电容三点式LC振荡器

一、实验准备
1．做本实验时应具备的知识点：
三点式LC振荡器
西勒和克拉泼电路
电源电压、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响
2．做本实验时所用到的仪器：
LC振荡器模块
双踪示波器
万用表
二、实验目的
1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；
2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能；
3．熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响；
4．熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响。
三、实验电路基本原理
1.概述
ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由ＬＣ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。
在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。
2.ＬＣ振荡器的起振条件
一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振平衡条件和相位平衡条件。
3.LC振荡器的频率稳定度
频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程度，常用表达式：Δf_０／f_０来表示（f_０为所选择的测试频率；Δf_０为振荡频率的频率误差，Δf_０＝f_０２－f_０１；f_０２和f_０１为不同时刻的f_０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系数元件实现温度补偿。
4.LC振荡器的调整和参数选择
以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图3-1所示。

图3-1  电容三点式LC振荡器交流等效电路
(1)静态工作点的调整
合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，偏置电路一般采用分压式电路。
当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，靠近截止区。
 （2）振荡频率f的计算
       f=
式中C_T为C₁、C₂和C₃的串联值，因C₁（300p）>>C₃(75p),C₂(1000P)>>C₃(75p)，故C_T≈C₃，所以，振荡频率主要由L、C和C₃决定。
(3) 反馈系数F的选择
F=
反馈系数F不宜过大或过小，一般经验数据F≈0.1～0.5,本实验取F=
5.克拉泼和西勒振荡电路
图3-2为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。
图3-3为并联改进型电容三点式振荡电路——西勒振荡电路。
 

图3-2 克拉泼振荡电路                                                      图3-3 西勒振荡电路
6．电容三点式LC振荡器实验电路
电容三点式LC振荡器实验电路如图3-4所示。图中3K05打到“S”位置（左侧）时

图3-4  LC振荡器实验电路

为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置（右侧）时，为改进型西勒振荡电路。3K01、3K02、3K03、3K04控制回路电容的变化。调整3W01可改变振荡器三极管的电源电压。3Q02为射极跟随器。3TP02为输出测量点，3TP01为振荡器直流电压测量点。3W02用来改变输出幅度。 
四、实验内容
1．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡器电压峰—峰值V_P-P，并以频率计测量振荡频率。
2．测量振荡器的幅频特性。
3．测量电源电压变化对振荡器频率的影响。
五、实验步骤
1．实验准备
插装好LC振荡器模块，按下开关3K1接通电源，即可开始实验。
2．西勒振荡电路幅频特性的测量
示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3V01。电位器3W02反时针调到底，使输出最大。开关3K05拨至右侧，此时振荡电路为西勒电路。3K01、3K02、3K03、3K04分别控制3C06（10P）、3C07（51P）、3C08（100P）、3C09（182P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如3K01、3K02往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表3-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰一峰值V_P-P），并将测量结果记于表中。
表3-1

 



注：如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出，可调整3W01，使之恢复振荡。
3．克拉泼振荡电路幅频特性的测量
将开关3K05拨至左侧，振荡电路转换为克拉泼电路。按照上述方法，测出振荡频率和输出电压，并将测量结果记于表3-1中。
4．波段覆盖系数的测量
波段覆盖即调谐振荡器的频率范围，此范围的大小，通常以波段覆盖系数K表示：

测量方法：根据测量的幅频特性，以输出电压最大点的频率为基准，即为一边界频率，再找出输出电压下降至处的频率，即为另一边界频率，如图3-5、图3-6所示，再由公式求出K。
      
图3-5                                                                             图3-6
5．测量电源电压变化对振荡器频率的影响
分别将开关3K05打至左测（S）和右侧（P）位置，改变电源电压E_C，测出不同E_C下的振荡频率。并将测量结果记于表3-2中。
其方法是：频率计接振荡器输出3P01，电位器3W02反时计调到底，选定回路电容为50P。即3K02往上拨。用三用表直流电压档测3TP01测量点电压，按照表3-2给出的电压值Ec，调整3W01电位器，分别测出与电压相对应的频率。表中△f为改变Ec时振荡频率的偏移，假定Ec=10.5V时 ,△f=0，则△f=f-f_10.5V。
表3-2

6．8.8MHZ频率的调整
在用各个模块构成无线收、发系统时，需要用到LC振荡器模块，作为接收系统中的本振信号。此时振荡频率需要8.8MHZ左右，如何得到8.8MHZ左右的频率，其方法如下：
（1）振荡电路为西勒电路时（3K05往右），3K01、3K02、3K03、3K04四个开关全部往下拨，此时输出的振荡频率为8.8MHZ左右。如果频率高于8.8MHZ，可将3K01往上拨，这样频率可以降低。
（2）振荡电路为克拉泼电路时（3K05往左），3K02、3K03接通（往上拨），此时输出振荡频率为8.8MHz左右。如果频率相差太大，可调整四个开关的位置。
六、实验报告
1．根据测试数据，分别绘制西勒振荡器，克拉泼振荡器的幅频特性曲线，并进行分析比较。
2．根据测试数据，计算频率稳定度，分别绘制克拉泼振荡器、西勒振荡器的曲线。
3．对实验中出现的问题进行分析判断。
4．总结由本实验所获提的体会。