北京理工大學(xué)通信實(shí)驗(yàn)一電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的實(shí)驗(yàn)研究

1、實(shí)驗(yàn)一電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的實(shí)驗(yàn)研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)深入理解電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的工作原理，熟悉改進(jìn)型電容反饋三點(diǎn)式 振蕩器的構(gòu)成及電路各元件作用；2. 研究在不同的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，對(duì)振蕩器起振、振蕩幅度和振蕩波形的影響；3. 學(xué)習(xí)使用示波器和數(shù)字式頻率計(jì)測(cè)量髙頻振蕩器振蕩頻率的方法；4. 觀察電源電壓和負(fù)載變化對(duì)振蕩幅度、頻率及頻率穩(wěn)定性的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的基木原理電路（考比茲振蕩器）如圖2l（a）所示。由圖可知，反 饋電壓由c和c2分壓得到，反饋系數(shù)為(2-1)起振的幅度條件為乩£（忽、略三極管&）（2-2）dg + c2其屮，弘為晶體管跨導(dǎo)

2、，的為振蕩i叫路的等效諧振電導(dǎo)。圖2-l（a）m示等效電路屮的 回路總電容為(2-3)振蕩頻率近似為12-vzc(2-4)當(dāng)外界條件（如溫度等）發(fā)生變化時(shí)，振蕩冋路元件及晶體管結(jié)電容要發(fā)生變化，從而 使得振蕩頻率發(fā)生漂移。因此，為了改善普通電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的頻穩(wěn)度，可在振蕩 回路中引入串接電容c3,如圖2.1（b）所示,當(dāng)滿足g«ch c2時(shí)，c3明顯減弱了晶體管 與振蕩冋路的耦合程度。為了得到較寬的波段覆蓋效果，引入并聯(lián)電容c*佗和c3為同一 個(gè)數(shù)量級(jí)），回路總電容近似為oc3+c4。這種改進(jìn)型電容反饋振蕩器稱為西勒電路，其振 蕩頻率為(2-5)當(dāng)改變c4調(diào)節(jié)犬時(shí)，振蕩器的反饋

3、系數(shù)不會(huì)受顯著影響。(a)c3圖2-1電容反饋三點(diǎn)式振蕩器的交流等效電路圖三. 實(shí)驗(yàn)電路說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)電路采用西勒振蕩器，如圖22所示。由圖町知，電容g、c2> c3、c4和電感 l|組成振蕩冋路。品體管vt|的集電極直流負(fù)載為ro偏置電路由r、r2、w|和心構(gòu) 成，改變電位器wnj改變vt|的靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)電流的選擇既要保證振蕩處j：截止平 衡狀態(tài)，也要兼顧開(kāi)始建立振蕩吋有足夠大的電壓增益。品體管vt2lr3、g組成一級(jí)起 隔離作用的射隨器。另外，為了用頻率計(jì)(輸入阻抗為50q)測(cè)量振蕩器工作頻率時(shí)不影響圖2-2改進(jìn)型電容反饋振蕩器實(shí)驗(yàn)電路電路的正常工作，接入了電阻r7(lkq)o圖屮振

4、蕩器的交流負(fù)載實(shí)驗(yàn)電阻為r5、r6c四、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1. 直流穩(wěn)壓電源ss3323型2. 數(shù)子示波器dso-x2012a型13. 高頻信號(hào)發(fā)生器tfg6080型14. 數(shù)字式頻率計(jì)f1000型15. 數(shù)字萬(wàn)用表dt9202a型16. 實(shí)驗(yàn)電路板1五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)不同時(shí)對(duì)振蕩器輸出幅度和波形的影響（1）接通+12v電源，調(diào)節(jié)電位器w|使振蕩器振蕩，此時(shí)用示波器在點(diǎn)剛好觀察到不 失真的正弦電壓波形（負(fù)載電阻r5或氐粋不接入）。x10：探頭f (mhz)uo (mv)xlo8.002985xl7.971065r&曲線：?jiǎn)枺罕容^探頭x1和x 10測(cè)得的數(shù)值哪個(gè) 更接近真實(shí)值

5、，為什么？agilent4il 2xi：i a答：x10探頭測(cè)得數(shù)值更接近真實(shí)值。 探頭的分布電容相當(dāng)于并聯(lián)在測(cè)量點(diǎn)和地 z間。因?yàn)閤1探頭的分布電容為 150300pf,很接近電路中電容值,對(duì)結(jié) 果影響較大。而x10的探頭分布電容為 1530pf,影響較小，測(cè)得數(shù)值更準(zhǔn)確。（2）調(diào)節(jié)w|使振蕩管靜態(tài)工作點(diǎn)電流icq在0.54ma之間變化（用萬(wàn)用表測(cè)量射極電阻 rc兩端電壓，計(jì)算出相應(yīng)電流近似為icq大小，至少取5個(gè)點(diǎn)），用示波器測(cè)量并記錄下 點(diǎn)的幅度與波形變化情況，繪制出icqu（）曲線圖。分析靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)大和過(guò)小為什么都不 振蕩。/cq (ma)m()(mv)13.80295523.023

6、23532.41258541.89201051.20123560.8176570.53320icq «() ill!線結(jié)果分析：由圖像可知隨著icq的增人uo先增人后減小。電路起振的條件之一為|auob|>lo如果 靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)小，其玄流偏置小，導(dǎo)致晶體管工作在截止區(qū)，振蕩電路滿足不了起振條件， 無(wú)法起振;如果靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)人，晶體管會(huì)進(jìn)入飽和區(qū),而三極管跨導(dǎo)師變小。由auo=gni/gp 知，電路增益變小，導(dǎo)致不能正常起振。2. 外界條件發(fā)生變化時(shí)對(duì)振蕩頻率的影響及正確測(cè)罐振蕩頻率（1）選擇一合適的icq（12ma）,使振蕩器正常工作，在點(diǎn)上測(cè)量，從示波器上讀出 頻率和幅度，再

7、測(cè)暈點(diǎn)和點(diǎn)，分別讀出振蕩器的振蕩幅度和頻率，分析上述幾點(diǎn)的頻 率和幅度為何不同。（問(wèn)題：在點(diǎn)和點(diǎn)用頻率計(jì)（或示波器）所測(cè)得頻率不同是什么原因? 哪一點(diǎn)測(cè)得的結(jié)果更準(zhǔn)確？）/cq (ma)f (mhz)uo (mv)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)1.67.978.008.005851670915結(jié)來(lái)分析:點(diǎn)和點(diǎn)測(cè)得頻率不同是因?yàn)槠敷w管vt2里有結(jié)電容和等電容的影響，會(huì)使 點(diǎn)和點(diǎn)z間電容冇差別，由于頻率與電容冇關(guān)，所以在點(diǎn)和點(diǎn)用頻率計(jì)測(cè)得的頻 率冇所不同。點(diǎn)測(cè)得的頻率更準(zhǔn)確。因?yàn)槿龢O管vt2可以減小示波器探頭對(duì)于選頻網(wǎng)絡(luò) 的影響。電壓幅值不同是因?yàn)槭静ㄆ魈筋^存在分布電容。實(shí)驗(yàn)時(shí)使用x 10的探頭，探頭與地z 間會(huì)冇

8、1530pf的分布電容，因此示波器接在點(diǎn)的時(shí)候相當(dāng)于接入了一個(gè)負(fù)載，使點(diǎn) 處電流減小，測(cè)出的電壓減小。點(diǎn)后的三極管起隔離作用，加上射隨級(jí)引起的阻抗的變 化，使得示波器探頭對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)的影響變得很小，可以忽略。山于r?的分壓作用導(dǎo)致點(diǎn) 的電壓大于點(diǎn)的電壓。（2）用數(shù)字式頻率計(jì)（以khz為單位，測(cè)到小數(shù)點(diǎn)后面第二位冇效數(shù)字）重測(cè)，試比較在 點(diǎn)測(cè)雖和在點(diǎn)測(cè)雖冇何不同？為什么？用數(shù)字式頻率計(jì)測(cè)雖點(diǎn)，可每10秒鐘左右 記錄一次頻率值，至少記錄5次，計(jì)算出振蕩器頻穩(wěn)度的數(shù)量級(jí)。點(diǎn).f (mhz)點(diǎn).f (mhz)7.8962012345&00332&00333&00334&0

9、0330&00333結(jié)果分析：數(shù)字式頻率計(jì)避免了示波器探頭的分布電容的影響，但由于點(diǎn)接在了三 極管射極后面，所以還要考慮結(jié)電容4的影響。由，/ =知由于點(diǎn)相比于點(diǎn)，c：減小(相當(dāng)于串聯(lián)了電容)，故&增人。 振蕩器頻穩(wěn)度的數(shù)量級(jí)：頻穩(wěn)度計(jì)算公式：afz/t = lim fnn_8(3)將不同負(fù)載電阻(r5和r(j分別接入電路，調(diào)節(jié)w,用示波器在點(diǎn)觀察，看能否 起振，記錄輸出振幅和波形的變化，若不起振，分析是什么原因。/eq (ma)點(diǎn)/ (mhz)點(diǎn)uo (mv)不接負(fù)載r5r6不接負(fù)載r5r63.678.008.03不起振35001095不起振結(jié)果分析：起振的條件為：|au。b

10、|>1；相位角為2nn o由于auo=gin/gp, gp為電路 的固有電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)z和。由于&較小，導(dǎo)致gp變大，au。變小，導(dǎo)致。b|>1的條 件不能滿足，故不可以起振。(4)將負(fù)載斷開(kāi)，改變電源電壓vcc分別為+6v、+8v、+10v、+12v、+14v、+16v、 + 18v,保持振蕩器一合適的靜態(tài)工作點(diǎn)不變，川示波器測(cè)量點(diǎn)，并記錄振蕩器輸出振幅、 波形和頻率的變化。/eq (ma)f (mhz)uo (mv)是否失真1.60+6v8.001385否+8v8.031475否+10v8.001555否+12v8.001615否+14v8.001600否+16v&am

11、p;001660否+18v8.001680否結(jié)果分析：u。大致上隨著電源電壓增人而增大，頻率兒乎不變，而且輸出波形均不失 真，均為正弦波。因?yàn)檎袷幤魇窃陟o態(tài)直流的基礎(chǔ)上起振的，如果保證靜態(tài)工作點(diǎn)不變的， 那么電源電壓的改變不會(huì)影響到輸出波形失真與否，亦不會(huì)改變振蕩頻率(因?yàn)殪o態(tài)工作點(diǎn)與振蕩頻率無(wú)關(guān)）。由于電源電壓增人，電路的能赧會(huì)增人，故輸岀波形的振幅會(huì)變?nèi)恕Ａ?、?shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 畫出實(shí)驗(yàn)電路的交流等效電路,當(dāng)取g=180pf, c2=330pf, 0=10舊時(shí)（圖22中 已給岀c3, c4為10pf電容），計(jì)算振蕩頻率£、反饋系數(shù)b各等于何值？答：交流等效如圖：b 二 g =0.3

12、53g +c?2. 若接通電源示發(fā)現(xiàn)振蕩器并未起振，試估計(jì)可能是哪些原因造成的？如何解決？ 答：原因：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)髙或過(guò)低，導(dǎo)致晶體管進(jìn)入飽和區(qū)或者截止區(qū)；（2）負(fù)載電阻過(guò)小，導(dǎo)致電壓增益au。過(guò)小，滿足不了|au° b|>1的條件。 解決方法：（1）選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，不要過(guò)高或者過(guò)低；（2）提高負(fù)載電阻的大小?？傊灰獫M足|au°b|>1和相位角為2nn兩個(gè)條件即可（一般的電容或電感三點(diǎn) 式電路都可滿足相位角條件）。3. 若點(diǎn)波形正常但幅度太人，問(wèn)點(diǎn)波形會(huì)不會(huì)岀現(xiàn)失真？為什么？答：有可能會(huì)出現(xiàn)失真。如果點(diǎn)波形幅度a大，即給vt2的輸入信號(hào)幅度太大，并 11三極管vt2的靜態(tài)工作