通信电路与系统实验一

班级： 05111104 学号： 1120111244 姓名： 李伟奇 桌号：

实验一 电容反馈三点式振荡器的实验研究

一、实验目的

1．通过实验深入理解电容反馈三点式振荡器的工作原理，熟悉改进型电容反馈三点式振荡器的构成及电路各元件作用；

2．研究在不同的静态工作点时，对振荡器起振、振荡幅度和振荡波形的影响； 3．学习使用示波器和数字式频率计测量高频振荡器振荡频率的方法； 4．观察电源电压和负载变化对振荡幅度、频率及频率稳定性的影响。

二、实验原理

电容反馈三点式振荡器的基本原理电路(考比兹振荡器)如图2-1(a)所示。由图可知，反馈电压由C1和C2分压得到，反馈系数为

B?起振的幅度条件为

C1 (2-1)

C1?C21gp(忽略三极管ge) (2-2) Bgm?其中，gm为晶体管跨导，gp为振荡回路的等效谐振电导。图2-1(a)所示等效电路中的回路总电容为

C?振荡频率近似为

fg?C1?C2 (2-3)

C1?C212?LC (2-4)

当外界条件(如温度等)发生变化时，振荡回路元件及晶体管结电容要发生变化，从而使得振荡频率发生漂移。因此，为了改善普通电容反馈三点式振荡器的频稳度，可在振荡回路中引入串接电容C3，如图2-1(b)所示，当满足C3<< C1、C2时，C3明显减弱了晶体管与振荡回路的耦合程度。为了得到较宽的波段覆盖效果，引入并联电容C4(它和C3为同一个数量级)，回路总电容近似为C≈C3+C4。这种改进型电容反馈振荡器称为西勒电路，其振荡频率为

fg?1 (2-5)

2?L(C3?C4)当改变C4调节fg时，振荡器的反馈系数不会受显著影响。

C3 C1 C1 L

C2 C2 C4 L

(a)

(b)

图2-1 电容反馈三点式振荡器的交流等效电路图

三、实验电路说明

本实验电路采用西勒振荡器，如图2-2所示。由图可知，电容C1、C2、C3、C4和电感L1组成振荡回路。晶体管VT1的集电极直流负载为RC，偏置电路由R1、R2、W1和Re构成，改变电位器W1可改变VT1的静态工作点。静态电流的选择既要保证振荡处于截止平衡状态，也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。晶体管VT2与R3、R4组成一级起隔离作用的射随器。另外，为了用频率计(输入阻抗为50Ω)测量振荡器工作频率时不影响

①

VT1

②

③

VT2

④ ⑤

图2-2 改进型电容反馈振荡器实验电路

电路的正常工作，接入了电阻R7(1kΩ)。图中振荡器的交流负载实验电阻为R5、R6。

四、实验仪器及设备

1．直流稳压电源 2．数字示波器 3．数字式频率计

SS3323型

DSO-X2012A型 F1000型 1台 1台 1台

4．数字万用表 5．实验电路板 DT9202A型 1台 1块

五、实验内容

1．晶体管静态工作点不同时对振荡器输出幅度和波形的影响

(1)接通+12V电源，调节电位器W1使振荡器振荡，此时用示波器在④点刚好观察到不失真的正弦电压波形(负载电阻R5或R6暂不接入)。 探头 f（MHz） UO（mV） 8.03 3000 ?10

?1 8 1155 t～UO曲线： 问：比较探头*1和*10测得的数值哪个更 接近真实值，为什么？

*10测得的数值更接近真实值。 由于探头的*1和*10分布电容的区别， 因实验中信号输出阻抗较高，故采用*10 探头，可获得更高的输入阻抗，从而提高 了测量精度，更接近了真实值。

(2)调节W1使振荡管静态工作点电流IeQ在0.5～4mA之间变化(用万用表测量射极电阻Re两端电压，计算出相应电流近似为IeQ大小，至少取5个点)，用示波器测量并记录下④点的幅度与波形变化情况，绘制出IeQ～u0曲线图。分析静态工作点过大和过小为什么都不振荡。 IeQ（mA） u0（mV） IeQ～u0曲线： 1 0.7 525 2 1.2 1145 3 1.68 1670 4 2.20 2190 5 2.78 2815 6 3.72 2755 结果分析：当电路的静态工作点偏小时，其直流偏置小，会使晶体管工作在截止区域，导致振荡，电路不满足起振条件。同样当静态工作点选择得太高时，会使静态管过早进入饱和区，导致三极管的gm 开始变小，Au0=Gm/Gp，变小会使放大电路的增益变小，从而导致不能正常起振

2．外界条件发生变化时对振荡频率的影响及正确测量振荡频率

(1)选择一合适的IeQ(1～2mA)，使振荡器正常工作，在④点上测量，从示波器上读出频率和幅度，再测量③点和⑤点，分别读出振荡器的振荡幅度和频率，分析上述几点的频率和幅度为何不同。（问题：在⑤点和③点用频率计(或示波器)所测得频率不同是什么原因？哪一点测得的结果更准确？） IeQ（mA）

f（MHz） ③点 ④点 ⑤点 ③点 UO（mV） ④点 ⑤点

1.48 7.94 8 8 510 1455 790 结果分析： 频率和幅值不同的原因：

由于示波器的探头存在分布电容的缘故，实验中使用X10的探头，那么探头与地之间的分布电容会有10pF到15pF左右，同时由于晶体管内部的结电容影响，也会使3点和4点之间的电容有差别。由于3点后面总的电容与3点和地之间是并联的关系，所以总的电容减小，电路振荡频率变大。另一方面，由于射随级中输入电阻的存在，相当于并联了一个负载电阻，这将导致电路总的电导Gp减小，由增益放大的公式Au0=Gm/Gp可以知道Gp减小则放大倍数增大，导致输出振幅增大。

(2)用数字式频率计(以kHz为单位，测到小数点后面第二位有效数字)重测，试比较在③点测量和在⑤点测量有何不同？为什么？用数字式频率计测量⑤点，可每10秒钟左右记录一次频率值，至少记录5次，计算出振荡器频稳度的数量级。 ③点f（MHz） ⑤点f（MHz） 1 2 3 4 5 7.94 7.93826 7.93829 7.93828 7.93830 7.93828 结果分析： 实验中3点和第5点的差别主要在于5点接在射随级的后面，由于数字式频率计可以避免示波器的探头上的分布电容的影响，所以两点的差别主要在于5点处还要算上晶体管be之间的结电容（大约为4~6pF）。由于3点后面总的电容与前面属于并联的关系，所以依据振荡电路振荡频率的计算公式 fg=9.19mhz，而实际测量为8MHz左右），当下公式计算：

减小，则

（在忽略C1和C2时算出 增大。振荡器的频稳度由以

(3)将不同负载电阻(R5和R6)分别接入电路，调节W1，用示波器在④点观察，看能否起振，记录输出振幅和波形的变化，若不起振，分析是什么原因。 IeQ（mA） ④点f（MHz） 不接负载 R5 R6 ④点UO（mV） 不接负载 R5 R6 2.95 8 4.75 2975 885 不起振 不起振 结果分析：当负载为2k时不起振的原因：起振应该满足两个条件，一个是相位条件，必须为2npi；另一个则是放大倍数与反馈系数之乘积必须大于1，即 。根据电

路分析可以知道Au0=Gm/Gp ，其中Gp为电路的固有电导和负载电导之和。当负载变小时，Gp变大，导致Au0 变小，使得振荡电路不再满足 的条件，所以当负载较小时电路不再起振。

(4)将负载断开，改变电源电压VCC分别为+6V、+8V、+10V、+12V、+14V、+16V、+18V，保持振荡器一合适的静态工作点不变，用示波器测量④点，并记录振荡器输出振幅、波形和频率的变化。 IeQ（mA） f（MHz） UO（mV） 是否失真 +6V 6.78 21 是 +8V 6.41 16 是 +10V 7.97 2615 否 +12V 8 2895 否 +14V 7.97 2995 否 +16V 8 3035 否 +18V 8 3035 否 结果分析：当Vcc=+6、+8v时，均无法使振荡器起振，继续增大Vcc，振荡器起振，并且振荡频率基本不变，而输出振幅U0随Vcc程增大趋势。

六、实验报告要求

1．画出实验电路的交流等效电路，当取C1=180pF，C2=330pF，L1=10μH时(图2-2中已给出C3，C4为10pF电容)，计算振荡频率fg、反馈系数B各等于何值？

2．若接通电源后发现振荡器并未起振，试估计可能是哪些原因造成的？如何解决？

3．若③点波形正常但幅度太大，问④点波形会不会出现失真？为什么？

不会出现失真。此时三极管处于放大区，4点能同步震荡，因为基极到Vtt有电阻R3,集电极至Vcc无电阻,故Uc>Ub>Ue,此时三极管工作在放大状态，故4点波形不会出现失真。

4．有何心得体会及对实验的改进建议？

通过这次实验，我加深了对通信电路系统这门课的了解，比如对高频电子电路有了更深层次的掌握，熟悉了高频电路实验箱的组成和其中电路的各元件的作用，深入理解了电容反馈三点式的工作原理，熟悉了电容反馈三点式振荡器的构成，在实验的过程中，对于不同静态工作点对振荡器的起振、振荡幅度和振荡波形的影响中的调试波形时，比较困难，通过看书中了解了影响振荡器起振、波形和频率的各种因素之后，再通过不断的调试，最终还是解决了这个问题。在调试中用示波器和频率计测量高频率振荡器并且观察了电源电压和负载变化对震荡幅度和振荡频率及频率稳定性的影响。对实验数据的总结，是我觉得在这个实验中最困难的部分，通过对数据的处理更加深了我对实验的了解。

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