LC、晶体正弦波振荡电子回路实验
一、 实验目的
10． 进一步学习掌控把握掌控把握正弦波振荡电子回路的相关课程课程理论。
11． 掌控把握电容三点式LC振荡电子回路的基础原理，熟悉其各元件功能；熟悉静态作业点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响。
12． 对比LC振荡器和晶体振荡器频率平稳度，深入对晶体振荡器频率平稳高的原因理解。
二、实验使用仪表器具
1．LC、晶体正弦波振荡电子回路实验板
2．20MH双踪示波器
3. 万用表
三、实验基础原理与电子回路
1. LC振荡电子回路的基础原理
ＬＣ振荡器实质上是适用振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡线路是由ＬＣ元件构成的。从交流ACAC等效电子回路可知：由ＬＣ振荡线路引出三个端子，分别接振荡管的三个电极，而包括反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压（V）取自分压电感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压（V）取自分压电容，则称为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。
在几种基础高频振荡线路中，电容反馈ＬＣ振荡器设定有良好的振荡波动线和平稳度，电子回路形式简便，适于在较高的频段作业，尤其是以晶体管极间分布电容包括反馈支路时其振荡频率可多达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。
普通电容三点式振荡器的振荡频率不仅与谐振线路的LC元件的值有关，而而且还与晶体管的写入电容
以及输出电容
有关。当作业环境改变或更换管子时，振荡频率及其平稳性就要受到影响。为减小
、
的影响，提升振荡器的频率平稳度，提出了改进型电容三点式振荡电子回路——串联改进型克拉泼电子回路、并联改进型西勒电子回路，分别如图4-1和4-2所示。
串联改进型电容三点式振荡电子回路——克拉泼电子回路
振荡频率为：
其中
由下式决定
选
，
时，
，振荡频率
可近似写成
这就使
几乎与
和
值无关，提升了频率平稳度。
振荡幅度取决于折合到晶体管
端的电阻
，可以推出：
由上式看出，
、
过大时，
变得很小，放大器电压（V）增益降低，振幅下降。还可看出，
同振荡器
的三次方成反比，当减小
以提升频率
时，
的值急剧下降，振荡幅度显著下降，甚至会停振。另外，用作频率可调的振荡器时，振荡幅度随频率多加而下降，在波段界限内幅度不平稳，因此，频率覆盖系数（在频率可调的振荡器中，高端频率和低端频率之比称为频率覆盖系数）不大，约为
。
并联改进型电容三点式振荡电子回路——西勒电子回路线路谐振频率
为
其中，线路总电容
为
选
，
时，
，这就使
值几乎与
和
无关，提升了频率平稳度。
折合到晶体管输出端的谐振电阻
是
其中接入系数
和
无关，当改变
时，
、
、
全部是常数，则
仅随
一次方增长，易于起振，振荡幅度多加，使在波段界限内幅度对比平稳，频率覆盖系数较大，可达1.6~1.8。另外，西勒电子回路频率平稳性好，振荡频率可以较高。
2. 晶体振荡电子回路的基础原理
石英晶体振荡器就是以石英晶体谐振器取代
振荡器中包括谐振线路的电感，电容元件所构成的正弦波振荡器，它的频率平稳度可达
到
数量级，所以得到极为广泛的应用。它之所以设定有极高的频率平稳度，其关键是应用了石英晶体这种设定有高Q值的谐振元件。
由石英谐振器（石英晶体振子）包括的振荡电子回路通常叫"晶振电子回路"。从晶体在电子回路中的作用来看分两类：一类是作业在晶体并联谐振频率附近，晶体等效为电感的现象，叫做"并联晶振电子回路"。另一类是作业在晶体串联谐振频率附近，晶体近于短路的现象，叫做"串联晶振电子回路"。
本实验应用"并联晶振电子回路"这种电子回路由晶体与外接电容器或线圈包括并联谐振线路，按三点线路的连接原则构成振荡器，晶体等效为电感。在课程课程理论上可以包括三种类型基础电子回路，但在实际应用中常用的是如图4-3所示的电子回路，称"皮尔斯"电子回路。这种电子回路不需外接线圈，而而且频率平稳度较高。
图4-3 并联晶体振荡器原理电子回路图 4--4 并联晶体振荡器实例
图4-4给出了这种电子回路的实例。这里，晶体等效为电感，晶体与外接电容（含有概括4.5／20pF与20pF两个小电容）和
、
构成并联线路，其振荡频率应落在
与
之间。
图4-5是图4-4 中谐振线路的等效电子回路。
该谐振线路的电感就是
，而谐振线路的总电容
应由
、
及外接电容
、
、
结合而成。
由下式决定，即
图4-5 图4-4中谐振线路的等效电子回路
选用电容时，
，
，因此上式可近似为
所以
总是处在
与
两频率之间，调动
可使
产生很微小的变动。无论怎样调动
，
总是处于晶体
与
的两频率之间。但是，只有在
附近，晶体才设定有并联谐振线路的特别点
3.实验电子回路
LC、晶体正弦波振荡电子回路实验电子回路如图4-6。断开J1、连接J2、J3包括LC西勒电子回路振荡电子回路；断开J2、连接J1、J3包括并联型晶体正弦波振荡电子回路。
图4-6 LC、晶体正弦波振荡电子回路实验电子回路
四、实验内容
1．LC振荡器功能测量试验。
2．并联晶体振荡器功能测量试验
3．LC振荡器和晶体振荡器功能对比。
五、实验步骤
1．LC振荡器功能测量试验
在实验箱主板上插上
LC、晶体正弦波振荡电子回路实验模型块。接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。断开J1、连接J2、J3包括LC西勒振荡电子回路。
（1）测量试验静态作业点改变对振荡器作业状态的影响
调节RW1，由TP1测量试验T1发射极电流（A），查看发射极电流（A）改变对振荡频率和幅度的影响。（R4=1K）。
IEQ(mA)＝V（TP1）/R4
表4-1静态作业点改变对振荡器作业的影响
（2）振荡器频率界限的测量
用小起子调节微调电容CV1值（2/25p），同时用频率计在OUT端测量输出振荡信号的频率值，查看振荡频率的改变。
（注意微调电容表面扇形镀银部分，从相对另一引出脚最近到最远，每转动180度即完成容量（KV）最大到最小的全过程，多旋动是没有意义的，只会加快速度元件的磨损）
表4-2 振荡器频率界限的测量
（3）反馈系数对振荡器作业状态的影响
J3、J4、J5不一样结合可包括多种反馈系数，查看反馈系数对振荡器作业状态的影响。
表4-3 反馈系数对振荡器作业状态的影响
( 注 C1:100p C4:100p C5：200p C6:200p)
（4）频率平稳度的测量
（a） 短期频率平稳度的测量
用频率计在OUT端测量振荡频率，查看１分钟左右振荡频率f
０的改变现象，并记录两个频率值f
０１（开始值），f
０２（最大改变值）。计算ＬＣ振荡器的短期频率平稳度Δf
０／f
０
表4-4短期频率平稳度的测量
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f０１（开始值MHz） |
f０２（最大改变值MHz） |
短期频率平稳度Δf０／f０ |
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（b） 查看温度（℃）改变对振荡频率的影响。（若无电吹风，可不作该实验）
用电吹风在距电子回路15cm处对着电子回路吹热风，用频率计在OUT端测量振荡频率，查看１分钟左右振荡频率f
０的改变现象，
表4-4短期频率平稳度的测量
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室温f０１ MHz |
加温后f０２ MHz |
频率平稳平稳度Δf０／f０ |
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2．晶体正弦波振荡器功能测量试验
在实验箱主板上插上LC、晶体正弦波振荡电子回路实验模型块。接通实验箱上电源开关电源指标灯点亮。断开J2、连接J1、J3包括LC晶体并联振荡电子回路。
（1）测量试验静态作业点改变对振荡器作业状态的影响
调节RW1，由TP1测量试验T1发射极电流（A），查看发射极电流（A）改变对振荡频率和幅度的影响。（R4=1K）。
表4-1静态作业点改变对振荡器作业的影响
（2）振荡器频率界限的测量
用小起子调节微调电容CV1值（2/25p），同时用频率计在OUT端测量输出振荡信号的频率值，查看振荡频率的改变。
表4-2 振荡器频率界限的测量
（3）反馈系数对振荡器作业状态的影响
J3、J4、J5不一样结合可包括多种反馈系数，查看反馈系数对振荡器作业状态的影响。
表4-3 反馈系数对振荡器作业状态的影响
( 注 C1:100p C4:100p C5:200p C6:200p)
（4）频率平稳度的测量
（a） 短期频率平稳度的测量
用频率计在OUT端测量振荡频率，查看１分钟左右振荡频率f
０的改变现象，并记录两个频率值f
０１（开始值），f
０２（最大改变值）。计算ＬＣ振荡器的短期频率平稳度Δf
０／f
０
表4-4短期频率平稳度的测量
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f０１（开始值MHz） |
f０２（最大改变值MHz） |
短期频率平稳度Δf０／f０ |
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（b） 查看温度（℃）改变对振荡频率的影响。（若无电吹风，可不作该实验）
用电吹风在距电子回路15cm处对着电子回路吹热风，用频率计在OUT端测量振荡频率，查看１分钟左右振荡频率f
０的改变现象，
表4-4短期频率平稳度的测量
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室温f０１ MHz |
加温后f０２ MHz |
频率平稳平稳度Δf０／f０ |
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六、实验报告要求
1．整理按实验步骤所得的数值，测绘制作记录的波动线
2．画出作业点和反馈系数对LC振荡器和晶体振荡器振荡频率和幅值的影响弯弯曲线 ，对比两者的区别。
3．总结由本实验所获取的体会。
