、克拉泼振荡器 （b ）、交流等效电路图1-3 克拉泼振荡器3）、并联改进型电容反馈三点式电路——西勒振荡器电路如图1-4所示，它是在串联改进型的基础上，在L 1两端并联一个小电容C 4，调节C 4可改变振荡频率。
三点式正弦波振荡器(高频电子线路实验报告)
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、实验仪器1、模块 3 1块2、频率计模块 1块3、双踪示波器 1台4、万用表 1块四、基本原理实验原理图见下页图1。
将开关S 1的1拨下2拨上， S2全部断开，由晶体管N1和C 3、C 10、C 11、C4、CC1、L1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。
)14(1210CC C L f +=π振荡器的频率约为4.5MHz （计算振荡频率可调范围） 振荡电路反馈系数F=32.04702202203311≈+=+C C C振荡器输出通过耦合电容C 5（10P ）加到由N2组成的射极跟随器的输入端，因C 5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。
射随器输出信号经N3调谐放大，再经变压器耦合从P1输出。
图1 正弦波振荡器（4.5MHz ）五、实验步骤1、根据图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。
2、研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。
（1）将开关S1拨为“01”，S2拨为“00”，构成LC 振荡器。
（2）改变上偏置电位器W1，记下N1发射极电流I eo (=11R V e ，R11=1K)（将万用表红表笔接TP2，黑表笔接地测量V e ），并用示波测量对应点TP4的振荡幅度V P-P ，填于表1中，分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系，测量值记于表2中。
《高频电子线路》实验指导书
《高频电子线路》实验指导书南昌工学院人工智能学院前言本高频电子试验箱共包含十个标配实验单元模块和三个选配实验单元模块.其中标配模块包含有信号源模块、频率计模块、小信号选频放大模块、正弦波振荡及VCO模块、AM调制及检波模块、FM鉴频1模块、收音机模块、混频及变频模块、高频功放模块、综合实验模块。
选配模块包含有FM鉴频2、码型变换模块和谐振回路及滤波模块。
本实验系统的实验内容是根据高等教育出版社的《高频电子线路》一书而设计的。
本试验箱共设置了二十个重要实验和四个选做实验：其中有十五个单元实验，是为配合课程而设计的，主要帮助学生理解和加深课堂所学的内容；五个系统实验是让学生了解每个复杂的无线收发系统都是由一个个单元电路组成的。
此外，还有选做实验，学生也可以根据我们所提供的单元电路自行设计系统实验。
本实验系统力求电路原理清楚，重点突出，实验内容丰富。
其电路设计构思新颖、技术先进、波形测量点选择准确，具有一定的代表性。
同时，注重理论分析与实际动手相结合，以理论指导实践，以实践验证基本原理，旨在提高学生分析问题、解决问题的能力已及动手能力。
由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，希望广大读者批评指正。
编者实验注意事项1、本实验系统接通电源前，请确保电源插座接地良好。
2、每次安装实验模块之前，应确保主机箱右侧的交流开关处于断开状态。
为保险起见，建议拔下电源线后再安装实验模块。
3、安装实验模块时，模块右边的电源开关要拨置上方，将模块四角的螺孔和母板上的铜支柱对齐，然后用螺钉固定。
确保四个螺钉拧紧，以免造成实验模块与电源或者地接触不良。
经仔细检查后方可通电实验。
4、各实验模块上的电源开关、拨码开关、复位开关、自锁开关、手调电位器和旋转编码器均为磨损件，请不要频繁按动或旋转。
5、请勿直接用手触摸芯片、电解电容等元件，以免造成损坏。
6、各模块中的贴片可调电容是出厂前调试使用的。
出厂后的各实验模块功能已调至最佳状态，无需另行调节这些电位器，否则将会对实验结果造成严重影响。
高频电子线路第四版第7章正弦波振荡器
Av
Av 0 1
1
jQL
0
0
arc
tanQ
0
0
图 7.5.4 并联谐振回路的 相频特性
7.6.1 互感耦合振荡器 7.6.2 电感反馈式三端振荡器
(哈特莱振荡器)
7.6.3 电容反馈式三端振荡器 (考毕兹振荡器)
7.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则
放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交 流电能，不同之处在于：放大器需要外加控制信号而 振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反回输 入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振荡 器。
被保留，成为等幅振荡输出信号。（从无到有）
然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不 能形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求
起振条件 A(0 ) F (0 ) 1 （由弱到强）
A (0 ) F (0 ) 2nπ
当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，
如果由LC谐振回路通过互感耦合将输出信号送
回输入回路，所形成的是互感耦合振荡器。
由互感耦合同名端定义可判知，反馈网络形成 正反馈，满足相位平衡条件。如果再满足起振条件， 就符合基本原理。射基(集)同名
三极管，LC谐振回路
变压器
如果正反馈网络由LC谐振回路中的电感分压电路将输出信号
送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。
而对于基频和3次泛音频率来 说，回路呈感性，振荡器不满足相 位平衡条件，不能产生振荡。而对 于7次及其以上的泛音频率，回路 呈容性，但其电容量过大，负载阻 抗过小，以致电压增益下降太多， 不能起振。
图 7.8.5 泛音晶体振荡器 交流等效电路
《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
高频电子线路知识点
1-4接收设备的结构通常采用超外差形式 2超外差结构的接收设备在接收过程中，将射频输入信号与本地振荡器产生的信号混频或差拍，由混频器后的中频滤波器选出射频信号与本振信号频率两者的和频或差频。
3在现代高性能宽带超外差接收机中，通常采用向上变频方式，并至少需要两次频率变换。
4在超外差接收机中，中频频率是固定的，当信号频率改变时，只要相应地改变本地振荡信号频率即可。
5高频电路的基本内容(高频前端)包括:5个 (1)高频振荡器(信号源、载波信号或本地振荡信号) (2)放大器(高频小信号放大器及高频功率放大器) (3)混频或变频(高频信号变换或处理) (4)调制与解调(高频信号变换或处理) (5)自动相位控制(APC)电路(也称锁相环PLL) 6调制特性:3个 (1)便于发射 (2)频分复用 (3)改善信噪比(SNR) 7表面贴装(SMD)电阻比引线电阻的高频特性要好。
SMD 表面贴装器件 8品质因数Q 定义为高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。
Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。
9晶体谐振器与一般振荡回路比较，有几个明显的特点:4个 (1)晶体的谐振频率fq 和f0(下标)非常稳定。
这是因为Lq 、Cq 、C0(下标)由晶体尺寸决定，由于晶体的物理特性，它们受外界因素(如温度、震动等)影响小。
(2)晶体谐振器有非常高的品质因数。
一般很容易得到数值上万的Q 值，而普通的线圈和回路Q 值只能到一二百。
(3)晶体谐振器的接入系数非常小，一般为10^-3数量级，甚至更小。
(4)晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振阻抗。
所有这些特点决定了晶体谐振器的频率稳定度比一般振荡回路要高。
10阻抗变换的目标是实现阻抗匹配，阻抗匹配时负载可以得到最大传输功率，滤波器达到最佳性能，接收机的灵敏度得以改善，发射机的效率得以提高。
11S 串R 并，电阻R ，电抗X )11(X )1(R 222222Q X X X R Q R R X R S S S S p S SS S p +=+=+=+=12电阻R 两端噪声电压的均方值kTBR dt e T E T n T N 41022lim ==⎰∞→ 17随着n 的增加，总带宽将减小，矩形系数有所改善。
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所以Cce 对振荡频率的影响很小。
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.4
高频电子线路
同理，Cbe 对振荡频率的影响也极小。因此，克拉泼电路 的频率稳定度比电容三点式电路要好。
在实际电路中，通常根据所需的振荡频率决定L、C3 的值，然后取C1 、C2 远大于C3 即可。但是C3 不能取得 太小，否则将影响振荡器的起振。
（2）电路不易起振。
主讲 杨霓清 孙建德
高频电子线路
分析： （1）晶体管结电容对振荡 频率的影响：
由图可以看到, Cce与
谐振回路的接入系数：
n C1 C（2串C2C串3C3）
C1C2 C3
C2 C1 C2
=
n C2 (C1 C2 )
n 为基本电容三点式电路的接入接入系数。
于是得到LC振荡器频率稳定度的一般表达式为
osc
0
0
2Qe2
tan(g&m
k )Qe
2Qe
0 cos2 (g&m
k )
( g&m
k )
上式反映了影响振荡器频率稳定性的主要因素。
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.2
高频电子线路
（2）回路Q 的变化对频率的影响
已知：
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.1
高频电子线路
通常根据指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为： 长期稳定度：时间间隔为1天~12个月； 短期稳定度：时间间隔为1天以内，用小 时、分、秒计算； 瞬间稳定度：指在秒或毫秒以内。 通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。若将规定时
间划分为n个等间隔，各间隔内实测的振荡频率分别为
下降的斜率就越大，振荡器的频率稳定度也就越高。这 是提高振荡器频率稳定度的一项重要措施。
图3.3.1（b）品质因数 Qe 的变化 主讲 杨霓清 孙建德
3.3.2
高频电子线路
（3）(g&m k ) 的变化对频率的影响
(g&m k )主要决定于晶体管
的状态，受晶体管电流 ic 、ib
高频电子线路
3.3 振荡器频率稳定度
3.3.1 频率稳定的表示方法
频率准确度又称频率精度：它表示振荡频率fosc偏离标 称频率 fo的程度。有：
绝对频率准确度(绝对频率偏差) f fosc fo
相对频率准确度(相对频率偏差) f fo fosc fo fo
频率稳定度：在一定时间间隔内，频率准确度 变化的程度，实际上是频率“不稳定度”。
频特性斜率就越大，即相位越稳定。振荡频率也越稳定。
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.3
高频电子线路
3.3.4 改进型电容反馈振荡器
一、克拉泼（Clapp）电路
电路条件是: C3 C1, C3 C2
图3.3.2 克拉泼振荡电路 （a）实用电路（b)高频等效电路
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.4
高频电子线路
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.4
高频电子线路
由图可以看到，晶体
管ｃ、ｂ两端与回路Ａ、
Ｂ两端之间的接入系数
f1 、 f2、f3 、f4、…、fn ，则当振荡频率规定为f0 (标称
频率）时，短期频率稳定度的定义为:
主讲 杨霓清 孙建德
高频电子线路
f0 lim
1
n
[(f0 )i
2
f0 ]
f0
n n
i1
f0
f0
式中 ：
(f0 )i fi f0 为第i个时间间隔内实测的绝对误差。
变化的影响；
另外，若 (g&m k )
的绝对值越小，频率稳定 度就越高。
图3.3.1（c） g&m 的变化
主讲 杨霓清 孙建德
高频电子线路
3.3.3 提高频率稳定度的措施
1、减小外界因素变化的影响
加恒温槽，稳压电源。 加减振装置，减少负载的变化（加缓冲）。
2、提高电路抗外界因素变化影响的能力。
T Z k g&m z
而 由于
z
(
)
arctan
2Qe
o o
z 2Qe
o
0
所以相频特性的斜率与回路的Q 值成正比。
主讲 杨霓清 孙建德
高频电子线路
结论：选频回路的 Q 值越高，z () 随 增加而
f0
lim
n
1 n
n i 1
(
fi
f0 )
为绝对频差的平均值，称为
绝对频率准确度。
显然，f 0 越小，频率准确度就越高。
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.1
高频电子线路
对频稳度的要求视用途不同而异。 例如：中波广播电台发射机 105 数量级；
电视发射机 107 数量级； 普通信号发生器 104 ~ 105 数量级； 高精度信号发生器107 ~ 109 数量级； 做频率标准用 1011 数量级以上。
若不考虑晶体管输入、输出电容的影响。C1、C2、C3 三个电容串联后的等效电容
C
C1CC3 C3
C3
C1 C2
振荡角频率：osc
1 LC
1 LC3
电路的振荡频率近似只与C3 、Ｌ有关。而几乎与
C1、C2 无关。
电路特点：（1）晶体管结电容对振荡频率的影响小；
tan
(g&m
k )
即
osc
0
0
2Qe
tan(g&m
k )
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.2
高频电子线路
因而有
osc
osc 0
0
osc
Qe
Qe
osc （g&m k
)
(g&m
k )
考虑到 Qe 值较高，即 osc o 1
•A、提高回路的标准性。
•B、选取合理的电路形式。
回路标准性：因外界因素变化，回路元件保持回路 固有频率不变的能力。
也就是说，振荡回路的标准性是指回路电感和电容 的标准性。
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.3
高频电子线路
3、减少晶体管的影响 晶体管的极间电容将影响频率稳定度，在设计电路 时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。 4、提高回路的品质因数 根据 LC回路的特性知，回路的 Q 值越大，回路的相
主讲 杨霓清 孙建德
3.3.1
高频电子线路
3.3.2 振荡器的稳频原理 已知相位平衡条件 g&m z k 0
设回路Q值较高，振荡回路在 osc 附近的相角 z 可以表示为
tan z
2Qe (osc o
o )
因此相位平衡条件可以表示为
2Qe (osc o
o )