非线性电子电路实验指导书：正弦振荡实验

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1、正弦振荡实验实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1、掌握晶体管（振荡管）工作状态、反馈大小对振荡幅度与波形的影响。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，加深对晶体振荡器频率稳定度高的原因理解。二、实验内容1、调试LC振荡电路特性，观察各点波形并测量其频率。2、观察振荡状态与晶体管工作状态的关系。3、观察反馈系数对振荡器性能的影响。4、比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度。5、观察温度变化对振荡频率的影响。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

2、荡器，这是应用非常广泛的一类电路，产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，不外是RC、LC和晶体振荡器三种形式。在本实验中，我们研究的主要是LC三端式振荡器及晶体振荡器。LC三端式振荡器的基本电路如图（4-1）所示：根据相位平衡条件，图中构成振荡电路的三个电抗中间，X1、X2必须为同性质的电抗，X3必须为异性质的电抗，且它们之间应满足下列关系式：X3=－（X1+X2）（4-1）这就是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。图4-1三端式振荡器的交流等效电路下面以电容三端式振荡

3、器为例分析其原理。1、电容三端式振荡器共基电容三端式振荡器的基本电路如图4-2所示。图中C3为耦合电容。由图可见：与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2；与基极连接的为两个异性质的电抗元件C2和L，根据前面所述的判别准则，该电路满足相位条件。若要它产生正弦波，还须满足振幅，起振条件，即：(4-2)式中AO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是反馈系数，只要求出AO和F值，便可知道电路有关参数与它的关系。为此，我们画出图4-2的简化，y参数等效电路如图4-3所示，其中设yrb≈0yob≈0，图中GO为振荡回路的损耗电导，GL为负载电导。图4-2共基组态的“考华

4、兹”振荡器图4-3简化Y参数等效电路由图可求出小信号电压增益AO和反馈系数F分别为式中：经运算整理得式中：当忽略yfb的相移时，根据自激条件应有N=0及(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，解出：当晶体管参数的影响可以忽略时，可得到振荡频率近似为(4-4)式中：是振荡回路的总电容。由式(4-3)求M，当时则反馈系数可近似表示为：(4-5)则由式（4-3）可得到满足起振振幅条件的电路参数为：(4-6)此式给出了满足起振条件所需要的晶体管最小正向传输导纳值。式（4-6）也可以改写为不等式左端的是共基电压增益，显然F

5、增大时，固然可以使TO增加，但F过大时，由于gib的影响将使增益降低，反而使减小，导致振荡器不易起振，若F取得较小，要保证＞1，则要求很大，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，当其负载阻抗及反馈系数已经确定的情况，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中（a）和（b）所示。(a)工作点偏高(b)工作点偏低图4-4振荡管工作态对性能的影响图4-4（a）工作点偏高，振荡管工作范围易进入饱和区，输出阻抗的降低将会使振荡波形严重失真，严重时，甚至使振荡器停振。图4-4

6、（b）中工作点偏低，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。一个实际的振荡电路，在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值。在实际中，我们将会看到输出幅度随着静态电流值的增加而增大。但是如静态电流取得太大，不仅会出现图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。所以在实用中，静态电流值一般取ICO=0.5mA～5mA。为了使小功率振荡器的效率高，振幅稳定性好，一般都采用自给偏压电路，我们以图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。图中，固定偏压VB由R1和R2所组成的偏

7、置电路来决定，在忽略IB对偏置电压影响的情况下，可以认为振荡管的偏置电压UBE是固定电压VB和Re上的直流电压降共同决定的，即由于Re上的直流压降是由发射极电流IE建立的，而且随IE的变化而变化，故称自偏压。在振荡器起振之前，直流自偏压取决于静态电流IEO和Re的乘积，即一般振荡器工作点都选得很低，故起始自偏压也较小，这时起始偏压VBEQ为正偏置，因而易于起振，如图4-5（a）所示，图中Cb上的电压是在电源接