第6章 调谐放大器和正弦波振荡器
第6章调谐放大器和正弦波振荡器
本章重点
1．了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。
2．理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。
3．掌握变压器耦合及三点式LC振荡电路的工作原理及振荡频率。
4．了解石英晶体振荡电路。
本章难点
1．调谐放大器的选频能力。
2．正弦波振荡电路的振荡条件。
学时分配
序号内容学时
1 6.1调谐放大器 2
2 6.2正弦波振荡器 6
3 实验九调谐放大器 2
4 实验十LC正弦波振荡器 2
5 本章小结与习题
6 本章总学时12
6.1调谐放大器
调谐放大器：具有选频放大能力的放大电路。
电路特点：LC谐振回路作负载。
应用：无线电发射和接收设备。
6.1.1.调谐放大器的工作原理
动画调谐放大器的工作原理
一、LC并联电路
图6.1.1所示。R为并联电路损耗电阻。
图6.1.1 LC并联电路1．阻抗频率特性
图6.1.2(a)所示。它表示了LC并联电路的阻抗Z与信号频
率f之间的变化关系。当f = f0时，LC并联电路发生谐振，阻抗最大。当f < f0或f > f0时，电
路失谐，阻抗很小。因此，f 0称为谐振频率，又称固有频率，即
LC
f π=210 可见，元件L 、C 取定值时，谐振频率f 0是一个常数。
2．相位频率特性
图6.1.2(b )所示。它表示了LC 并联电路两端电
压v 和流进并联电路电流i 之间的相位角之差 ?与
信号频率f 之间的变化关系。
当f = f 0时，? = 0，电路呈纯阻性；
当f < f 0时，? > 0，电路呈感性；
当f > f 0时，? < 0，电路呈容性；
可见，LC 并联电路随信号频率的变化呈现不同的性质。
3．选频特性
阻频特性和相频特性统称为LC 并联电路的频率特性。
它说明了LC 并联电路具有区别不同频率信号的能力，即
具有选频特性。如图6.1.3所示。
品质因数为 R L f R L R X Q L 002π===ω 它表征了LC 并联电路选频特性的好坏。
实验和理论证明：
R 越小，Q 值越大，曲线越尖锐，电路选频能力越强；
R 越大，Q 值越小，曲线越平坦，电路选频能力越差。
LC 并联电路的Q 值，一般在几十到一二百之间。
4．选频放大器
图6.1.4(a )所示。电路特点是利用LC 并联电路作为负载，因此放大电路具有选频放大能力。
工作原理：当信号频率等于谐振频率时，即f = f 0，放大器输出电压最大；放大倍数A VO 最大。如图6.1.4(b )所示。这种表示选频放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线。
图6.1.4 选频放大器原理 图6.1.5 单回路调谐放大器
图6.1.3 阻频特性与Q 值关系
图6.1.2 LC 并联电路的频率特性
6.1.2 两种基本的调谐放大电路
一、单回路调谐放大器
单回路调谐放大器如图6.1.5所示。
工作原理：输入信号v i经T1通过C b和C e送到晶体管的b、e极之间，放大后的信号经LC谐振电路选频由T2耦合输出。
电感抽头和变压器的作用是减少外界对谐振回路的影响，保证有高的Q值。
单回路调谐放大器的通频带和选择性取决于图6.1.4(b)谐振曲线，它与理想的矩形谐振曲线比相差甚远，因此这种电路只能用于通频带和选择性要求不高的场合。
电路优点：调整方便、工作稳定；缺点：失真大。
二、双回路调谐放大器
图6.1.6所示。电路特点是集电极负载采用两个谐振回路，利用它们之间的耦合强弱来改善通频带和选择性。
1．互感耦合
图6.1.6(a)所示。电路特点是双调谐回路依靠互感实现耦合。调节L1、L2之间的距离或磁芯的位置，改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。
工作原理：假定L1C1和L2C2调谐在信号频率上，输入信号v i通过T1送到V时，集电极信号电流经L1C1产生并联谐振。此时，由于互感耦合，L1中的电流在L2C2回路电感的抽头处产生很大的输出电压v o。
2．电容耦合
图6.1.6(b)所示。电路特点是通过外接电容C k实现两个调谐回路之间的耦合，改变C k 的大小就可改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。
图6.1.6 双回路调谐放大器图6.1.7 双回路调谐的谐振曲线
3．选择性和通频带与耦合程度的关系：
如图6.1.7(a)所示。
(1)弱耦合时，谐振曲线出现单峰；
(2) 强耦合时，谐振曲线出现双峰，中心频率f0处下凹的程度与耦合强度成正比；
(3)临界耦合时，谐振曲线也呈单峰，但中心频率f0处曲线较平坦。
可见，谐振曲线在临界耦合时，与理想的矩形谐振曲线很接近。
结论，双回路调谐放大器有较好的通频带和选择性，所以应用广泛。
6.2 正弦波振荡器
正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。
6.2.1 自激振荡的工作原理
动画 自激振荡的工作原理
一、LC 回路中的自由振荡
如图6.2.1(a )所示。
自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。
阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图6.2.1(b )所示。 等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图6.2.1(c )所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即
LC
f π=210 (6.2.1)
图6.2.1 LC 回路中的电振荡
二、自激振荡的条件
振荡电路如图6.2.2所示。
振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。
1．相位平衡条件
反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180? 的偶数倍，即
? = 2n π (6.2.2) 其中，? 为v f 与v i 的相位差，n 是整数。v i 、v o 、v f 的相互关系参见图6.2.3。
2.振幅平衡条件
反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即
A V F = 1 (6.2.3)
图6.2.2 变调谐放大器为振荡器 图6.2.3 自激振荡器方框图
三、自激振荡建立过程
自激振荡器：在图6.2.2中，去掉信号源，把开关S和点“2”相连所组成的电路。
自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入
端产生瞬间扰动信号v i，振荡管V产生集电极电流
i C，因i C具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。
经LC并联电路选出频率为f0的信号，由输出端输
出v o，同时通过反馈电路回送到输入端，经过放大、
选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由
弱到强的建立起来。当信号幅度进入管子非线性区
域后，放大器的放大倍数降低到 A V F = 1时，振幅
不再增加，自动维持等幅振荡。如图6.2.4所示。
[例6.2.1]判断图6.2.5(a)所示电路能否产生
自激振荡。
解(1)振幅条件：因V基极偏置电阻R b2被反馈线圈L f短路接地，使V处于截止状态，故电路不能起振。
(2)相位条件：采用瞬时极性法，设V基极电位为“正”，根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为“负”，于是L同名端为“正”，根据同名端的定义得知，L f同名端也为“正”，则反馈电压极性为“负”。显然，电路不能自激振荡。
如果把图6.2.5(a)改成图(b)。因隔直电容C b避免了R b2被反馈线圈L f短路，同时反馈电压极性为“正”，电路满足振幅平衡和相位平衡条件，所以电路能产生自激振荡。
图6.2.5 自激振荡的判别图6.2.6 共发射极变压器耦合振荡器
6.2.2 LC振荡器
一、变压器耦合式LC振荡器
电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。常用的有以下两种。
1．共发射极变压器耦合LC振荡器
(1)电路结构
图6.2.4 振荡的建立过程
如图6.2.6(a )所示。图中V 为振荡放大管，电阻R 1、R 2、R 3为分压式稳定工作点偏置电路，C 1、C 2为旁路电容，LC 并联回路为选频振荡回路，L 3-4为反馈线圈，L 7-8为振荡信号输出端，电位器R P 和电容C 1组成反馈量控制电路。
(2) 工作原理
交流通路如图6.2.6(b )所示。对频率f = f 0的信号，LC 选频振荡回路呈纯阻性，此时o
v '和v f ，反相，即φ1 = 180o。输出电压v o '再通过反馈线圈L 3-4，使4端为正电位，即f v '与o
v '的φ2= 180o。于是?=?+?=+36018018021??，保证了正反馈，满足了相位条件。如果电路具有足够大的放大倍数，满足振幅条件，电路就能振荡。调节R P 可改变输出幅度。
2．共基极变压器耦合LC 振荡器
(1) 电路结构
如图6.2.7(a )所示。图中V 为振荡放大管，
电阻R 1、R 2、R 3为分压式稳定工作点偏置电路，
C 1为基极旁路电容，C 2为隔直耦合电容，L 2
为反馈线圈，L 与C 串联组成选频振荡电路。
(2) 工作原理
交流通路如图6.2.7(b )所示。接通电源瞬
间，LC 回路振荡电压加到管子基射之间，形成
输入电压，经V 放大后，输出信号经反馈线圈
L 2与L 之间的互感耦合反馈到管子基射之间，
若形成正反馈。在满足振幅平衡条件下，电路产生振荡。
综上分析，变压器反馈电路的反馈强度，可通过L 2与L 1之间的距离来调节。变压器耦合振荡电路的振荡频率为
LC f π=
210 (6.2.4)
若调节L 、C ，可改变振荡频率。
二、三点式LC 振荡电路
电路特点：LC 振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。
图6.2.8 电感三点式振荡器 图6.2.9 电容三点式振荡器 1．电感三点式振荡器
电路如图6.2.8(a )，交流通路如图6.2.8(b )所示。
图6.2.7 共基极变压器耦合振荡电路
相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”，此时2端电位低于1端而高于3端，即v f 与v o 反相，经倒相放大后，形成正反馈，即满足相位条件。
振幅条件：适当选择Ｌ2和Ｌ1的比值。使1>F A V ，满足振幅条件。电路就能振荡。 由于反馈电压v f 取自Ｌ2两端，故改变线圈抽头位置，可调节振荡器的输出幅度。Ｌ2越大，反馈越强，振荡输出越大，反之，Ｌ2越小，反馈越小，不易起振。
电路振荡频率为
C M L L LC f )2(21
21
21++π=π= (6.2.5)
其中M 是Ｌ1与Ｌ2之间的互感系数。
优点：振荡频率很高，一般可达到几十兆赫；缺点：波形失真较大。
2．电容三点式振荡器
电容三点式振荡器电路如图6.2.9(a )所示，交流通路如图6.2.9(b )所示。
相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”。此电压经Ｃ1、Ｃ2分压后，2端电位低于1端而高于3端，即v f 与v o 反相，经V 倒相放大后，使1端获“+”电位，形成正反馈，满足相位条件。
振幅条件：适当的选择Ｃ1、Ｃ2的数值，使电路具有足够大的放大倍数，电路可产生振荡。
电路振荡频率为
C L f '
π≈21
0 (6.2.6)
而 2121C C C C C +=' 电路特点：频率较高，可达100 MHz 以上。优点：输出波形好。缺点：调节频率不方便。
3．改进的电容三点式振荡器
改进的电容三点式交流通路
如图 6.2.10(a )所示。图中，C i
和C o 分别是三极管的输入和输
出电容，其数值随温度而变化，
直接影响LC 回路的振荡频率。
为此，取C 1 >> C o ，C 2 >> C i ，以
减小C i 和C o 对振荡频率的影响，
提高其稳定性。由于C 1 、C 2的
增大，会导致Q 值下降，加之调节振荡频率时，必须同时改变C 1、C 2，实属困难。因
此，在LC 回路中的电感支路串入一小电容C 3，得到
改进的电容三点式振荡器如图6.2.10(c )所示，交流通
路如图6.2.10(b )所示，并且选取13C C <<，23C C <<。
这样，振荡频率f 0与C 1、C 2 、C i 、C o 基本无关，只
取决于C 3和L ，振荡频率为
图6.2.10 改进的电容三点式振荡器 图6.2.11 石英晶体谐振器结构示意图
3
02
1
LC
f
π
≈ (6.2.7)
电路特点：振荡波形好，频率比较稳定。
缺点：调节C3时，输出信号幅度会随频率增大而降低。
6.2.3石英晶体振荡器
电路特点：频率稳定度高，可达10-6 ~ 10-11量级。
一、石英晶体的基本特性及其等效电路
1．压电效应
石英晶体谐振器如图6.2.11所示。它是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板，引出两个电极，加以封装所构成。
压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。如图6.2.12(a)所示。
压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的振荡频率。图6.2.12(b)所示。
图6.2.12 压电效应和谐振现象图6.2.13 石英晶体谐振器2．符号和等效电路
符号如图6.2.13(a)所示。当晶体不振动时，可用静态电容C O来等效，一般约为几个皮法到几十皮法；当晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般为10-3~10-2H；晶片的弹性可用电容C来等效，一般为10-2 ~ 10-1 pF；晶片振动时的损耗用R来等效，阻值约
为102 Ω。由
C
L
R
Q
1
=可知，品质因数Q很大，可达104 ~ 106。加之晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，其精度高而稳定。所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。等效电路如图6.2.13(b)所示，它有两个谐振频率。
(1) 当L、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小，串联谐振频率为
LC
f
π
=
2
1
S
(6.2.8)
(2) 当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为
1
2
1
C
C
f
C
C
CC
L
f
S
P
+
≈
+
π
=(6.2.9)
由于C << C0，因此f s和f p两个频率非常接近。
图6.2.13(c)为石英晶体谐振器的电抗-频率特性，在f s和f p之间为感性，在此区域之外为
容性。
二、石英晶体振荡电路
1．并联型晶体振荡电路
图6.2.14(a)所示。振荡回路由C1、C2和晶体组成。其中，晶体起电感L的作用，等效电路如图6.2.14(b)所示。即振荡频率在晶体谐振器的f s与f p之间。由于回路电容是C1和C2串联后与C0并联，再与C串联，则回路电容为
)
(
)
(
C
C
C
C
C
C
+'
+
+'
。故振荡回路的谐振频率为
0)
(
2
1
C
C
C
C
C
LC
f
+'
+
+'
π
≈(6.2.10)
由于C
C
C'
+
<<
，则谐振频率近似为
s
02
1
f
LC
f=
π
≈
(6.2.11)
可见，振荡频率基本上取决于晶体的固
有频率f s。故其频率稳定度高。
2．串联型晶体振荡电路
如图6.2.15所示。晶体与电阻R串联构成正反馈电路。当振荡频率等于晶体的固有频率f s时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，电路满足自激振荡条件而振荡，其振荡频率为f0 = f s。否则不能振荡。调节电阻R可获得良好的正弦波输出。
图6.2.15 串联晶体振荡电路图6.2.16 集成运放LC正弦波振荡器
6.2.4用集成运算放大器组成的振荡电路
用集成运算放大器组成的振荡电路如图6.2.16所示。L和C构成选频网络与电阻R3组成正反馈支路；R1和R2组成负反馈支路。当电源接通后，集成运放输出信号经选频网络选出频率为
LC
f
π
=
2
1
o
的信号，从同相端输入，形成正反馈。输出端可输出频率较高的正弦波振荡信号，其信号幅度由电位器R3调节。
图6.2.14 并联型晶体振荡器
本章小结
1．调谐放大器是一种选频放大器。它利用LC并联谐振电路的选频特性在频率众多的信号中选出某一频率的信号加以放大。
2．调谐放大器有单回路调谐和双回路调谐两种基本电路。双回路调谐放大器可以在一定的频带内具有良好的选择性。
3．电路产生自激振荡必需同时满足相位平衡条件和振幅平衡条件。具体判别的关键为：电路必需是一个具有正反馈的正常放大电路。
4．正弦波振荡器实质上是具有正反馈的放大器，LC振荡器常用于高频振荡，石英晶体振荡器的频率稳定度很高。
5．LC振荡器有变压器耦合式和三点式。可以用集成运放组成LC振荡器。振荡器的种类很多，可分为正弦波和非正弦波两大类。各种振荡器都有各自的用途，它们的集成电路的形式广泛用于电子玩具、发声设备及石英电子钟等各个方面。
正弦波振荡器的设计
第一章 设计内容 第一节：设计题目：正弦波振荡电路的设计与实现 第二节：设计指标 振荡频率: f=7MHZ ； 频率稳定度:小时/105/30-?≤?f f ； 电源电压：V=12V ； 波形质量 较好； 第三节： 方案设计与选择 LC 振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器，电感反馈三点式振荡器，电容反馈三点式振荡器，其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。 所以选择电容反馈三点式振荡器是不容置疑的，而电容反馈三点式振荡器又分为考毕兹振荡器，克拉波振荡器，西勒振荡器。本次课程设计我们选择考毕兹振荡器,因为此振荡电路适用于较高的工作频率。 第二章 设计原理 第一节 自激振荡的工作原理 正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。 LC 回路中的自由振荡如图1(a)所示。 自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。 阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图1(b)所示。
等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图1(c) 所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即 LC f π= 210 图1 LC 回路中的电振荡 一、自激振荡的条件 振荡电路如图2所示。 振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。 1．相位平衡条件 反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180?的偶数倍，即 ?=2n π 。其中，? 为vf 与vi 的相位差，n 是整数。vi 、vo 、vf 的相互关系参见图3。 2.振幅平衡条件 反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即 AVF=1 图2 变调谐放大器为振荡器 图3 自激振荡器方框图 二、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图2中，去掉信号源，把开关S 和点“2”相连所组成的电路。
高频答案第五章
第五章 正弦波振荡器 5－1 把题图5－1所示几个互感反馈振荡器交流等效电路改画成实际电路，并注明变压器的同名端（极性）。 5－9 用相位平衡条件的判断规则说明题5－2所示几个三点振荡器交流等效电路中，哪个电路是正确的（可能振荡），哪个电路是错误的（不可能振荡）。 [解]： （a ）、（b ）、（c ）不能振荡。（d ）、（e ）、（f ）可能振荡，但（e ）应满足 11011C L g = >ωω （f ）应满足11221 1 C L C L > 使0201ωωω< 实验十四 RC 正弦波振荡器 一． 实验目的 1.掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理。 2.熟悉正弦波振荡器的测试方法。 3.观察RC 参数对振荡器的影响，学习振荡器频率的测定方法。 二． 实验仪器 双踪示波器 低频信号发生器 频率计 毫伏表 直流电源 三． 实验原理 正弦振荡电路一般包括两部分，放大电路A 和反馈网络F ，如图5-14-1所示。 由于振荡电路不需要外接输入信号，因此，通过反馈网络输出的反馈信号f X 就是基本放大电路的输入信号id X 。该信号经基本放大电路放大后，输出为0X ，若能使f X 和id X 大小相等，极性相同，构成正反馈电路，那么这个电路就能维持稳定的输出。因而，f X =id X 可引出正弦振荡条件。由方框图5-14-1可知： 0id X AX = 而0f X AX =当f id X X =时，则有 AF=1 上述条件可写成|AF|=1，称幅值平衡条件。 即放大倍数A 与反馈系数F 乘积的模为1，表明振荡电路已经达到稳幅振荡，但若要求电路能够自行振荡，开始时必须要求|AF|>1的起振条件。 由f X 与id X 极性相同，可得：1A B φφ+= 称相位平衡条件 即放大电路的相角和反馈网络的相角之和为2n π，其中n 为整数。 要使振荡电路输出确定频率的正弦波信号，电路还应包含选频网络和稳幅电路两部分。选频电路的作用使单一频率的信号满足振荡条件，稳幅电路能保证电路的输出幅度是稳定不失真的，这两部分电路通常可以是反馈网络，或放大电路的一部分。 RC 正弦振荡电路也称为文氏桥振荡电路。它的主要特点是利用RC 串并联网络作为选频和反馈网络。如图5-14-2所示： 第6章调谐放大器和正弦波振荡器 本章重点 1．了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。 2．理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。 3．掌握变压器耦合及三点式LC振荡电路的工作原理及振荡频率。 4．了解石英晶体振荡电路。 本章难点 1．调谐放大器的选频能力。 2．正弦波振荡电路的振荡条件。 学时分配 序号内容学时 1 6.1调谐放大器 2 2 6.2正弦波振荡器 6 3 实验九调谐放大器 2 4 实验十LC正弦波振荡器 2 5 本章小结与习题 6 本章总学时12 6.1调谐放大器 调谐放大器：具有选频放大能力的放大电路。 电路特点：LC谐振回路作负载。 应用：无线电发射和接收设备。 6.1.1.调谐放大器的工作原理 动画调谐放大器的工作原理 一、LC并联电路 图6.1.1所示。R为并联电路损耗电阻。 图6.1.1 LC并联电路1．阻抗频率特性 图6.1.2(a)所示。它表示了LC并联电路的阻抗Z与信号频 率f之间的变化关系。当f = f0时，LC并联电路发生谐振，阻抗最大。当f < f0或f > f0时，电 路失谐，阻抗很小。因此，f 0称为谐振频率，又称固有频率，即 LC f π=210 可见，元件L 、C 取定值时，谐振频率f 0是一个常数。 2．相位频率特性 图6.1.2(b )所示。它表示了LC 并联电路两端电 压v 和流进并联电路电流i 之间的相位角之差 ?与 信号频率f 之间的变化关系。 当f = f 0时，? = 0，电路呈纯阻性； 当f < f 0时，? > 0，电路呈感性； 当f > f 0时，? < 0，电路呈容性； 可见，LC 并联电路随信号频率的变化呈现不同的性质。 3．选频特性 阻频特性和相频特性统称为LC 并联电路的频率特性。 它说明了LC 并联电路具有区别不同频率信号的能力，即 具有选频特性。如图6.1.3所示。 品质因数为 R L f R L R X Q L 002π===ω 它表征了LC 并联电路选频特性的好坏。 实验和理论证明： R 越小，Q 值越大，曲线越尖锐，电路选频能力越强； R 越大，Q 值越小，曲线越平坦，电路选频能力越差。 LC 并联电路的Q 值，一般在几十到一二百之间。 4．选频放大器 图6.1.4(a )所示。电路特点是利用LC 并联电路作为负载，因此放大电路具有选频放大能力。 工作原理：当信号频率等于谐振频率时，即f = f 0，放大器输出电压最大；放大倍数A VO 最大。如图6.1.4(b )所示。这种表示选频放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线。 图6.1.4 选频放大器原理 图6.1.5 单回路调谐放大器 图6.1.3 阻频特性与Q 值关系 图6.1.2 LC 并联电路的频率特性 3-1 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什么？ 解：否。因为满足起振与平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素(T 、V CC )变化时，平衡条件受到破坏，若不满足稳定条件，振荡器不能回到平衡状态，导致停振。 3-2 一反馈振荡器，欲减小因温度变化而使平衡条件受到破坏，从而引起振荡振幅和振荡频率的变化，应增大 i osc )(V T ??ω和ω ω???) (T ，为什么？试描述如何通过自身调节建立新平衡状态的过程（振幅和相位）。 解：由振荡稳定条件知： 振幅稳定条件： 0) (iA i osc 3-5 试判断下图所示交流通路中，哪些可能产生振荡，哪些不能产生振荡。若能产生振荡，则说明属于哪种振荡电路。 解： (a) 不振。同名端接反，不满足正反馈； (b) 能振。变压器耦合反馈振荡器； . 太原理工大学现代科技学院 高频电子线路课程实验报告 专业班级信息13-1 学号2013101269 姓名 指导教师孙颖 实验名称 正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器） 专业班级 信息13-1 学号 2013100 姓名 0 成绩 实验2 正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器） 2-1 正弦波振荡器的基本工作原理 振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定的波形的交变振荡能量的装置。 正弦波振荡器在电子领域中有着广泛的应用。在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去。在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生的一个本地振荡信号，送入混频器，才能将高频信号变成中频信号。 振荡器的种类很多。从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。我们只讨论反馈式振荡器。根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器氛围正弦波振荡器和非正弦波振荡器。我们只介绍正弦波振荡器。 常用正弦波振荡器主要是由决定振荡频率的选项网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用的元件不同，正弦波振荡器可以分为LC 振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。 一、反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理 以互感反馈振荡器为例，分析反馈型正弦自激振荡器的基本原理，其原理电路如图2-1所示； 当开关K 接“1”时，信号源Vb 加到晶体管输入端，这就是一个调谐放大器电路，集电极回路得到 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线……………………………………… 实验2 正弦波振荡器（LC振荡器和晶体振荡器） 一．实验目的 1.掌握电容三点式LC振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2.掌握LC振荡器幅频特性的测量方法； 3.熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响； 4.了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。二．实验内容 1.用示波器观察LC振荡器和晶体振荡器输出波形，测量振荡器输出电压峰-峰值，并以频率计测量振荡频率； 2.测量LC振荡器的幅频特性； 3.测量电源电压变化对振荡器的影响； 4.观察并测量静态工作点变化对晶体振荡器工作的影响。 三．实验步骤 1.实验准备 插装好LC振荡器和晶体振荡器模块，接通实验箱电源，按下模块上电源开关，此时模块上电源指示灯点亮。 2.LC 振荡实验（为防止晶体振荡器对LC振荡器的影响，应使晶振停振，即将3W03顺时针调到底。） （1）西勒振荡电路幅频特性的测量 3K01拨至LC振荡器，示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3P02。调整电位器3W02，使输出最大。开关3K05拨至“P”，此时振荡电路为西勒电路。四位拨动开关3SW01分别控制3C06（10P）、3C07（50P）、3C08（100P）、3C09（200P）是否接入电路，开关往上拨为接通，往下拨为断开。四个开关接通的不同组合，可以控制电容的变化。例如开关“1”、“2”往上拨，其接入电路的电容为10P+50P=60P。按照表2-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰-峰值V P-P），并将测量结果记于表中。 表2-1 根据所测数据，分析振荡频率与电容变化有何关系，输出幅度与振荡频率有何关系，并 思考题与习题 3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什 么？ 解：不正确。因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。若不满足稳定条件，振荡起就不会回到 平衡状态，最终导致停振。 3.4 分析图3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？ 解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路 的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。 3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号 的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ 解：（1） 起振条件： 振幅起振条件 01A F > 相位起振条件 2A F n ??π+=（n=0,1,…） (2) 平衡条件： 振幅平衡条件 AF=1 相位平衡条件2A F n ??π+=（n=0,1,…） （3） 平衡的稳定条件： 振幅平衡的稳定条件 0A U ?是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平 衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。 相位起振条件和相位平衡条件都是2A F n ??π+=（n=0,1,…），它表明反馈是正反馈，是 构成反馈型振荡器的必要条件。 振幅平衡的稳定条件A ?/0U ?<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电 路参数发生变化引起A 、F 变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。相位平衡的稳定条件Z ??/ω?<0表示振荡回路的相移Z ?随频率增大而减小是负斜率。它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整A F ??+=YF Z ??+=0，保证振荡电路处于正反馈。 显然，上述三个条件均与电路参数有关。0A 是由放大器的参数决定，除于工作点eQ I 有关外，还与晶体管的参数有关，而反馈系数F 是由反馈元件的参数值有关。对电容三点式与反馈电容1C 、2C 有关，对于电感三点式与反馈电感有关。 3.8 反馈型LC 振荡器从起振到平衡，放大器的工作状态是怎样变化的？它与电路的哪些参 数有关？ 高频电子线路实验 随堂实验报告 学院计算机与电子信息学院 专业电子信息工程班级电信11-2 姓名梁景友学号 11034030223 指导教师谢胜 实验报告评分：_______ 正弦波振荡器仿真实验 实验目的： 1、进一步熟悉正弦波振荡器的组成原理； 2、观察输出波形，分析影响振荡器起振、稳定的条件； 3、比较改进型正弦波振荡器与克拉泼振荡器的性能，分析电路结构及元件参数的变化对振荡器性能的影响。 实验内容： 实验电路1：西勒振荡器 （1）设置各元件参数，打开仿真开关，从示波器上观察振荡波形，读出振荡频率f0，并作好记录。 （2）改变电容C7的容量，分别为最大或最小（100%或0%）时，观察振荡频率变化，并作好记录。 （3）改变电容C4的容量，分别为0.33μF和0.001μF，从示波器上观察起振情况和振荡波形的好坏（与C4为0.033μF时进行比较），并分析原因。 （4）将C4恢复为0.033μF，分别调节R P为最大和最小时，观察输出波形振幅的变化，并说明原因。 实验分析： 1、电路的直流电路图和交流电路图分别如下： （1）：直流通路图 （2）交流通路图 2、改变电容C 7的值时所测得的频率f 的值如下： （1）、当C4=0.033uF 时： C6=270pF 时，f=1/T=1000000/2.0208=494853.5HZ C6=470pF 时，f=1/T=1000000/2.4768=403746.8HZ C6=670pF 时，f=1/T=1000000/2.6880=372023.8HZ （2）、当C4=0.33uF 时： C6=270pF 时，f=1/T=1000000/30.5280=32756.8H C6=470uF 时，f=1/T=1000000/30.5921=32688.2HZ C6=670uF 时，f=1/T=1000000/30.4744=32814.4HZ 第六章 波形的产生与变换电路 6.1基本要求 1.熟练掌握正弦波振荡器产生振荡的相位平衡条件和幅值平衡条件。 2.熟练掌握桥式、变压器反馈式、三点式振荡器的结构、相位条件的判别和振荡频率的计算。 3.熟悉桥式振荡器的幅值条件，了解其稳幅措施。 4.了解石英晶体振荡器的工作原理。 5.熟练掌握各种比较器的结构、工作原理及参数的计算。 6.熟悉集成运放组成的方波、三角波、锯齿波发生器的工作原理和输出波形。 6.2 解答示例及解题技巧 题6-3解：（a ）不能产生正弦振荡。 此电路欲构成RC 桥式振荡器，桥式振荡器是由基本放大器和正反馈网络(同时具有选频功能)构成的。此电路中的运放与10k 、20k 电阻是基本放大器部分，应为负反馈放大器；RC 串并联网络是正反馈网络部分，应引正反馈（f =f 0时）至运放的同相输入端。但本电路中的放大器却构成了正反馈，而RC 串并联网络却引入了负反馈。所以不能产生正弦振荡。若将运放的反相输入端与同相输入端互换，便可以使基本放大器的相移ΦA =0o ，RC 串并联网络的相移ΦF =0（f =f 0时），从而满足振荡的相位条件ΦA +ΦF =0o 。 （b ）不能产生正弦振荡。 此电路欲构成RC 移相式振荡器。它的移相网络作为反馈网络，同时具有选频功能。但此电路中放大器部分是共基极放大器，ΦA =0o ，移相网络的相移ΦF 在0o ～270o 之间变化，其中当ΦF =0o 时，对应频率趋近无穷大，这意味着当频率趋近无穷时，电路才能满足振荡的相位条件ΦA +ΦF =0o ，显然是不可能做到的，所以不能产生正弦振荡。须将移相网络的反馈连线由BJT 的发射极改至基极，构成共射放大器，这样可以使ΦA =180o ，而在有限的频率范围内又可以在某一频率上得到ΦF =180o ，使 ΦA +ΦF =360o ，满足振荡的相位条件。 （c ）可以产生正弦振荡。 此电路构成了RC 桥式振荡器。其中的差放是基本放大器，RC 串并联网络是正反馈网络部分，由于ΦA =0o ，ΦF =0（f =f 0时），可以使ΦA +ΦF =0o ，所以能产生正弦振荡。 （d ）不能产生正弦振荡。 此电路欲构成RC 移相式振荡器。但放大器部分的输入端接错了位置。应将2R 电阻与移相网络的连线断开，改接至移相网络的最后一级RC 之间。另将移相网络的电阻R 下端接地。这样才可以构成正确的振荡电路，在这个电路中，ΦA =180o ，ΦF =180o （某频率上），可以使ΦA +ΦF =360o ，满足振荡的相位条件。 题6-4 解：（1）此电路为RC 桥式振荡器，当电路振荡时，RC 串并联网络的反馈系数为 3 1 。 rc正弦波振荡器测量数据试验报告 一、实验目的 1、学习RC正弦波振荡器的组成及其振荡条件; 2、学会测量、调试振荡器。 二、实验原理 从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大器。若用R、C元件组成选频网络，就称为RC振荡器，一般用来产生1HZ～1MHz的低频信号。 1、RC移相振荡器:电路如右图1所示，选择R>>Ri。 起振条件:放大器A的电压放大倍数|A|>29 电路特点:简便，但选频作用差，振幅不稳，频率调节不便，一般用于频率固定且稳定性要求不高的场合。 频率范围:几赫～数十千赫。 2、RC串并联网络(文氏桥)振荡器: 本实验电路图如下面的图2所示。 电路特点:可方便地连续改变振荡频率，便于加负反馈稳幅，容易得到良好的振荡波形。 3、双T选频网络振荡器:本实验电路如下图3所示: 电路特点:选频特性好，调频困难，适用于产生单-窄带频率的振荡。 三、实验器材 1、+12V直流电源； 2、函数信号发生器; 3、双踪示波器； 4、频率计; 5、直流电压表; 6、数字万用表； 7、15K电阻2个、103电容4个、10电位器1个。 四、实验内容 1、RC串并联选频网络振荡器: (1)按图2连接线路。 (2)断开RC串并联网络(即电路图A处断开)，Rw调到9-10K，测量放大器静态工作点Ie1(0.86毫安)、IE2(1.1毫安)及不失真电压放大倍数Ao(9倍，信号源500-1000HZ范围内)。 (3)关闭信号源，接通RC串并联网络(即电路图A处接通)，使电路起振，调小Rw，看停振现象。再调大Rw(顺时针拧)使刚好不失真，用示波器观测输出电压uo波形，并测量此情况下的电压放大倍数 A(3.2倍，要断开RC串并联网络测量)。 (4)用频率表测量振荡频率(893HZ)，并与计算值进行比较。 (5)两个电容C分别并联103电容，观察和记录振荡频率变化情况(520HZ)。 2、双T选频网络振荡器: (1)按图3组接线路。其中T2单级放大器由实验台上的“单级/负反馈两级放大器”的末级构成。 (2)断开双T网络(即电路图A处断开)，调Rw2使T2静态工作 第5章正弦波振荡器习题参考答案 5-2为什么晶体管LC振荡器总是采用固定偏置与自生偏置混合的偏置电路？ 答：晶体管LC振荡器采用固定的正向偏置是为了使振荡器起振时为软激励状态，在无需外加激励信号时就能起振，也不致停振。而采用自生反向偏置则可以稳幅。若两者不结合，则两者优点不可兼而有之。 5-6LC振荡器的静态工作点应如何选择？根据是什么？ 5-9试用相位条件的判断准则，判明题图5-1所示的LC振荡器交流等效电路，哪个可以振荡？哪个不可以振荡？或在什么条件下才能振荡？ 答：题图5-1（a）：可以起振。 题图5-1（b）：不能起振（晶体管be与bc电抗性质相同了）。 题图5-1（c）：考虑管子的极间电容C i时可能起振。 题图5-1（d）：当L2C2＞L1C1时可以起振。 5-12 试画出题图5-2各振荡器的交流等效电路，并判断哪些电路可以振荡？哪些电路不能产生振荡？若不能振荡，请改正。 答：题图5-2各振荡器的交流等效电路如图5-12所示。 5-14 已知某振荡器的电路如题图5-4所示，Lc是扼流圈，设L＝1.5μH，振荡频率为49.5MHz，试求： （1）说明各元件的作用； （2）画出交流等效电路； （3）求C 4的大小（忽略管子极间电容的影响）； （4）若电路不起振应如何解决？ 答：R b1、R b2是基极偏置电阻；R e 是射极偏置电阻；C 1、 C 2、C 3、C 4、L 是振荡回路的元件，C p 是输出耦合电路。 （2）交流等效电路如题图5-14所示。 （3） ()4321C C L f o +≈π ()4366105.121 105.49C C +?≈?-π 解得 ()pF C C 12431091.6-?=+ ()pF pF C 91.3391.64=-= （4）若电路不起振，可以改变偏置或加大C 3。 5-17 题图5-6（a ）（b ）分别为10MHz 和25MHz 的晶体振荡器。试画出交流等效电路，说明晶体在电路中的作用，并计算反馈系数。 答：题图5-6的交流等效电路分别如解题图5-17（a ）、（b ）所示，图5-17（a ）中晶体等效为电感，反馈系数，5.0300150 == F 图5-17（b ）中晶体等效为短路元件，反馈系数 16.027043 ==F 。 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 将开关S1 的1 拨下2 拨上，S2 全部断开，由晶体管N1 和C3、C10、C11、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。 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 振荡器输出通过耦合电容C5（10P）加到由N2组成的射极跟随器的输入端，因C5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。 五、实验步骤 1、根据图5-1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。 2）改变上偏置电位器W1，记下N1发射极电流Ieo(=Ve/R11 ，R11=1K)（将万用表红表笔接TP2，黑表笔接地测量VE），并用示波测量对应点TP4的振荡幅度VP-P，填于表5-1中，分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系。 表5-1 分析思路：静态电流ICQ会影响晶体管跨导gm，而放大倍数和gm是有关系的。在饱和状态下（ICQ过大），管子电压增益AV会下降，一般取ICQ=（1~5mA）为宜。 3、测量振荡器输出频率范围 将频率计接于P1处，改变CC1，用示波器从TP8观察波形及输出频率的变化情况，记录最高频 六、实验报告 7-1判断下面所述的正误 1. 串联型石英晶体振荡电路中，石英晶体相当于一个电感而起作用。（） 2. 电感三点式振荡器的输出波形比电容三点式振荡器的输出波形好。（） 3. 反馈式振荡器只要满足振幅条件就可以振荡。 （） 4. 串联型石英晶体振荡电路中，石英晶体相当于一个电感而起作用。（） 5. 放大器必须同时满足相位平衡条件和振幅条件才能产生自激振荡。（） 6. 正弦振荡器必须输入正弦信号。 （） 7. LC振荡器是靠负反馈来稳定振幅的。（） 8. 正弦波振荡器中如果没有选频网络，就不能引起自激振荡。（） 9. 反馈式正弦波振荡器是正反馈一个重要应用。 （） — 10. LC正弦波振荡器的振荡频率由反馈网络决定。 （） 11. 振荡器与放大器的主要区别之一是：放大器的输出信号与输入信号频率相同， 而振荡器一般不需要输入信号。 （） 12. 若某电路满足相位条件（正反馈），则一定能产生正弦波振荡。（） 13. 正弦波振荡器输出波形的振幅随着反馈系数F的增加而减小。（）7-2并联谐振回路和串联谐振回路在什么激励下（电压激励还是电流激励）才能产生负斜率的相频特性 解：并联谐振回路在电流激励下，回路端电压V 的频率特性才会产生负斜率的相频特性，如图(a)所示。串联谐振回路在电压激励下，回路电流I 的频率特性才会产生负斜率的相频特性，如图(b)所示。 7-3电路如题7-3图所示，试求解：(1)R W的下限值；(2)振荡频率的调节范围。 ^ 题7-3图 解：(1) 根据起振条件 ''2,2f W W R R R R k +>>Ω 故R w 的下限值为2k Ω。 (2) 振荡频率的最大值和最小值分别为 0max 11 1.62f kHz R C π= ≈， 0min 1211452()f Hz R R C π=≈+ 7-4 在题7-4图所示电路中，已知R 1=10k Ω，R 2=20k Ω，C = μF ，集成运放的最大输出电压幅 值为±12V ，二极管的动态电阻可忽略不计。(1)求出电路的振荡周期；(2)画出u O 和u C 的波形。 题7-6图 解7-6图 解：(1)振荡周期： 12()ln 3 3.3ms T R R C ≈+≈ (2)脉冲宽度：11ln 3 1.1T R C mS ≈≈ ) ∴u O 和u C 的波形如解7-6图所示。 7-5 试判断如图所示各RC 振荡电路中，哪些可能振荡，哪些不能振荡，并改正错误。图中， C B 、C C 、C E 、C S 对交流呈短路。 正弦波振荡器实验 一、实验目的 1、深入了解电容三点式、电感三点式和晶体振荡器的工作原理和性能特点； 2、掌握振荡器的频率稳定度、相位噪声等参数的意义及测量方法； 3、学习数字频率计的工作原理及使用方法； 4、学习频谱分析仪的工作原理及使用方法。 二、实验仪器 1、数字示波器 TDS210 0~60MHz 1台 2、数字频率计E312B1 0~1GHz 1台 3、频谱分析仪 GSP-827 0~2.7GHz 1台 4、直流稳压电源SS3323 0~30V 1台 5、实验电路板自制1块 三、实验电路 振荡器是通信及其他电子系统中不可或缺的一部分，其性能的好坏直接影响整个系统的性能。正弦波振荡器的电路形式比较多，各具特点，应用在不同的场合，本次实验选用三种典型的振荡电路：电容三点式、电感三点式和晶体振荡器。 1、电容三点式振荡器 电容三点式振荡器是一种常用的振荡器，它能够振荡的振荡频率高，甚至可达上千兆；震荡时的反馈信号取自电容两端而谐波小，使振荡波形较好；由于回路电容有两个，想通过改变电容来改变振荡频率不太方便。 电容三点式振荡器的电路原理图如图1所示，晶体管采用了共基极的接法，在相同条件下具有较好的频率特性，使振荡器能振荡在较高的频率上和具有较好的频率稳定度。 在对振荡器测量时，仪器的输入电阻和电容就会接入到振荡回路中，一般射频仪器还要求达到50Ω阻抗匹配，这些都会对振荡器产生影响，使振荡器的振荡频率和幅度在测量时发生改变甚至停振，无法准确测量。为了减小这种影响，在振荡电路后设计了射极跟随器，起到隔离和阻抗变换的作用，并且跟随器在与振荡器连接时接到带负载能力较强的发射极。 综合设计 正弦波振荡器的设计与测试 一．实验目的 1． 掌握运用Multisim 设计RC 振荡电路的设计方法 2． 掌握RC 正弦波振荡器的电路结构及其工作原理 3． 熟悉RC 正弦波振荡器的调试方法 4． 观察RC 参数对振荡器的影响，学习振荡器频率的测定方法 二．实验原理 在正弦波振荡电路中，一要反馈信号能够取代输入信号，即电路中必须引入正反馈；二要有外加 的选频网络，用以确定振荡频率。正弦波振荡的平衡条件为：.. 1AF = 起振条件为.. ||1AF > 写成模与相角的形式：.. ||1AF = 2A F n πψ+ψ=（n 为整数） 电路如图1所示： 1． 电路分析 RC 桥式振荡电路由RC 串并联选频网络和同相放大电路组成，图中RC 选频网络形成正反馈电路， 决定振荡频率0f 。1R 、f R 形成负反馈回路，决定起振的幅值条件，1D 、2D 是稳幅元件。 该电路的振荡频率 ： 0f =RC π21 ① 起振幅值条件：311 ≥+ =R R A f v ② 式中 d f r R R R //32+= ，d r 为二极管的正向动态电阻 2． 电路参数确定 （1） 根据设计所要求的振荡频率0f ，由式①先确定RC 之积，即 RC= 21 f π ③ 为了使选频网络的选频特性尽量不受集成运算放大器的输入电阻i R 和输出电阻o R 的影响，应使 R 满足下列关系式：i R >>R>>o R 一般i R 约为几百千欧以上，而o R 仅为几百欧以下，初步选定R 之后，由式③算出电容C 的值，然后再算出R 取值能否满足振荡频率的要求 （2） 确定1R 、f R ：电阻1R 、f R 由起振的幅值条件来确定，由式②可知f R ≥21R ， 通常 取f R =（2.1~2.5）1R ，这样既能保证起振，也不致产生严重的波形失真。此外，为了减小输入失调电流和漂移的影响，电路还应满足直流平衡条件，即： R=1R //f R （3） 确定稳幅电路：通常的稳幅方法是利用v A 随输出电压振幅上升而下降的自动调节作用实 现稳幅。图1中稳幅电路由两只正反向并联的二极管1D 、2D 和电阻3R 并联组成，利用二极管正向动态电阻的非线性以实现稳幅，为了减小因二极管特性的非线性而引起的波形失真，在二极管两端并联小电阻3R 。实验证明，取3R ≈d r 时，效果最佳。 三．实验任务 1．预习要求 （1） 复习RC 正弦波振荡电路的工作原理。 （2） 掌握RC 桥式振荡电路参数的确定方法 2． 设计任务 设计一个RC 正弦波振荡电路。其正弦波输出要求： （1） 振荡频率：接近500Hz 或1kHz 左右，振幅稳定，波形对称，无明显非线性失真 （2）* 振荡频率：50Hz~1kHz 可调，其余同（1） 四．实验报告要求 1． 简述电路的工作原理和主要元件的作用 2． 电路参数的确定 3． 整理实验数据，并与理论值比较，分析误差产生的原因 4． 调试中所遇到的问题以及解决方法 五．思考题 1． 在RC 桥式振荡电路中，若电路不能起振，应调整哪个参数？若输出波形失真应如何调整？ 2． 简述图-1中21D D 和的稳幅过程。 六．仪器与器件 仪器： 同实验2 单管 器件： 集成运算放大器μA741 二极管 1N4001 电阻 瓷片电容 若干 思考题与习题 3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什 么？ 解：不正确。因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因 素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。若不满足稳定条件，振荡起就不会回到平衡状态，最终导致停振。 3.4 分析图3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？ 解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电 路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。 3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号 的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ 解：（1） 起振条件： 振幅起振条件 01A F > 相位起振条件 2A F n ??π+=（n=0,1,…） (2) 平衡条件： 振幅平衡条件 AF=1 相位平衡条件 2A F n ??π+=（n=0,1,…） （3） 平衡的稳定条件： 振幅平衡的稳定条件 0A U ?是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。 相位起振条件和相位平衡条件都是2A F n ??π+=（n=0,1,…），它表明反馈是正反 馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。 振幅平衡的稳定条件A ?/0U ?<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生变化引起A 、F 变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。相位平衡的稳定条件Z ??/ω?<0表示振荡回路的相移Z ?随频率增大而减小是负斜率。它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整A F ??+=YF Z ??+=0，保证振荡电路处于正反馈。 显然，上述三个条件均与电路参数有关。0A 是由放大器的参数决定，除于工作点eQ I 正弦波振荡器实验报告 姓名： 学号： 班级： 实验目的 1. 掌握LC 三点式振荡电路的基本原理，掌握LC 电容反馈式三点振荡电路设计及电参数计算。 2. 掌握振荡回路Q 值对频率稳定度的影响。 3. 掌握振荡器反馈系数 不同时，静态工作电流IEQ 对振荡器起振及 振幅的影响。 二、实验电路图 三、实验内容及步骤 1. 利用EWB 软件绘制出如图 1.7 的西勒振荡器实验电路。 2. 按图设置各个元件参数,打开仿真开关,从示波器上观察振荡波形读出振荡频率,并做好记录 3. 改变电容 C 6的值，观察频率变化，并做好记录。填入表 1.3中。4．改变电容C4的值，分别为0.33μF和0.001μF，从示波器上观察起振情况和振荡波形的好坏，并做好记录。填入表 1.3 中。 5．将C4 的值恢复为0.033μF，分别调节Rp 在最大到最小之间变化时，观察振荡波形，并做好记录。填入表 1.4 中。 四、暑假记录与数据处理 1、电路的直流电路图和交流电路图分别如下： （1）：直流通路图 2）交流通路图 2、改变电容 C 6的值时所测得的频率 f 的值如下： 3、 C40.033μF0.33μF0.01μF C6（pF）270470670270470670270470670 F（Hz）494853.5403746.8372023.832756.832688.232814.4486357.7420875.4373357.2 1）、当C4=0.033uF 时： C6=270pF 时， f= 1/T=1000000/2.0208=494853.5HZ C6=470pF 时，f=1/T=1000000/2.4768=403746.8HZ 第五章振荡电路 在一个电子线路中，不加输入信号就有信号输出的现象，称为自激振荡，实现振荡的电路称为振荡器。常见的振荡器有两类：一类是正弦波振荡器，另一类是非正弦波振荡器。 §5-1RC正弦波振荡器 一、自激振荡的基本原理 正反馈放大器有可能形成振荡。但满足什么条件时，才能使正反馈放大器成为一个自激振荡器呢？ 1.自激振荡的基本条件 a.自激振荡器的原理框图如 图5-1所示。 (1)自激振荡器分为两个部分：一是基本放大器， 其放大倍数为A u;二是正反馈电路，反馈系数为F。 (2)信号的传输：设基本放大器的输入端有一初始 输入信号u i→基本放大器→u o= A u〃u i→正反馈电路→u f＝ F〃u o→基本放大器，如此循环。 显然，在将输入信号拿掉的情况下，电路能维持有信号输出的条件是：u f ≥u i。 b.产生自激振荡，必须具备的两个基本条件： (1)相位条件：反馈信号u f与输入信号u i同相位，即u f与u i 的相位差应为?＝2nπ(n＝0,1,2,3…) (2)幅度条件：反馈信号u f应大于或等于输入信号u i ，即 FA u≥1 （u o＝A u〃u i ，u f＝F〃u o＝F A u〃u i） 只有满足了以上两个基本条件，电路才能产生自激振荡。 2.正弦波振荡器的基本组成 （如果有多个频率的信号满足产生振荡的条件，那么输出端获得的振荡信号将不是单一频率的正弦波，而是一个由多种频率信号合成的非正弦波。如果有选频电路，并且选频电路只让某一频率的信号满足产生振荡的两个基本条件，那么得到的振荡信号就会是单一频率的正弦波信号。） b.从原理上讲，一个自激正弦波振荡器必须由三个部分组成：基本放大器、正反馈电路和选频电路。 （选频电路可以由R、C元件组成，也可以由L、C元件组成，还可以由石英晶体组成。在实际的振荡电路中，选频电路可以作为一个独立的部分，但多数情况下是包含在反馈电路中或基本放大器之中。） 3.振荡的建立和稳定 a.提出问题：振荡器的最初的输入电压从何而来？ b.自激振荡的建立： (1)因为振荡电路是一个闭合的正反馈系统，因此电路中任何地方微小的电扰动（如接通直流电源等），最终都会传送到基本放大器的输入端，而成为最初的输入电压。 (2)不规则的电扰动中包含了丰富的频率成分，选频电路从中选出满足振荡条件的某一频率信号，使其在振荡电路中经过放大－正反馈－再放大－再正反馈的循环过程，振荡将迅速增大，这样自激振荡便建立起来了。 c.振荡的稳定：上述振荡信号不会无止境地增长下去，最后会达到一个相对稳定的幅度，而获得一个等幅振荡。（因为随着振荡的增长， 必将导致晶体三极管进入非线性工作状态，使放大器的放大倍数明显下降，再加上信号在线路中的损耗，因此信号的幅度有减小的趋势，最后信号会达到一个相对稳定的幅度。） 二、RC串并联选频电路 1. RC串并联选频电路的构成及特性 a.电路的构成如图5-2(a)所示。 b.当输入电压u i的频率很低时，输出 题目编号:14578 知识点:17正弦波振荡器题型:单项选择题难度:中 振荡器之所以能获得单一频率的正弦波输出电压，是依靠了振荡器中的( )。 A. 选频环节 B.正反馈环节 C. 基本放大电路环节 【答案】A ========================================================== ============ 题目编号:14579 知识点:17正弦波振荡器题型:单项选择题难度:中 自激正弦振荡器是用来产生一定频率和幅度的正弦信号的装置，此装置之所以能输出信号是因为（）。 A. 有外加输入信号 B. 满足了自激振荡条件 C. 先施加输入信号激励振荡起来，然后去掉输入信号 【答案】B ========================================================== ============ 题目编号:14580 知识点:17正弦波振荡器题型:单项选择题难度:中 一个振荡器要能够产生正弦波振荡，电路的组成必须包含（)。 A. 放大电路，负反馈电路 B. 负反馈电路、选频电路 C. 放大电路、正反馈电路、选频电路 【答案】C ========================================================== ============ 题目编号:14581 知识点:17正弦波振荡器题型:单项选择题难度:中 振荡电路的幅度特性和反馈特性如图所示，通常振荡幅度应稳定在（）。 A. O 点 B. A 点 C. B 点 D.C 点 U om fm 【答案】C ====================================================================== 题目编号:14582 知识点:17正弦波振荡器 题型:单项选择题 难度:中 反 馈 放 大 器 的 方 框 图 如 图 所 示，当 &U i = 0 时，要 使 放 大 器 维 持 等 幅 振 荡，其 幅 度 条 件 是（ ）。 A. 反 馈 电 压 U f 要 大 于 所 需 的 输 入 电 压 U be B. 反 馈 电 压 U f 要 等 于 所 需 的 输 入 电 压 U be C. 反 馈 电 压 U f 要 小 于 所 需 的 输 入 电 压 U be 【答案】B ====================================================================== 题目编号:14583 知识点:17正弦波振荡器 题型:单项选择题 难度:中 一 个 正 弦 波 振 荡 器 的 开 环 电 压 放 大 倍 数 为 A u ，反 馈 系 数 为 F ，该 振 荡 器 要 能 自 行 建 立 振 荡，其 幅 值 条 件 必 须 满 足 （ ）。 A. ||A F u =1 B. ||A F u <1 C. | |A F u >1 【答案】C ====================================================================== 题目编号:14584 知识点:17正弦波振荡器 题型:单项选择题 难度:中 一 个 正 弦 波 振 荡 器 的 开 环 电 压 放 大 倍 数 为 A u ，反 馈 系 数 为 F ，能 够 稳 定 振 荡 的 幅 值 条 件 是 （ ）。 A. ||A F u >1 B. ||A F u <1 C. ||A F u =1 【答案】C ====================================================================== 题目编号:14585 知识点:17正弦波振荡器 题型:单项选择题 难度:中 反 馈 放 大 器 的 方 框 图 如 图 所 示，要 使 放 大 器 产 生 自 激 振 荡，其 相 位 条 件 是（ ）。 A. 反 馈 电 压 f U 与 电 压 be U 之 间 的 相 位 差 为 90?实验14 RC正弦波振荡器
第6章 调谐放大器和正弦波振荡器
第三章 正弦波振荡器习题解答
高频电子线路实验正弦波振荡器
实验2正弦波振荡器(LC振
高频电子线路杨霓清答案第三章正弦波振荡器汇总
正弦波振荡器实验报告(高频) (2)
第六章波形产生与变换电路
rc正弦波振荡器测量数据试验报告
第5章 正弦波振荡器习题参考答案
实验五-三点正弦振荡电路
第7章波形发生电路习题及习题解答
正弦波振荡器实验指导书
RC正弦波振荡器设计实验
(完整版)高频电子线路杨霓清答案第三章-正弦波振荡器
正弦波振荡器实验报告
第五章 振荡电路 (54)
正弦波振荡器试题及答案解析