1、61实验 8 LC 正弦波振荡器和选频放大器1. 实验目的1) 研究、学习 LC 正弦波振荡器的特性。2) 研究、学习 LC 选频放大电路的特性。2. 实验仪器双踪示波器、信号发生器、交流毫伏表、数字万用表。3. 预习内容1） 复习 LC 正弦波振荡器的基础知识。2） 复习 LC 选频放大回路的基础知识。4. 实验内容1) 电容三端式 LC 振荡器电路原理电路如图 8.1。这是一个电容三端式 LC振荡器，其简化的原理示意图如图 8.2，它由一个放大器 A 和一个 LC 回路组成。设振荡回路内流过电容的振荡电流为 iF。放大器输出电压为 V o=iFXC1，反馈电压为 VF=-iFXC，反馈系数
2、为（1）2C1o图 8.1图 8.2iFVF62放大器反向输入端的反馈电压为 VF=FVo=(C1/C2)Vo，从输出、经反馈到反向输入端、经放大器反向、再到输出端，信号的相移为零，满足振荡器起振的相位条件。若放大器 A 不接 LC 回路时的放大倍数 大于 22，则满足振荡器起振的幅值条件 ，电路就A 1FV能起振。显然，对于图 8.1 所示电路，通过调整电位器 RP2，使放大器 A 的放大倍数大于22，该电路就能起振。若电路起振后， 能自动地减小，达到稳定时使 ，那末，振荡器就能输V V出幅值稳定的正弦波。图 8.1 所示电路具有自动调节放大倍数的能力。电路刚起振时，电路输出 Vo 较小。由
3、于 ，信号在从输出端、经反馈到反向输入端、再到输出端的1FA过程中被放大，集电极电压和电流不断被放大，电路输出 Vo 不断增大。在此过程中，集电极电流逐步被限幅，由于发射极 PN 结的非线性特性，使基极、发射极电流正半周幅值大，负半周幅值小，由此产生直流电流分量。直流电流分量对发射极旁路电容 Ce 充电，使发射极直流电位上升，从而使 VBE 下降，三极管 Q1 的电流放大倍数 下降，放大器 A 的放倍数下降。这时电路达到 。若出现 ，即集电极电流减小，输出电压减小，1FA1FV则由于发射极 PN 结的非线性特性产生的直流电流减小，发射极电容上的直流电位减小，从而使 VBE 上升，三极管 Q1
4、的电流放大倍数 上升，放大器 A 的放大倍数增大，电路重新回到 。称这种性能为自动稳幅性能。1F综上所述，放大器 A 提供了 -180相移，LC 振荡回路与放大器的连接方式又提供了-180相移，所以，LC 振荡回路在整个电路中的相移必须为 0，才能满足起振的相位条件。使 LC 回路的相移为 0 的频率只有其固有频率，（2）Hz)C/(L2/1f 212所以，振荡器输出的是幅值稳定的频率为 f 的正弦波。本实验电路的 LC 回路的固有频率仅为十几 kHz，三极管的分布参数完全可以忽略。若使 LC 振荡器 LC 回路的固有频率为几百 kHz 到几十 MHz，三极管的分布参数，如 、cbC等，将成为
5、制约振荡器输出信号频率进一步提高和提高频率稳定性的主要因数。LC 振ceC荡器是工作在中、短波频带上的电子系统常用的电路，其工作频率大致为几百 kHz 到几十MHz。实验内容（1） 用 EWB 做模拟，观察其起振过程，并分析电路起振与哪些元件参数有关。（2） 先接成放大器 A（不接 LC 回路） ，调整 Rp1、Rp2，使电路有较适合的静态工作点。测量电路的静态参数 VB、V C、V E，估算其静态工作点。为了使振荡器有较好的自动稳幅性能，建议静态工作点应适当的底一些。测量其电压放大倍数。考虑到 LC 回路有损耗，建议 A 的电压放大倍数大于 30。（3） 按图 8.1 接上 LC 回路。取
6、C1=0.01F，测量输出波形的频率和幅值，测量输出的二次谐波失真和三次谐波失真，调整 Rp2（有需要时也可调整 RP1） ，使二次谐波失真尽可能小，测量记录此时的输出波形的频率、幅值，二次谐波失真和 RP2。再取C1=0.047F，重复上述实验。632) LC 选频放大回路电路原理图 8.3 为 LC 选频放大器。与实验 1 的电路相比，两者的差别是：实验 1 的电路的集电极仅接了电阻负载，为宽带放大器；本电路的集电极接的是 LC1 并联调谐回路，为选频窄带放大器。对于交流信号，集电极接的 LC1 并联调谐回路如图 8.4(1)。由于电感有损耗，实际电感可等效为一个无损耗电感 L1 和一个等
7、效电阻 RS 的串联，如图 8.4(2) 。L 1、R S、C 1 的等效阻抗为图 8. 3图 7.4 图 7.3 所示 LC 选频放大器的输出回路(1) (2)(3) (4)Z164（3）11S11S111S1 CjLjRCjLjRCjLjR)(Z 记 ， 为广义失谐， ， ，1oC)(joSo 1SP1X（4）2CS21CSP1CP jXjjZ回路谐振时，Z 1 虚部为 0，由 XC1=RSP 可得谐振频率（5）21o12So21So QL其中， 为 L1C1 谐振回路的品质因数。当 L1C1 回路的品质因数较大时，回S1RQ路的谐振频率 1 o。当 = o1 时, Z 1 虚部为 0，用
8、 XC1=RSP 代入(4)式，可得 Z1实部(6)1SP1CZ现在可将图 8.4(2)改画成图 7.4(3)。将 RSP 与 RC 并联，就得到了图 8.4(4)。当输入信号频率为 L1C1 并联谐振频率 o1 时，L 1C1 回路因谐振而等效为开路，放大器的集电极负载等效为纯阻，集电极阻抗最大，为图 8.4(4)中的 Req，放大器放大倍数最大。若输入信号频率偏离 L1C1 并联谐振频率 o1，L 1C1 回路因失谐而不再等效为开路，集电极阻抗下降，放大器放大倍数下降。从而实现选频放大。在本实验中，可如图 8.5 所示，测量 fL、fH。记谐振时电路的输出电压幅值为 Vo1，频率为 fo1
9、；保持输入信号的幅值不变，降低其频率，当输出电压为 0.707Vo1 时的频率为fL；再升高输入信号的频率，当输出电压再为 0.707Vo1 时的频率为 fH，电路的品质因数为（7）LH1ofQ（7）式所示的品质因数是图 7.4(4)所示电路的品质因数。由于 Q 可测得，R C 为已知，所以可以估算出电感的等效损耗电阻 RSP、R S。设 Q=4。图 7.5 二阶谐振回路的幅频特性曲线fLfHVo10.7Vo1f65（8）k410.4CLQR631eq由于 Req=RC/RSP，所以（9）5.84.eqSP由（6）式可得电感的等效损耗电阻 RS（10）9.310.185CRL63SP对于频率为
10、 fo1 的输入信号，电路的放大倍数为（12）2Pbeq1Vo)(rA实验内容(1) 如图 8.3 接线。将输入端短路，R P2=100，调 RP1，使 VC=6V。(2) 用（8）估算 Req，用（ 12）式估算 AVo1。测量其幅频特性曲线，求其品质因数和谐振时的集电极等效负载电阻 Req、电压放大倍数 AVo1。(3) 取信号源频率为谐振频率，调整 RP2，分析负反馈对电路性能的影响，如电压放大倍数、谐波失真等。(4) 根据测量估算得到的 Req， Q1 分别取理想三极管和接近实验中所用实际三极管，用 EWB 做仿真求其幅频特性和相频特性。若取 L=10H、C=10pF，Q1 分别取理想三极管和接近实验中所用实际三极管，用 EWB 做仿真求其幅频特性和相频特性。分析仿真结果的差异，并试述三极管哪些主要参数与选频放大器的幅频特性有较大的关系。5. 思考题1) 绘制图 8.1 所示电路的交流微变等效电路。2) 图 8.1 所示电路起振时要求 ，稳态时要求 。试述该电路的电压1FAV1FAV放大倍数能自动调节，以满足上述要求。3) 您在实验中使用什么方法改善图 8.1 所示电路的输出波形的？试分析其原因。4) 试述晶体管低频等效电路与高频等效电路的主要差别。若减小 L、C1 的数值，电路的谐振频率将受到什么因素的制约？
