文档介绍：实验三 LC正弦波振荡器
实验目的
(考毕兹电路)、改进型电容三点式振荡器(克拉泼电路及西勒电路)的电路特点、结构及工作原理。
。
(振荡管)工作状态、反馈大小对振荡幅度与波形的影响。
。
。
,加深振荡器频率稳定度的理解。
预习要求
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-7电路的工作原理,及各元件的作用,并按小信号调谐放大器模式设置晶体管静态工作点,计算电流IC的(设晶体管的β值为100)。
仿真要求:
-7构建仿真电路,实现各种结构的振荡器
,改变振荡回路参数测量振荡器输出
,观测振荡器输出
,观测振荡器输出
,完成2-4内容。
三、实验内容:
分析电路结构,正确连接电路,使电路分别构成三种不同的振荡电路。
研究反馈大小及工作点对振荡器电路振荡频率、幅度及波形的影响。
研究振荡回路Q值变化对频率稳定度的影响
研究克拉泼电路中电容C1003-1、C 1003-2、C1003-3对振荡频率及幅度的影响。
研究西勒电路中电容C1004对振荡频率及幅度的影响。
四、实验原理
:
振荡器是一种在没有外来信号的作用下,能自动地将直流电源的能量转换为一定波形的交变振荡能量的装置。根据振荡器的特性,可将振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类,LC振荡器属于反馈式振荡器。工作时它应满足两个条件:
相位条件:反馈信号必须与输入信号同相,以保证电路是正反馈电路,即电路的总相移Σφ=φk+φF=n×3600。
振幅条件:反馈信号的振幅应大于或等于输入信号的振幅,即│ẢF│≥1,式中Ả为放大倍数,F为反馈系数。
当振荡器接通电源后,电路中存在着各种电的扰动(如热噪声、晶体管电流的突变等),它们就是振荡器起振的初始激励。经过电路放大和正反馈的作用,它们的幅度会得到不断的加强。同时,由于电路中LC谐振回路的选频作用,只有等于其谐振频率的电压分量满足振荡条件,最终形成了单一频率的振荡信号。
正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器,这是应用非常广泛的一类电路,产生正弦信号的振荡电路形式很多,但归纳起来,不外是RC、LC和晶体振荡器三种形式。在本实验中,我们研究的主要是LC三点式振荡器振荡器。LC三点式振荡器的基本电路如图(3-1)所示:
根据相位平衡条件,图中构成振荡电路的三个电抗中间,X1、X2必须为同性质的电抗,X3必须为异性质的电抗,且它们之间应满足下列关系式:
(3-1)
这就是LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。
若X1和X2均为容抗,X3为感抗,则为电容三点式振荡电路;若X1和X2均为感抗,X3为容抗,则为电感三点式振荡器。
图3-1 三点式振荡器的交流等效电路
下面以电容三点式振荡器为例分析其原理。
①电容三点式振荡器
共基电容三点式振荡器的基本电路如图4-2所示。图中C3为耦合电容。由图可见:与发射极连接的两个电抗元件为同性质的容抗元件C1和C2;与基极连接的为两个异性质的电抗元件C2和L,根据前面所述的判别准则,该电路满足相位条件。若要它产生正弦波,还须满足振幅,起振条件,即:
(3-2)
式中AO为电路刚起振时,振荡管工作状态为小信号时的电压增益;F是反馈系数,只要求出AO和F值,便可知道电路有关参数与它的关系。为此,我们画出图4-2的简化,y参数等效电路如图4-3所示,其中设
yrb≈0 yob≈0,图中GO为振荡回路的损耗电导,GL为负载电导。
图3-2 共基组态的“考华兹”振荡器
图3-3 简化Y参数等效电路
由图可求出小信号电压增益AO和反馈系数F分别为
式中:
经运算整理得
式中:
当忽略yfb的相移时,根据自激条件应有
N=0 及(3-3)
由N=0,可求出起振时的振荡频率,即
则
将X1X2X3的表示式代入上式,解出:
当晶体管参数的影响可以忽略时,可得到振荡频率近似为
(3-4)
式中: 是振荡回路的总电容。
由式(3-3)求M,当时
则反馈系数可近似表示为:
(3-5)
则
由式(3-3)可得到满足起振振幅条件的电路参数为:
(3-6)
此式给出了满足起振条件所需要的晶体管最小正向传输导纳值。式(3-6)也可以改写为
不等式左端的是共基电压增益,显然F增大时,固然可以使增加