实验4.4LC正弦波振荡器.doc

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1、实验4.4LC正弦波振荡器一、实验目的1、掌握晶体管（振荡管）工作状态、反馈系数的大小对振荡幅度的影响。2、掌握改进型电容三点式正弦波振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。3、研究外界条件变化对振荡频率稳定度的影响。4、比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，分析影响振荡频率稳定的原因。二、实验设备及材料高频电子实验箱、频率计、双踪示波器、数字万用表、调试工具。三、实验原理正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器。产生正弦信号的振荡电路形式很多，有RC、LC和晶体振荡器三种形式。实验采用晶体管LC三端式振荡器。LC三端式振荡器的基本电路如图（4.4.

2、1）所示：图4.4.1三端式振荡器的交流等效电路根据相位平衡条件，图4.4.1三端式振荡器交流等效电路的三个电抗，X1、X2必须为同性质的电抗，X3必须为异性质的电抗，且应满足下列关系式：X3=－（X1+X2）　　　　　　　　　　（4-4-1）式（4-4-1）为LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则。若X1和X2均为容抗，X3为感抗，则为电容三端式振荡电路；若X1和X2均为感抗，X3为容抗，则为电感三端式振荡器。1、电容三端式振荡器的工作原理共基电容三端式振荡器的基本电路如图4.4.2所示。图中C3为耦合电容，与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件

3、C1和C2，与基极连接的为两个异性质的电抗元件C2和L，根据判别准则，该电路满足相位条件。要产生正弦振荡，还须满足振幅起振条件，即：AU·F＞1　　　　　　　　（4-4-2）图4.4.2　共基组态的“考华兹”振荡器式（4-4-2）中，AU为电路刚起振时，振荡管工作状态为小信号时的电压增益；F为振荡器的反馈系数。设yrb≈0、yob≈0，画出y参数等效电路，如图4.4.3所示。图中GO为振荡回路的损耗电导，GL为负载电导。图4.4.3共基组态振荡器简化Y参数等效电路由图4.4.3可求出小信号电压增益AO和反馈系数F分别为　　　　　　经运算整理得　　　当忽略

4、yfb的相移时，根据自激条件应是N=0及(4-4-3)由N=0，可求出起振时的振荡频率，即则X1X2X3gibGp=X1+X2+X3将X1X2X3的表示式代入上式，得：忽略晶体管参数的影响，得到振荡频率近似为　　(4-4-4)式(4-4-4)中，Ｃ为振荡回路的总电容　　由式(4-4-3)求M，当时则反馈系数可近似表示为：　　　　　(4-4-5)则由式（4-4-3）得到满足起振振幅条件的电路参数为：　(4-4-6)式(4-4-6)是满足起振条件所需要的晶体管最小正向传输导纳的值。也可以改写为不等式左边的是共基电压增益，显然F增大时，可以使TO增加，但F过大

5、时，由于gib的影响将使增益降低，反而使TO减小，导致振荡器不易起振。若F取得较小，要保证TO＞1，则要求Yfb很大。由此可见，反馈系数的取值有一合适的范围，一般取F=1/8—1/2。2、振荡管工作状态对振荡器性能的影响对于一个振荡器，当负载阻抗及反馈系数F已经确定的情况下，静态工作点的位置对振荡器的起振以及稳定平衡状态（振幅大小，波形好坏）有着直接的影响，如图4.4.4中（a）和（b）所示。(a)工作点偏高　　　　　　　　(b)工作点偏低图4.4.4振荡管工作态对性能的影响　图4.4.4（a）工作点偏高，振荡管工作范围容易进入饱和区，输出阻抗降低将会使

6、振荡波形严重失真，甚至使振荡器停振。图4.4.4（b）工作点偏低，避免了晶体管工作范围进入饱和区，对于小功率振荡器，一般都取在靠近截止区，但是不能取得太低，否则不易起振。在实际的振荡电路中，反馈系数F确定之后，其振幅的增加主要是靠提高振荡管的静态电流，输出幅度随着静态电流值的增加而增大。但是，如果静态电流取得太大，会出现图4.4.4（a）所示的现象，而且由于晶体管的输入电阻变小同样会使振荡幅度变小。静态电流取值一般为0.5～5mA。为了使小功率振荡器的效率高，振幅稳定性好，采用自给偏压电路，以图4.4.2所示的电容三端式振荡器电路为例，简述自偏压的产生。

7、固定偏压VB由R1和R2所组成的偏置电路来决定，在忽略IB对偏置电压影响的情况下，振荡管的偏置电压UBE是固定电压VB和Re上的直流电压降共同决定的，即Re上的直流压降是由发射极电流IE提供的，随IE的变化而变化，故称自偏压。在振荡器起振前，直流自偏压取决于静态电流IEO和Re的乘积，即VBEQ=VB-IEQ·Re一般振荡器的静态工作点选得较低，故起始自偏压也较小，这时起始偏压VBEQ为正偏置，容易起振。如图4.4.5（a）所示，Cb上的电压是在电源接通的瞬间VB对电容Cb充电在上建立的电压，Rb是R1与R2的并联值。根据自激振荡原理，在起振之初，振幅迅

8、速增大，当反馈电压Uf对基极为正半周时，基极上的瞬时偏压UBE=UBEQ+Uf变