实验一 电容反馈三点式振荡器的实验研究

班级：0541102 学号：1120111354 姓名：洪祥 桌号：

实验一 电容反馈三点式振荡器的实验研究

一、实验目的

1．通过实验深入理解电容反馈三点式振荡器的工作原理，熟悉改进型电容反馈三点式振荡器的构成及电路各元件作用；

2．研究在不同的静态工作点时，对振荡器起振、振荡幅度和振荡波形的影响； 3．学习使用示波器和数字式频率计测量高频振荡器振荡频率的方法； 4．观察电源电压和负载变化对振荡幅度、频率及频率稳定性的影响。

二、实验原理

电容反馈三点式振荡器的基本原理电路(考比兹振荡器)如图2-1(a)所示。由图可知，反馈电压由C 1和C 2分压得到，反馈系数为

1

12

C B C C =

+ (2-1)

起振的幅度条件为

p m g B

g 1

>

(忽略三极管g e ) (2-2) 其中，g m 为晶体管跨导，g p 为振荡回路的等效谐振电导。图2-1(a)所示等效电路中的回路总电容为

2

12

1C C C C C +⋅=

(2-3)

振荡频率近似为

LC

f g π21≈

(2-4)

当外界条件(如温度等)发生变化时，振荡回路元件及晶体管结电容要发生变化，从而使得振荡频率发生漂移。因此，为了改善普通电容反馈三点式振荡器的频稳度，可在振荡回路中引入串接电容C 3，如图2-1(b)所示，当满足C 3<< C 1、C 2时，C 3明显减弱了晶体管与振荡回路的耦合程度。为了得到较宽的波段覆盖效果，引入并联电容C 4(它和C 3为同一个数量级)，回路总电容近似为C≈C 3+C 4。这种改进型电容反馈振荡器称为西勒电路，其振荡频率为

)

(21

43C C L f g +≈

π (2-5)

图2-1 电容反馈三点式振荡器的交流等效电路图

L

L

(a)

(b)

三、实验电路说明

四、实验仪器及设备

1．直流稳压电源 SS3323型

1台 2．数字示波器 DSO-X2012A 型 1台 3．数字式频率计 F1000型 1台 4．数字万用表 DT9202A 型 1台 5．实验电路板

1块

五、实验内容

1．晶体管静态工作点不同时对振荡器输出幅度和波形的影响

(1)接通+12V 电源，调节电位器W 1使振荡器振荡，此时用示波器在④点刚好观察到不失真的正弦电压波形(负载电阻R 5或R 6暂不接入)。

探头 f （MHz ） U O （mV ）

10⨯

7.94 2.45v 1⨯

7.94 0.92V 分析探头*1和*10测得的数值哪个更接近真实值？

答：×10探头更接近真实值，相比于×1探头，×10探头的输入阻抗大得多，所以×10探头可以更好的测量小信号，而且×10探头的分布电容为10~15pF ， ×1探头的分布电容为100~150pF ，探头测量时其电容相当于并联在回路中，所以电容较小时对振荡器的影响较小，综上，应选择×10探头。 t ～U O 曲线：

图2-2 改进型电容反馈振荡器实验电路

①

②

③

④ ⑤

VT1

VT2

(2)调节W1使振荡管静态工作点电流I eQ在0.5～4mA之间变化(用万用表测量射极电阻R e两端电压，计算出相应电流近似为I eQ大小，至少取5个点)，用示波器测量并记录下④点的幅度与波形变化情况，绘制出I eQ～u0

I eQ～u0曲线：

结果分析：

当静态工作点过大时，当信号逐渐增大时，可能会使三极管进入饱和区，导致三极管放大倍数A减小，破坏了起振条件|AB| > 1以及震荡保持条件|AB| = 1，使得电路不能正常工作；

同样的，当静态工作点过小时，当信号逐渐增大时，可能会使三极管进入截至区，使得三极管放大倍数A 减小，同样也破坏了起振条件|AB| > 1以及震荡保持条件,|AB| = 1，使得电路不能正常工作。

2．外界条件发生变化时对振荡频率的影响及正确测量振荡频率

(1)选择一合适的I eQ (1～2mA)，使振荡器正常工作，在④点上测量，从示波器上读出频率和幅度，再测量③点和⑤点，分别读出振荡器的振荡幅度和频率，分析上述几点的频率和幅度为何不同。（问题：在

频率：当探头接在③点时，探头的分布电容会对电路的震荡频率产生影响，由公式

f g =2π√L ∑C ∑

可知，当探头的分布电容使得电容增大时，震荡频率f g 减小。

而在④⑤两点时，由于射随器的隔离作用，分布电容对震荡频率f g 的影响减小，所以④⑤两点的震荡频率比③点大，而④⑤两点相比，两点之间只有一电阻，对频率没有影响，所以④⑤两点频率相等。

幅值：

由交流等效电路图可知，③点处所接负载为R P ≈R C =2KΩ，由增益公式A =g m R P 可知，增益较小，所以③点处较④点处小；而在④点处，由于射随器较大的输入阻抗，使得④点处的电压幅值较大；而在⑤点处，由于R 7的分压作用，⑤点处电压幅值较小。

(2)用数字式频率计(以kHz 为单位，测到小数点后面第二位有效数字)重测，试比较在③点测量和在⑤点测量有何不同？为什么？用数字式频率计测量⑤点，可每10秒钟左右记录一次频率值，至少记录5次，由于射随器的作用，使得分布电容的影响大大降低。

振荡器频稳度的数量级：

振荡器的频稳度由以下公式给出：

∆f f 0t ⁄=√∑(f i −f f i

)2n

i=1

t ⁄ 由计算可知，频稳度为10−5数量级。

(3)将不同负载电阻(R 5和R 6)分别接入电路，调节W 1，用示波器在④点观察，看能否起振，记录输出

结果分析：

在不接入负载时和接入R 5时，电路均可起振，在接入R 6时，电路不起振。 电路的起振条件为

|AB|≥1

其中A 为放大器增益，B 为反馈系数，对于三者B 值相同，主要由A 影响三者能否起振