Clapp振荡器振荡幅度的实测、建模与分析-论文.pdf

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1、第27卷第4期大学物理实验V0I．27No．42014年8月PHYSICALEXPERIMENT0FC0LLEGEAug．2014文章编号：10072934(2014)04—0080—04Clapp振荡器振荡幅度的实测、建模与分析李璐岑(复旦大学，上海201203)摘要：在振荡器正常工作的频段中，幅度会随频率而发生改变。要使振荡器正常工作，必须对其中的可调参数加以限制，使幅度增大从而起振。文章分析了实用Clapp振荡器幅度随频率变化的成因，并用软件拟合了器件取值对振荡幅度的影响，模拟结果对振荡器设计有一定的借鉴意义。关键词：Clapp振荡器；振荡幅度；建模中图分类号：

2、O411．3文献标志码：A多种多样的振荡器是电子技术领域的重要组电阻，r。为晶体管ee间内外部所有的纯电阻的等成部分。它作为不可或缺的核心部分之一被大量效阻抗，为晶体管的放大系数。使用在电视、通信设备、各种信号源和各种测量仪如果rh。》JXI，电路的放大倍数为器中。振荡器可以按所采用的选频网络形式，分v,2-旦一／／jX／(+)为LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器、压控振荡／'be器等。随着集成电路的发展，又出现了集成电路JB。r，·(+)振荡器。rh·r。·(+1+)一·(+)要使振荡器正常工作，必须对其中的可调参电路的反馈系数为F=V一，数加以限制，使幅度增大从而

3、起振。文章中分析o了实用Clapp振荡器幅度随频率变化的成因，并根据相位平衡条件，即ImjF·AJ=0，有+用软件拟合了器件取值对振荡幅度的影响，以期1+X2=0，对振荡器设计提供一定的参考。再根据幅度起振条件，即RelF·Al>1，有X1>，上式决定了X、X必须为同性质的1三点式LC振荡器，beA2电抗元件，而+。+X=0决定了必须为与文章中主要讨论Clapp振荡器，它属于三点、异性质的电抗元件。当、：同为电容，式LC振荡器。为电感时，这种振荡器被称为电容三点式振荡电路。下面要讨论的Clapp电路是电容三点式振荡电路。2Clapp振荡电路的理论分析与实测Clapp振

4、荡电路在电感支路中串联了一个比图1三点式LC振荡器基本电路C。、C小得多的电容c，以减小晶体管参数对振荡频率的影响，所以这是电容三点式振荡器的改进图1为三点式LC振荡器的基本电路，图1中电路。图2为实验电路图。略去了直流偏置部分。令rh为晶体管be结动态收稿Et期：2014—04-14Clapp振荡器振荡幅度的实测、建模与分析而如果调整C／C，的值，振荡电压峰峰值Vopp也会改变。当保持电路稳定振荡的静态工作点不变，c=330pF，在C=1000pF上并联不同的电容直至停振，可测得表2C2与Vopp之间的关系C2上并联电容／pFVopp／V3305．44图2Clapp

5、振荡电路图2205．5O1005．64当C《C2，C《C1时，·(1+10003．473000停振·c)一。可见,Clapp电路的频率主当保持电路稳定振荡的静态工作点不变，c要由C决定。由幅度起振条件ReIF·AJ>1，再=l000pF，在C=330pF上并联不同的电容直至停振，可测得由近似条件rh《Rb／／Rb2，—《R，求得表3C1与Vopp之间的关系O。L‘LC／C，应满足的条件：C1上并联电容／pFVopp／mV1O02．42×10旦：、、220880j·L．C．rbeC卢330600(停振)式中：Q为回路的品质因数。如果考虑到晶体管be结电容与静态工作电由此

6、可见，在Clapp电路中把与电感串联的c流。有关，因此Clapp振荡器的幅度起振条件可调小的话振荡频率会变大，电路振荡幅度随着振以近似为荡频率的升高而下降。关于振荡频率的变化，可7L_．1~cQ>C2．以用公式。2解释，但是，振荡幅度为什么_>0-L·C1VrCl会随着C的变化而变化呢?常温(300K)时，Vr=26mV。振荡器能否起振，取决于电容比值C／C和晶体管静态工作电流，：Q的数值大小。若静态电流，。太小，则不能3Clapp振荡器振幅的建模与模拟起振；电容比值c／c太大或者太小都不能起这个问题的关键在于以Q为核心的正向放振。另外，幅度起振条件不等式左边与成正0

7、大电路的增益曲线不是固定不变的。比，若振荡频率太大，则幅度起振条件更不容易满由于谐振回路由和C。、C、C串联组成，不足，因此振荡频率存在一个上限值。考虑晶体管分布电容时按图2电路实验，室温时，测量振荡电压峰峰21值Vopp和振荡频率之间的关系。保持电路稳定‰■，J——■_三————一·———————时的静态工作点不变，调节C，由大到小，用示波C1·C2+C1·C3+C2·C3器测量振荡波形的峰峰值Vopp，同时测量相应的其中，振荡电路部分的等效电路，见图3。振荡频率-厂，得到表1中数据：其中的r为电感的串联寄生点阻。又由阻抗变换公式Z并=(1+Q)·