《高頻振蕩器實(shí)驗(yàn)》PPT課件.ppt

1、LC三點(diǎn)式與石英晶體 振蕩器實(shí)驗(yàn),實(shí) 驗(yàn) 三,i. GP-4實(shí)驗(yàn)（振蕩與調(diào)制電路單元）。 ii.TDS1002 數(shù)字存貯示波器。 iii.DT9205N數(shù)字萬用表。,1做本實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)具備的知識(shí)點(diǎn)：,i.三點(diǎn)式LC 振蕩器的基本組成特點(diǎn)。 ii.三點(diǎn)電容、三點(diǎn)電感、克拉潑、西勒振蕩電路。 iii.靜態(tài)工作點(diǎn)、反饋系數(shù)、等效Q 值對(duì)振蕩器工作的影響。 iiii.石英晶體的特性與晶體振蕩器特點(diǎn)。 iiiii.串聯(lián)型晶體振蕩器電路。,2做本實(shí)驗(yàn)時(shí)所用到的儀器：,問題,通過本實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)LC三點(diǎn)式正弦波振蕩電路與晶體振蕩電路的組成、工作原理的理解與掌握，并且能進(jìn)一步了解正弦波振蕩電路的基本起振條件。掌握三

2、點(diǎn)式與晶體式正弦波振蕩的基本特性，熟悉和掌握對(duì)振蕩電路的分析方法。 在實(shí)驗(yàn)過程中，通過調(diào)測(cè)振蕩電路，掌握LC三點(diǎn)式與晶體振蕩電路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試技能。,5、研究負(fù)載電阻不同時(shí),振蕩器振幅與頻率的關(guān)系。,1、三端式與晶體高頻振蕩器電路結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)的研究。,2、電容三點(diǎn)式LC振蕩器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整與測(cè)量。,3、測(cè)定三端式與晶體振蕩器的振蕩頻率與振蕩幅度.,4、研究反饋系數(shù)不同時(shí),起振點(diǎn)、振幅與工作電流的關(guān)系.,二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,6、測(cè)試、分析并比較LC振蕩器與晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。,1.振蕩器的定義:,所謂振蕩器是指：在沒有激勵(lì)信號(hào)的情況下，能自動(dòng)的將直流電源能量轉(zhuǎn)換為具有一定波形、一定頻率和一定

3、幅度的周期性交流信號(hào)輸出的電子電路。,高頻加熱設(shè)備,醫(yī)療儀器,各類電子設(shè)備,發(fā)射機(jī)(載波頻率fC）,儀器儀表振蕩源,數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào),接收機(jī)（本地振蕩頻率fL）,作為信號(hào)源 廣泛應(yīng)用于,為此,振蕩器是各種高頻電路中最基本和常用的單元線路,也是從事電子技術(shù)工作人員必須要熟練掌握的基本電路。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),3 振蕩器分類,反饋振蕩器,按振蕩原理分,負(fù)阻振蕩器,按振蕩信號(hào)波形分,正弦波振蕩器,非正弦波振蕩器（多諧振蕩器）,正弦振蕩電路與非正弦振蕩電路的一個(gè)重要區(qū)別是:正弦振蕩電路具有選頻網(wǎng)絡(luò)。,LC振蕩器,按選頻回路元件性能,RC振蕩器,晶體振蕩器,振蕩頻率較低，一般為幾HZ幾

4、百KHZ。,振蕩頻率穩(wěn)定度高，振蕩頻率同上。,LC振蕩器的振蕩頻率比較高，一般為幾百KHZ以上,開關(guān)電容振蕩器,LC振蕩器,互感耦合LC、差分對(duì)管LC,三點(diǎn)式,三點(diǎn)電容（考畢茲）,三點(diǎn)電感（哈特萊）,改進(jìn)三點(diǎn)式,電容串聯(lián)改進(jìn)（克拉潑）,電容并聯(lián)改進(jìn)（西勒）,晶體振蕩器,串聯(lián)型,并聯(lián)型,皮爾斯,密 勒,在實(shí)際工程領(lǐng)域，振蕩器應(yīng)用廣泛，其分類方法：,4.反饋振蕩器的電路組成,4.1 反饋振蕩器的電路組成,正弦波反饋振蕩器主要由三個(gè)部分構(gòu)成, 放大網(wǎng)絡(luò),以有源器件為主體，起能量轉(zhuǎn)換作用，將直流電源提供的能量，通過振蕩系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成固定頻率的交流能量，即構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。, 選頻回路, 反饋網(wǎng)絡(luò),選擇所需的某

5、一頻率并滿足振蕩條件，從而形成單一頻率的正弦振蕩。,將輸出信號(hào)通過正反饋引至放大電路的輸入端，以維持振蕩系統(tǒng)的正常振蕩。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),4 反饋型正弦波振蕩器的電路構(gòu)成與工作原理,一、基本含義：,凡是從輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號(hào)，勿須外部提供激勵(lì)信號(hào)，能產(chǎn)生持續(xù)等幅正弦波輸出，稱為反饋型正弦波振蕩器。,二、電路構(gòu)成框圖,1 放大電路,2 諧振回路,3 正反饋網(wǎng)絡(luò),反饋型振蕩器一般由三大部分組成。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),三、電路工作原理,電路框圖如圖所示,接通電源瞬間，電路產(chǎn)生脈動(dòng)電流。含有豐富的諧波,利用LC回路的選頻作用，對(duì)脈動(dòng)信號(hào)的某次諧波諧振，產(chǎn)生對(duì)某

6、單一頻率的信號(hào)輸出。,諧振放大器輸出的信號(hào)電壓經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生回授電壓uf，作為正回授反饋到基極。且ufui。經(jīng)放大后再輸出，再回授。,振蕩器只要滿足A*F1，振蕩器則周而復(fù)始形成對(duì)某單一頻率信號(hào)放大回授,且有uinui2ui1.從而形成振蕩過程，實(shí)現(xiàn)將直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),5 三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器的電路構(gòu)成與工作原理,定義： 用LC串、并聯(lián)諧振回路作為選頻和移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器。 稱為三點(diǎn)式LC振蕩器。,二.什么是三點(diǎn)或(三端)式振蕩器？,晶體管有三個(gè)電極（B、E、C）,b,e,c,分別與三個(gè)電抗性元件相連接,形成三個(gè)接點(diǎn),故稱為三點(diǎn)式振蕩器,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),三點(diǎn)式 (又

7、稱三端式)振蕩器要實(shí)現(xiàn)振蕩，必須遵循兩個(gè)原則,與晶體管發(fā)射極相聯(lián)結(jié)的電抗X1、X2性質(zhì)必須相同。,不與晶體管發(fā)射極相聯(lián)結(jié)的另一電抗X3的性質(zhì)必須與其相反。即與Bc間性質(zhì)相反,遵循以上兩個(gè)原則才能滿足： 相位條件,適當(dāng)選擇X1與X2的比值就能滿足：振幅條件,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),6 實(shí)際常見三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器的電路分析,實(shí)際工程中，常見的三端式振蕩器有四種基本電路,6.1電容反饋三端式振蕩器(考畢茲電路),實(shí)際電路組成如圖示：,電阻RB1,RB2、RC、RE構(gòu)成直流偏置電路,RE、構(gòu)成交直流自給偏壓電路,L、C1、C2構(gòu)成LC振蕩回路，反饋電壓取自電容C2。故稱三點(diǎn)電容反饋。,電容CB提供交流同

8、路。,高頻等效電路為：,考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)： 1）電容反饋三端電路的振蕩波形好。 2）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。 3）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作 頻率可做到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。 電路的缺點(diǎn)： 調(diào)C1或C2來改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1與C2為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。,電容反饋三端電路的振蕩頻率為,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),6.2 電感反饋三端式振蕩器(哈特萊電路),電路組成如圖示：,直流

9、偏置電路Rb1,Rb2決定了起振時(shí)電路 的工作點(diǎn),當(dāng)振蕩以后R e C e構(gòu)成自給偏壓電路,L1、L2與C電路構(gòu)成振蕩回路，反饋電壓取自電感L2，故稱三點(diǎn)電感反饋。,電容Cb與Cc提供交流通路,高頻等效電路為：,電感反饋三端電路的振蕩頻率為,哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)： 1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振； 2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。 3、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。 電路的缺點(diǎn)： 1、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大； 2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是因?yàn)轭l率太高，L太

10、小且分布參數(shù)的影響太大。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),6.3 串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(克拉潑電路),電路組成如圖示：,特點(diǎn)是在考畢茲電路的基礎(chǔ)上，用一電容C3與原電路中的電感L相串。功用主要是以增加回路總電容和減小管子與回路間的耦合來提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性。使振蕩頻率的穩(wěn)定度得以提高。,因?yàn)镃3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C1或C2，所以三電容串聯(lián)后的等效電容約為C3。,電路的振蕩頻率為：,故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C1、C2無關(guān),主要由C3決定。,與考畢茲電路相比，在電感L上串聯(lián)一個(gè)電容。它有以下特點(diǎn)： 1、振蕩頻率改變可不影響反饋系數(shù)。 2。振蕩幅度比較穩(wěn)定； 但C3不能太小，否則導(dǎo)致停振，所以克拉潑振蕩器頻率覆蓋

11、率較小，僅達(dá)1.2-1.4； 所以?？死瓭娬袷幤鬟m合與作固定頻率的振蕩器,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),6.4 并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(西勒(Seiler)電路),特點(diǎn)是在克拉潑電路的基礎(chǔ)上，用一電容C4與原電路中的L相并聯(lián)。,電路組成如圖示：,功用是保持了晶體管與振蕩回路弱藕合，振蕩頻率的穩(wěn)定度高，調(diào)整范圍大。,高頻等效電路為：,振蕩頻率,與克拉潑振蕩電路相比，在電感L上并聯(lián)一個(gè)電容。它有以下特點(diǎn)： 1、振蕩幅度比較穩(wěn)定； 2、振蕩頻率可以比較高，如可達(dá)千兆赫；頻率覆蓋率比較大，可達(dá)1.6-1.8； 所以在一些短波、超短波通信機(jī)，電視接收機(jī)中用的比較多。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),6.5 石英晶體的基本特性

12、,1.定義：用石英晶體諧振器控制并穩(wěn)定高頻振蕩頻率的振蕩電路稱為石英晶體振蕩（簡稱晶振）,2.石英晶體性能特點(diǎn):,i.具有壓電效應(yīng),若在石英晶片兩端加一信號(hào)源，觀察流過晶體的電流與它二端電壓的關(guān)系,做一個(gè)實(shí)驗(yàn):,現(xiàn)象：,電流超前電壓90O ；呈電容性,當(dāng)=s,當(dāng)s,當(dāng)s,電流滯后電壓90O；呈感性,電流最大，且與電壓同相，呈純阻性；,結(jié)論：,可見石英晶片可等效為Lq、Cq、rq串聯(lián)與LqCo并聯(lián)的諧振回路。,4.石英晶體應(yīng)用特點(diǎn):,當(dāng) 時(shí)，電抗x =0 呈串聯(lián)諧振，等效一根短路線，在串 聯(lián)型晶振電路中等效短路元件；,當(dāng) 時(shí)， 電抗x =呈并諧，等效開路；,當(dāng) 時(shí)， 電抗x 0呈容性；,當(dāng) 時(shí)，

13、電抗x 0呈感性，在晶振電路中等效為電感,晶體具有兩個(gè)諧振頻率，即：,結(jié)論,晶體的應(yīng)用，一般選擇在感性區(qū)或串諧區(qū)。因?yàn)楦行詤^(qū)狹窄，電抗特性陡；對(duì)頻率的變化具有極靈敏的補(bǔ)償能力。所以在晶振電路中，晶體選擇感性區(qū)或串諧區(qū)，它等效一個(gè)電感元件或短路線。,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),6.6 石英晶體振蕩器電路分析,1. 并聯(lián)型晶振電路：晶體JTL(s oscp ),1) 皮爾斯振蕩器（JT 等效電容三點(diǎn)式中的電感）,三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí),2、串聯(lián)型晶振電路：,a、注意安全操作規(guī)程，確保人身安全,注意人身安全和儀器設(shè)備的安全,為了防止器件損壞，在切斷實(shí)驗(yàn)電路板上的電源后才能改接電路。,調(diào)換儀器時(shí)應(yīng)切斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電源。,

14、逐步養(yǎng)成用右手進(jìn)行單手操作的習(xí)慣。,b、愛護(hù)儀器設(shè)備,儀器在使用過程中，不必經(jīng)常開關(guān)電源。,切忌無目的的撥弄儀器面板上的開關(guān)和按鈕。,儀器設(shè)備出現(xiàn)問題，請(qǐng)向老師尋求幫助，請(qǐng)勿隨便調(diào)換配件。,實(shí)驗(yàn)電路采用的是串聯(lián)（克拉伯）/并聯(lián)（西勒）改進(jìn)三點(diǎn)電容反饋與晶體振蕩電路，當(dāng)撥碼開關(guān)SW3撥置“左”“中”或“右”端時(shí)，可分別構(gòu)成串聯(lián)/并聯(lián)改進(jìn)三點(diǎn)電容反饋與并聯(lián)型石英晶體振蕩器。為了盡可能地減小負(fù)載對(duì)振蕩電路的影響，采用了射隨器作為隔離級(jí)，其電路的電原理圖如圖所示。圖中，撥碼開關(guān)SW1為驗(yàn)證反饋系數(shù)，SW3為LC震蕩器與晶體振蕩器轉(zhuǎn)換選擇，SW2為驗(yàn)證負(fù)載（即回路Q值）變化對(duì)振蕩器的影響，跳線開關(guān)K為振

15、蕩器輸出信號(hào)經(jīng)由或不經(jīng)由射隨器隔離輸出轉(zhuǎn)換。,三、實(shí)驗(yàn)電路與說明,振蕩管選用9014,LC與晶體振蕩轉(zhuǎn)換跳線開關(guān)SW3，,反饋系數(shù)驗(yàn)證跳線開關(guān)SW1，,回路等效Q值的變化驗(yàn)證跳線開關(guān)SW2。,OUT為振蕩信號(hào)從射極輸出,OUT為振蕩信號(hào)從集電極輸出,K為振蕩輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一：振蕩電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整,實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,SW2“1”，RL=10K,SW3“1”（LC克拉伯振蕩）,實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 記 錄,。,調(diào)整RW電位器，使IC=1.5mA（Ve=4.95V),調(diào)整時(shí)采用間接測(cè)量法：即用直流電壓表測(cè)量晶體管發(fā)射極對(duì)地電壓，并將測(cè)量結(jié)果記錄于表中。,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作步驟,SW1全開路（停振）,實(shí)

16、驗(yàn)內(nèi)容二： 振蕩器的頻率與幅度調(diào)測(cè),實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,SW1“1”（C2=470pf） SW2“全開”（RL=） SW3“1”（LC克拉伯振蕩）,實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 記 錄, 用示波器測(cè)量振蕩器的輸出端“OUT1”，觀察Vo波形，若無振蕩輸出，則需檢查電路，調(diào)整元件，直至電路振蕩。分別記錄此時(shí)振蕩器發(fā)射極輸出（OUT1）與集電極輸出（OUT）點(diǎn)的信號(hào)波形、頻率和幅度。并說明不同點(diǎn)輸出信號(hào)的差異。, 適當(dāng)調(diào)整RW使（OUT）點(diǎn)輸出Vo最大且出現(xiàn)不失真的正弦波。記錄此時(shí)最佳狀態(tài)下的Vo波形和幅度，振蕩fo與集電極電流IC。, 保持以上基本設(shè)置不變，將撥碼開關(guān)SW3 “2”撥通，使之為LC西勒振蕩器。記錄此時(shí)最

17、佳狀態(tài)下的Vo波形和幅度，振蕩fo與集電極電流IC, 將撥碼開關(guān)SW3 “3”撥通，“1與2”斷開。使之為晶體振蕩器。記錄此時(shí)最佳狀態(tài)下的Vo波形和幅度，振蕩fo與集電極電流IC,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三：研究工作點(diǎn)Ic的變化對(duì)振蕩器性能的影響,振蕩器基本設(shè)置條件：（LC西勒振蕩、C2=510p、RL=）,按表所列數(shù)據(jù)要求，改變Ico，將測(cè)試結(jié)果記錄于表中。記錄本實(shí)驗(yàn)電路停振時(shí)的最大Ico=？ mA,注：調(diào)整一項(xiàng)數(shù)據(jù)后，將SW3撥碼開關(guān)切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四：研究反饋系數(shù)F的變化對(duì)振蕩器性能的影響；,實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,SW3“1與2”（LC西勒振蕩）,SW2“全開”（RL=）并調(diào)整Rw,使I

18、c=最佳數(shù)值。,按表所列數(shù)據(jù)要求，改變SW1開關(guān)位置，轉(zhuǎn)換C2將測(cè)試結(jié)果記錄于表中。,注：調(diào)整一項(xiàng)數(shù)據(jù)后，將SW3撥碼開關(guān)切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五：研究負(fù)載RL變化對(duì)振蕩器性能的影響,實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,SW3“1與2”（LC西勒振蕩）,SW1“2”（C2=510Pf）并調(diào)整Rw,使Ic=最佳數(shù)值,按表所列數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)SW2，分別改變負(fù)載電阻。將測(cè)試結(jié)果記錄于表中。,注：調(diào)整一項(xiàng)數(shù)據(jù)后，將SW3撥碼開關(guān)切換至“3”，記錄晶體振蕩器的數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容六：擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)1-壓控振蕩器壓控特性測(cè)量,實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,將壓控振蕩與調(diào)頻電路模塊接入+12V電源,熟悉并掌握壓控振蕩與調(diào)頻電路模塊,所謂壓控振蕩器

19、VCO(Voltage Controlled Oscillator就是指振蕩器輸出信號(hào)的頻率受輸入電壓控制的振蕩電路，即振蕩器的中心頻率fo隨著控制電壓VD的變化而改變。,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容六：擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)1-壓控振蕩器壓控特性測(cè)量,按表所列數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)RW，分別改變控制電壓的大小。將測(cè)試結(jié)果記錄于表中。,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，體會(huì)壓控振蕩器的工作原理,一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容： 1、寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 2、畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖并說明實(shí)驗(yàn)電路的結(jié)構(gòu)形式與工作原理。 3、寫明實(shí)驗(yàn)所用儀器。 4、寫明實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。比較LC振蕩器與晶體振蕩器數(shù)據(jù)，得出你的結(jié)論。,第一題： 對(duì)于一個(gè)實(shí)際的振蕩器，用萬用電表檢查它，能否判斷它是否起振？,第