LC、晶體正弦波振蕩電路實驗
一、 實驗目的
10． 進一步學習掌握正弦波振蕩電路的相關理論。
11． 掌握電容三點式LC振蕩電路的基本原理，熟悉其各元件功能；熟悉靜態工作點、耦合電容、反饋系數、等效Q值對振蕩器振蕩幅度和頻率的影響。
12． 比較LC振蕩器和晶體振蕩器頻率穩定度，加深對晶體振蕩器頻率穩定高的原因理解。
二、實驗使用儀器
1．LC、晶體正弦波振蕩電路實驗板
2．20MH雙蹤示波器
3. 萬用表
三、實驗基本原理與電路
1. LC振蕩電路的基本原理
ＬＣ振蕩器實質上是滿足振蕩條件的正反饋放大器。ＬＣ振蕩器是指振蕩回路是由ＬＣ元件組成的。從交流等效電路可知：由ＬＣ振蕩回路引出三個端子，分別接振蕩管的三個電極，而構成反饋式自激振蕩器，因而又稱為三點式振蕩器。如果反饋電壓取自分壓電感，則稱為電感反饋ＬＣ振蕩器或電感三點式振蕩器；如果反饋電壓取自分壓電容，則稱為電容反饋ＬＣ振蕩器或電容三點式振蕩器。
在幾種基本高頻振蕩回路中，電容反饋ＬＣ振蕩器具有較好的振蕩波形和穩定度，電路形式簡單，適于在較高的頻段工作，尤其是以晶體管極間分布電容構成反饋支路時其振蕩頻率可高達幾百ＭＨＺ～ＧＨＺ。
普通電容三點式振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的LC元件的值有關，而且還與晶體管的輸入電容
以及輸出電容
有關。當工作環境改變或更換管子時，振蕩頻率及其穩定性就要受到影響。為減小
、的影響，提高振蕩器的頻率穩定度，提出了改進型電容三點式振蕩電路——串聯改進型克拉潑電路、并聯改進型西勒電路，分別如圖4-1和4-2所示。串聯改進型電容三點式振蕩電路——克拉潑電路
 |
振蕩頻率為：
其中
由下式決定 
選
，
時，
，振蕩頻率
可近似寫成
這就使
幾乎與和
值無關，提高了頻率穩定度。振蕩幅度取決于折合到晶體管
端的電阻
，可以推出：
由上式看出，
、
過大時，
變得很小，放大器電壓增益降低，振幅下降。還可看出，同振蕩器
的三次方成反比，當減小
以提高頻率時，的值急劇下降，振蕩幅度顯著下降，甚至會停振。另外，用作頻率可調的振蕩器時，振蕩幅度隨頻率增加而下降，在波段范圍內幅度不平穩，因此，頻率覆蓋系數（在頻率可調的振蕩器中，高端頻率和低端頻率之比稱為頻率覆蓋系數）不大，約為
。并聯改進型電容三點式振蕩電路——西勒電路回路諧振頻率
為
其中，回路總電容
為
選
，時，
，這就使
值幾乎與和
無關，提高了頻率穩定度。折合到晶體管輸出端的諧振電阻
是
其中接入系數
和
無關，當改變時，、
、
都是常數，則僅隨一次方增長，易于起振，振蕩幅度增加，使在波段范圍內幅度比較平穩，頻率覆蓋系數較大，可達1.6~1.8。另外，西勒電路頻率穩定性好，振蕩頻率可以較高。2. 晶體振蕩電路的基本原理
石英晶體振蕩器就是以石英晶體諧振器取代
振蕩器中構成諧振回路的電感，電容元件所組成的正弦波振蕩器，它的頻率穩定度可達
到
數量級，所以得到極為廣泛的應用。它之所以具有極高的頻率穩定度，其關鍵是采用了石英晶體這種具有高Q值的諧振元件。由石英諧振器（石英晶體振子）構成的振蕩電路通常叫“晶振電路”。從晶體在電路中的作用來看分兩類：一類是工作在晶體并聯諧振頻率附近，晶體等效為電感的情況，叫做“并聯晶振電路”。另一類是工作在晶體串聯諧振頻率附近，晶體近于短路的情況，叫做“串聯晶振電路”。
本實驗采用“并聯晶振電路”這種電路由晶體與外接電容器或線圈構成并聯諧振回路，按三點線路的連接原則組成振蕩器，晶體等效為電感。在理論上可以構成三種類型基本電路，但在實際應用中常用的是如圖4-3所示的電路，稱“皮爾斯”電路。這種電路不需外接線圈，而且頻率穩定度較高。
圖4-3 并聯晶體振蕩器原理電路圖 4--4 并聯晶體振蕩器實例
圖4-4給出了這種電路的實例。這里，晶體等效為電感，晶體與外接電容（包括4.5／20pF與20pF兩個小電容）和
、
組成并聯回路，其振蕩頻率應落在
與
之間。圖4-5是圖4-4 中諧振回路的等效電路。
該諧振回路的電感就是
，而諧振回路的總電容應由
、
及外接電容、、組合而成。
由下式決定，即圖4-5 圖4-4中諧振回路的等效電路
選擇電容時，
，
，因此上式可近似為
所以
總是處在
與兩頻率之間，調節可使產生很微小的變動。無論怎樣調節，
總是處于晶體
與
的兩頻率之間。但是，只有在附近，晶體才具有并聯諧振回路的特點3.實驗電路
LC、晶體正弦波振蕩電路實驗電路如圖4-6。斷開J1、連接J2、J3構成LC西勒電路振蕩電路；斷開J2、連接J1、J3構成并聯型晶體正弦波振蕩電路。
圖4-6 LC、晶體正弦波振蕩電路實驗電路
四、實驗內容
1．LC振蕩器性能測試。
2．并聯晶體振蕩器性能測試
3．LC振蕩器和晶體振蕩器性能比較。
五、實驗步驟
1．LC振蕩器性能測試
在實驗箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電路實驗模塊。接通實驗箱上電源開關電源指標燈點亮。斷開J1、連接J2、J3構成LC西勒振蕩電路。
（1）測試靜態工作點變化對振蕩器工作狀態的影響
調整RW1，由TP1測試T1發射極電流，觀測發射極電流改變對振蕩頻率和幅度的影響。（R4=1K）。IEQ(mA)＝V（TP1）/R4
表4-1靜態工作點變化對振蕩器工作的影響
| IEQ(mA) | ||||||||
| f(MHz) | ||||||||
| Vp-p(V) |
（2）振蕩器頻率范圍的測量
用小起子調整微調電容CV1值（2/25p），同時用頻率計在OUT端測量輸出振蕩信號的頻率值，觀測振蕩頻率的改變。（注意微調電容表面扇形鍍銀部分，從相對另一引出腳最近到最遠，每轉動180度即完成容量最大到最小的全過程，多旋動是沒有意義的，只會加速元件的磨損）
表4-2 振蕩器頻率范圍的測量
| f(MHz) | Vp-p(V) | |
| Cmin | ||
| Cmax |
（3）反饋系數對振蕩器工作狀態的影響
J3、J4、J5不同組合可構成多種反饋系數，觀測反饋系數對振蕩器工作狀態的影響。
表4-3 反饋系數對振蕩器工作狀態的影響
| F | |||||
| f(MHz) | |||||
| Vp-p(V) |
（4）頻率穩定度的測量
（a） 短期頻率穩定度的測量
用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，觀察１分鐘左右振蕩頻率f０的變化情況，并記錄兩個頻率值f０１（開始值），f０２（最大變化值）。計算ＬＣ振蕩器的短期頻率穩定度Δf０／f０
表4-4短期頻率穩定度的測量
| f０１（開始值MHz） | f０２（最大變化值MHz） | 短期頻率穩定度Δf０／f０ |
（b） 觀察溫度變化對振蕩頻率的影響。（若無電吹風，可不作該實驗）
用電吹風在距電路15cm處對著電路吹熱風，用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，觀察１分鐘左右振蕩頻率f０的變化情況，
表4-4短期頻率穩定度的測量
| 室溫f０１ MHz | 加溫后f０２ MHz | 頻率穩定穩定度Δf０／f０ |
2．晶體正弦波振蕩器性能測試
在實驗箱主板上插上LC、晶體正弦波振蕩電路實驗模塊。接通實驗箱上電源開關電源指標燈點亮。斷開J2、連接J1、J3構成LC晶體并聯振蕩電路。
（1）測試靜態工作點變化對振蕩器工作狀態的影響
調整RW1，由TP1測試T1發射極電流，觀測發射極電流改變對振蕩頻率和幅度的影響。（R4=1K）。
表4-1靜態工作點變化對振蕩器工作的影響
| IEQ(mA) | ||||||||
| f(MHz) | ||||||||
| Vp-p(V) |
（2）振蕩器頻率范圍的測量
用小起子調整微調電容CV1值（2/25p），同時用頻率計在OUT端測量輸出振蕩信號的頻率值，觀測振蕩頻率的改變。
表4-2 振蕩器頻率范圍的測量
| f(MHz) | Vp-p(V) | |
| Cmin | ||
| Cmax |
（3）反饋系數對振蕩器工作狀態的影響
J3、J4、J5不同組合可構成多種反饋系數，觀測反饋系數對振蕩器工作狀態的影響。
表4-3 反饋系數對振蕩器工作狀態的影響
| F | |||||
| f(MHz) | |||||
| Vp-p(V) |
（4）頻率穩定度的測量
（a） 短期頻率穩定度的測量
用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，觀察１分鐘左右振蕩頻率f０的變化情況，并記錄兩個頻率值f０１（開始值），f０２（最大變化值）。計算ＬＣ振蕩器的短期頻率穩定度Δf０／f０
表4-4短期頻率穩定度的測量
| f０１（開始值MHz） | f０２（最大變化值MHz） | 短期頻率穩定度Δf０／f０ |
（b） 觀察溫度變化對振蕩頻率的影響。（若無電吹風，可不作該實驗）
用電吹風在距電路15cm處對著電路吹熱風，用頻率計在OUT端測量振蕩頻率，觀察１分鐘左右振蕩頻率f０的變化情況，
表4-4短期頻率穩定度的測量
| 室溫f０１ MHz | 加溫后f０２ MHz | 頻率穩定穩定度Δf０／f０ |
六、實驗報告要求
1．整理按實驗步驟所得的數據，繪制記錄的波形
2．畫出工作點和反饋系數對LC振蕩器和晶體振蕩器振蕩頻率和幅值的影響曲線 ，比較兩者的區別。
3．總結由本實驗所獲得的體會。