第三章 正弦波振荡器3

三点式正弦波振荡器

一、实验目的

1、 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计

算。

2、 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影

响。

3、 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。

二、实验内容

1、 熟悉振荡器模块各元件及其作用。

2、 进行LC 振荡器波段工作研究。

3、 研究LC 振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。

4、 测试LC 振荡器的频率稳定度。

三、实验仪器

1、模块 3 1块

2、频率计模块 1块

3、双踪示波器 1台

4、万用表 1块

四、基本原理

实验原理图见下页图1。

将开关S 1的1拨下2拨上， S2全部断开，由晶体管N1和C 3、C 10、C 11、C4、CC1、L1构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI 可用来改变振荡频率。

)

14(121

0CC C L f +=

π

振荡器的频率约为4.5MHz （计算振荡频率可调范围） 振荡电路反馈系数

F=

32.0470

220220

3311≈+=+C C C

振荡器输出通过耦合电容C 5（10P ）加到由N2组成的射极跟随器的输入端，因C 5容量

很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号经N3调谐放大，再经变压器耦合从P1输出。

图1 正弦波振荡器（4.5MHz ）

五、实验步骤

1、根据图1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。

2、研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。

（1）将开关S1拨为“01”，S2拨为“00”，构成LC 振荡器。

高频电子线路实验报告（实验3 正弦波振荡器）

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实验三正弦波振荡器

一、实验目的：

1．掌握三端式振荡电路的基本原理，起振条件和振荡电路设计。

2．通过实验掌握反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。

3．研究外界条件（负载变化等）对振荡器频率稳定度的影响。

4．比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。

二、实验内容：

1．熟悉振荡器模块各元件及其作用。

2．进行LC振荡器波段工作研究。

3．研究LC振荡器和晶体振荡器中反馈系数以及负载对振荡器的影响。

4．测试、分析比较LC振荡器与晶体振荡的频率稳定度。

三、基本原理

本实验中正弦波振荡器包含工作频率为10MHz左右的电容反馈LC三端振荡器和一个10MHz的晶体振荡器，其电路图如图3－1所示。由拨码开关S2决定是LC振荡器还是晶体振荡器（1拨向ON为LC振荡器，4拨向ON为晶体振荡器）。

LC振荡器交流等效电路如图3－2所示。

由交流等效电路图可知该电路为电容反馈LC三端式振荡器，其反馈系数F＝（C11＋CT3）/CAP，CAP可变为C7、C14、C23、C19其中一个。其中C j为变容二极管2CC1B，根据所加静态电压对应其静态电容。

若将S2拨向“4”通，则以晶体X1代替电感L1，此即为晶体振荡器。

图3-1中电位器VR1调节变容二极管的静态偏置；VR2调节静态工作点；拨码开关S4改变反馈电容的大小；S3改变负载电阻的大小。

图3-1 正弦波振荡电路

图3-2 正弦波振荡电路的交流等效电路

四、实验步骤

1．对照图3－1在实验板上找到“振荡器”电路的位置（左上角）并熟悉各元件及作用。

5.3 LC正弦波振荡器

定义：采用LC谐振回路作为选频网络的反馈型振荡电路称为LC振荡器，

按其反馈方式，LC振荡器可分为互感耦合式振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型，其中后两种通常称为三点式振荡器。

5.3.1 互感耦合振荡器

互感耦合振荡器利用互感耦合实现反馈振荡。根据LC谐振回路与三极管不同电极的连接方式分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。

图5 —17 三种互感耦合振荡电路

集电极调谐型电路的高频输出方面比其它两种电路稳定，而且输出幅度大，谐波成分小。

基极调谐型电路的振荡频率可以在较宽的范围内变化，且能保持输出信号振荡幅度平稳。

我们只讨论集电极调谐型电路（用得最多）。

而集电极调谐型又分为共射和共基两种类型，均得到广泛应用。两者相比，共基调集电路的功率增益较小，输入阻抗较低，所以难于起振，但电路的振荡频率比较高，并且共基电路内部反馈较小，工作比较稳定。

互感耦合电路，变压器同名端的位置必须满足振荡的相位条件，在此基础上适当调节反馈量M总是可以满足振荡的振幅条件。

振荡起振和平衡的相位条件？

判断互感耦合振荡器是否可能振荡，通常是以能否满足相位平衡条件，即是否构成正反馈为判断准则。判断方法采用“瞬时极性法”。

瞬时极性法：首先识别放大器的组态，即共射、共基、共集。然后根据同名端的设置判断放大器是否满足正反馈。

放大器组态的判别方法：观察放大器中晶体管与输入端和输出回路相连的电极，余下的电极便是参考端。（后面以实例说明）

①输入端接基极端，输出端接集电极，发射极为参考

点（接地点），是共射组态。共射组态为反相放大器，输入、输出信号的瞬时极性相反，如图5 —18（a）所示。

三点式正弦波振荡器

一、实验目的

1、 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计

算。

2、 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影

响。

3、 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。

二、实验内容

1、 熟悉振荡器模块各元件及其作用。

2、 进行LC 振荡器波段工作研究。

3、 研究LC 振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。

4、 测试LC 振荡器的频率稳定度。

三、实验仪器

1、模块 3 1块

2、频率计模块 1块

3、双踪示波器 1台

4、万用表 1块

四、基本原理

实验原理图见下页图1。

将开关S 1的1拨下2拨上， S2全部断开，由晶体管N1和C 3、C 10、C 11、C4、CC1、L1构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI 可用来改变振荡频率。

)

14(121

0CC C L f +=

π

振荡器的频率约为4.5MHz （计算振荡频率可调范围） 振荡电路反馈系数

F=

32.0470

220220

3311≈+=+C C C

振荡器输出通过耦合电容C 5（10P ）加到由N2组成的射极跟随器的输入端，因C 5容量

很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。射随器输出信号经N3调谐放大，再经变压器耦合从P1输出。

图1 正弦波振荡器（4.5MHz ）

五、实验步骤

1、根据图1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。

2、研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。

（1）将开关S1拨为“01”，S2拨为“00”，构成LC 振荡器。

实验三 LC 与晶体正弦波振荡器实验

在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为振荡器。

振荡器的种类很多，根据工作原理可以分为反馈型振荡器和负阻型振荡器。根据选频网络采用的器件可分为LC 振荡器、晶体振荡器、变压器耦合振荡器等。

振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。为此,振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路,也是从事电子技术工作人员必须要熟练掌握的基本电路。

一、实验目的

1、.掌握振荡器工作原理及其工作状态，起振条件，反馈量等对振荡器的影响。

2、研究外界条件和电源电压、电路品质因素及环境温度、负载变化时对振荡器的幅度、波形及频率稳定度的影响。

3、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。

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高的原因理解。

二、实验设备与仪器

高频实验箱 WHLI-GP-1 一台 双踪示波器 TDS-1002 一台 万用表 一块

三、实验任务与要求

1、反馈振荡器的振荡条件与工作原理分析

反馈式正弦波振荡器有RC 、LC 和晶体振荡器三种形式，电路主要由放大网络、选频回路和反馈网络三个部分构成。本实验中，我们研究的主要是LC 三点式振荡器。所谓三点式振荡器，是晶体管的三个电极（B 、E 、C ），分别与三个电抗性元件相连接，形成三个接点，故称为三点式振荡器，其基本电路如图3-1所示：

《高频电子线路》课程教学大纲

一、《高频电子线路》课程说明

（一）课程代码：11133010

（二）课程英文名称：Radio-frequency Electronic Circuits

（三）开课对象：电子信息工程、通信工程本科

（四）课程性质：

《高频电子线路》是电子信息工程本科专业的专业必修课。本课程是一门实践性很强的核心基础课程，也是有关的工程技术人员和相关专业的技术人员的必修课程，它是研究无线电通信系统中的关于信号的产生、发射、传输和接收即信号传输与处理的一门科学。其先修课程有：《高等数学》、《电路分析》、《模拟电子线路》和《信号与系统》。

（五）教学内容

《高频电子线路》主要介绍无线电信号传输与处理的具体基本单元电路的基本原理以及应用于通信系统、高频设备中的高频电子线路的组成、原理、分析、设计方法, 为进一步学习通信原理、电视原理等课程奠定理论基础。

通过本课程的学习，要求学生掌握高频电子线路的基本概念和基本理论，以非线性电路为主，学习谐振动率放大电路、正弦波振荡电路、振幅调制、解调与混频电路、角度调制与解调电路和反馈控制电路原理、分析方法及其应用，具有一定的分析和解决具体问题的能力。

（六）教学时数

教学时数：80学时

学分数：4 学分

教学时数具体分配：

（七）教学方式

以多媒体教学手段为主要形式的课堂教学。

（八）考核方式和成绩记载说明

考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成绩根据平时成绩、实验成绩和期末成绩评定，平时成绩占20% ，实验成绩占20%，期末成绩占60% 。

实验三正弦波振荡器

一、正反馈LC振荡器

1）电感三端式振荡器

通过示波器观察其输出波形，并说明该电路的不足

3.1 电感三端式振荡器

不足：振荡器的输出功率很低，输出信号是非常微小的值，未达到振幅起振条件。

2）电容三端式振荡器

（a）（b）

3.2 电容三端式振荡器

（1）分别画出（a）（b）的交流等效图，计算其反馈系数

（2）通过示波器观察输出波形，与电感三端式振荡器比较

（2）答：下图为电路（a）的输出波形：

下图为电路（b）的输出波形：

比较：电容三点式反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形好，接近正弦波，电感三点式反馈电压中高次谐波分量较多，输出波形差。

3）克拉泼振荡器

3.3 克拉泼振荡器

（1）通过示波器观察输出，输出波形如下图所示：

（2）在该电路的基础上，将其修改为西勒振荡器，并通过示波器观察波形在电感旁并联一个可变电阻器即改为西勒振荡器，输出波形如下如所示：

二、晶体振荡器

（a）

(b)

3.4 晶体振荡器

（1）（a）（b）分别是什么形式的振荡器？

答：A是并联型皮尔斯晶体振荡器，B是串联型晶体振荡器

（2）通过示波器观察波形，电路的振荡频率是多少？

答：电路波形如下图所示，由图可得T=2.339ms，则f=1/T=427.5Hz

问题：

（1）振荡器的电路特点？电路组成？

答：并联型晶体振荡器中晶体起等效电感的作用，它和其他电抗元件组成决定频率的并联谐振回路与晶体管相连，工作原理和三点式振荡器相同，只是把其中一个电感元件换成晶体。串联型晶体振荡器中晶体以低阻抗接入电路，晶体相当于高选择性的短路线，通常将石英晶体接在正反馈支路中，利用其串联谐振时等效为短路元件的特性，电路反馈作用最强，满足起振条件。

第三章正弦波振荡器习题参考答案

3－1 根据振荡器的相位平衡条件，试判断图P3－1所示交流电路中，哪些可能产生振荡，哪些不能产生振荡，若产生振荡，则要说明是属于哪种振荡电路？

图P3－1

解：根据振荡器的相位平衡条件

图P3－1（a ）可能振荡，为变压器耦合LC 正弦振荡电路。 图P3－1（b ）不能振荡，图中变压器同名端构成的反馈为负反馈。 图P3－1（c ）不能振荡，不满足三点式振荡器相位构成原则。

图P3－1（d ）可能振荡，如图P3－1J 所示的串、并联谐振回路的电抗特性

图P3－1J

可知，作为并联谐振回路，当O f f >时呈容性，当O f f <时呈感性；作为串联谐振回路，当O f f >时呈感性，当O f f <时呈容性。图P2－1（d ）所示电路中，若2OSC 22

2πf f L C =

>，

则L 2C 2并联回路呈感性；若osc 111<π21=f C L f ，则L 1C 1并联回路呈容性，根据三点式振荡器组成原则，故图2－1（d ）所示电路可能构

成电感三点式振荡电路。

图P3－1（e）可能振荡，当满足

3OSC

3

2π

f f

LC

=<时，3

LC串联支路呈感性，电路为电容三点式振荡电路。

图P3

－1（f）不能振荡，不满足三点式振荡电路的条件。

3－2试画出图P3－2所示各振荡器的交流等效电路，并用振荡的相位平衡条件判

断哪些电路可能产生振荡？哪些不能产生振荡？图中

E

C、B

C、C

C均为交流旁路电容或隔直耦合电容。

图P3－2

解：图P3－2所示各振荡电路的交流等效电路如图P3－2J所示，

正弦波振荡器练习题

正弦波振荡器练习题

⼀、选择题

1、振荡器的振荡频率取决于。（ B ）

A ．供电电源

B ．选频⽹络

C ．晶体管的参数

D ．外界环境

2、为提⾼振荡频率的稳定度，⾼频正弦波振荡器⼀般选⽤。（ B ）

A ．LC 正弦波振荡器

B ．晶体振荡器

C ．RC 正弦波振荡器

3、设计⼀个振荡频率可调的⾼频⾼稳定度的振荡器，可采⽤（ B ）

A ．RC 振荡器

B ．⽯英晶体振荡器

C ．互感耦合振荡器

D ．并联改进型电容三点式振荡器

4、串联型晶体振荡器中，晶体在电路中的作⽤等效于。 ( D )

A ．电容元件

B ．电感元件

C ．⼤电阻元件

D ．短路线

5、振荡器是根据反馈原理来实现的，反馈振荡电路的波形相对较好。（ A ）

A 、正、电感

B 、正、电容

C 、负、电感

D 、负、电容

6、振荡器的频率稳定度⾼。（ D ）

A ．互感反馈

B ．克拉泼电路

C ．西勒电路

D ．⽯英晶体

7、⽯英晶体振荡器的频率稳定度很⾼是因为（ B ）

A ．低的Q 值

B ．⾼的Q 值

C ．⼩的接⼊系数 D. ⼤的电阻

8、正弦波振荡器中正反馈⽹络的作⽤是（ A ）

A ．保证产⽣⾃激振荡的相位条件

B ．提⾼放⼤器的放⼤倍数，使输出信号⾜够⼤

C ．产⽣单⼀频率的正弦波

D ．以上说法都不对

9、在讨论振荡器的相位稳定条件时，并联谐振贿赂的Q 值越⾼，值ω

越⼤，其相位稳定性（ A ）

A 、越好

B 、越差

C 、不变

D 、⽆法确定

10、并联型晶体振荡器中，晶体在电路中的作⽤等效于 ( B )

A ．电容元件

B ．电感元件

C ．电阻元件

D ．短路线

第3章 正弦波振荡器

3.1 为什么振荡电路必须满足起振条件、平衡条件和稳定条件？试从振荡的物理过程来说明这三个条件的含义。

答：（1）在刚接通电源时，电路中会存在各种电扰动，这些扰动在接通电源瞬间会引起电路电流的突变（如晶体管b i 或c i 突变），这些突变扰动的电流均具有很宽的频谱，由于集电极LC 并联谐振回路的选频作用，其中只有角频率为谐振角频率o ω的分量才能在谐振回路两端产生较大的电压()o o u j ω。通过反馈后，加到放大器输入端的反馈电压()f o u j ω与原输入电压()i o u j ω同相，并且有

更大的振幅，则经过线性放大和正反馈的不断循环，振荡电压振幅会不断增大。故要使振荡器在接通电源后振荡幅度能从小到大增长的条件是：

()()()()f o o i o i o u j T j u j u j ωωωω=>

即： ()1o T j ω> ……起振条件 （2）振荡幅度的增长过程不可能无休止地延续下去。随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区截止区，其增益逐渐下降。当因放大器增益下降而导致环路增益下降至1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。故平衡条件为：

()1o T j ω=

（3）振荡器在工作过程中，不可避免地要受到各种外界因素变化的影响，如电源电压波动、噪声干扰等。这些会破坏原来的平衡条件。如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器能产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态，则表明原平衡状态是稳定的。振荡器在其平衡点须具有阻止振幅变化、相位变化的能力，因此：