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高频电路原理与分析实验报告组员：学号：班级：电子信息工程实验名称：正弦波振荡器指导教师：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V ，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p p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、实验准备插装好正弦振荡器与晶体管混频模块，接通实验箱电源，此时模块上电源指示灯和运行指示灯闪亮。
用鼠标点击显示屏，选择“实验项目”中的“高频原理实验”，然后再选择“振荡器实验”中的“LC振荡器实验”，显示屏会显示出LC振荡器原理实验图。
说明：电路图中各可调元件的调整，其方法是：用鼠标点击要调整的原件，模块上对应的指示灯点亮，然后滑动鼠标上的滑轮，即可调整该元件的参数。
利用模块上编码器调整与鼠标调整其效果完全相同。
用编码器调整的方法是：按动编码器，选择要调整的元件，模块上对应的指示灯点亮，然后旋转编码器旋钮，即可调整其参数。
我们建议采用鼠标调整，因为长时间采用编码器调整，可能会造成编码器损坏。
本实验箱中，各模块可调元件的调整，其方法与此完全相同，后面不再说明。
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，即调2W3使晶振停振。
）（1）西勒振荡电路幅频特性测量用铆孔线将2P2与2P4相连，示波器接2TP5,频率计与2P5相连。
开关2K1拨至“p”（往下拨），此时振荡电路为西勒电路。
调整2W4使输出幅度最大。
（用鼠标点击2W4，且滑动鼠标滑轮来调整。
）调整2W2可调整变容管2D2的直流电压，从而改变变容管的电容，达到改变振荡器的振荡频率，变容官上电压最高时，变容管电容最小，此时输出频率最高。
正弦波振荡器总结模块参数要求：设计制作20MHZ 石英晶体振荡器、30MHZ 克拉泼（串联改进型电容三点式振荡器）震荡器，40MHZ 西勒（并联改进型电容三点式振荡器）震荡器频率，工作电压+5V 。
模块完成情况：设计制作了20MHZ 石英晶体振荡器、24.1MHZ--38.7MHZ 克拉泼震荡器、38.9MHZ--40.5MHZ 西勒震荡器。
模块涉及的理论知识：振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路，它无需外加激励信号。
为了使振荡器在接通直流电源后能够自动起振，要求反馈电压在相位上与放大器输入电压同相在幅度上则要求U f >Ui ，即πϕϕn F A 2=+ n=0，1，2，…10>F A式中，A0为振荡器起振时放大器工作于甲类状态时的电压放大倍数。
振荡建立起来之后，振荡幅度会无限制地增长下去吗？不会的，因为随着振荡幅度的增长，放大器的动态范围就会延伸到非线性区，放大器的增益将随之下降，振荡幅度越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大而进入平衡状态。
1=AF综上所述，为了确保振荡器能够起振，设计的电路参数必须满足A 0F>1的条件。
而后，随着振荡幅度的不断增大，A 0就向A 过渡，直到AF=1时，振荡达到平衡状态。
显然，A 0F 越大于1，振荡器越容易起振，并且振荡幅度也较大。
但A 0F 过大，放大管进入非线性区的程度就会加深，那么也就会引起放大管输出电流波形的严重失真。
所以当要求输出波形非线性失真很小时，应使A 0F 的值稍大于1。
当振荡器受到外部因素的扰动（如电源电压波动、 温度变化、噪声干扰等），将引起放大器和回路的参数发生变化破坏原来的平衡状态。
如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器越来越偏离原来的平衡状态，从而导致振荡器停振或突变到新的平衡状态，则表明原来的平衡状态是不稳定的。
反之，如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器能够产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态，则表明原平衡状态是稳定的。
正弦波振荡器实验报告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、C40.033μF0.33μF0.01μFC6（pF）270470670270470670270470670F（Hz）494853.5403746.8372023.832756.832688.232814.4486357.7420875.4373357.21）、当 C4=0.033uF 时：C6=270pF 时， f= 1/T=1000000/2.0208=494853.5HZC6=470pF 时， f=1/T=1000000/2.4768=403746.8HZC6=670pF 时， f=1/T=1000000/2.6880=372023.8HZ2）、当 C4=0.33uF 时：C6=270pF 时， f= 1/T=1000000/30.5280=32756.8HC6=470uF时， f= 1/T=1000000/30.5921=32688.2HZC6=670uF 时， f= 1/T=1000000/30.4744=32814.4HZ3）、 C4=0.01时：当 C6=270uF 时，当 C6=270uF 时， f=1/T=1000000/2.0561=486357.7HZ当 C6=470uF 时， f=1/T=1000000/2.3760=420875.4HZ当 C6=670uF 时， f=1/T=1000000/2.6784=373357.2HZ2、将 C4 的值恢复为0.033μ F，分别调节 Rp 在最大到最小之间变化时的频率和波形如下：Rp（KΩ）5040302010F（HZ）403746.8416666.7420875.4425170.1422582.8529553.3(3)、当 Rp=30k 时， f= 1/T=1000000/2.3760=420875.4HZ(4)、当 Rp=20k 时， f= 1/T=1000000/2.3520=425170.1HZ(5)、当 Rp=10k 时， f= 1/T=1000000/2.3664=422582.8HZ(6)、当 Rp=0k 时， f= 1/T=1000000/2.3280=529553.3HZ总结：由表一可知，当 C4 较大（既为 0.33PF）时，不管 C6 如何变化，电路所输出的波形的频率比较稳定，而且没有失真。
详解正弦波振荡器输出信号为正弦波的振荡器称为正弦波振荡器。
正弦波振荡器由放大电路和反馈电路两部分组成，反馈电路将放大电路输出电压的一部分正反馈到放大电路的输入端，周而复始即形成振荡，如图7-2所示。
图7-2 正弦波振荡器原理正弦波振荡器包括变压器耦合振荡器、三点式振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等多种电路形式。
1.变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器电路如图7-3所示，LC谐振回路接在晶体管VT 集电极，振荡信号通过变压器T耦合反馈到VT基极。
图7-3 变压器耦合振荡器电路正确接入变压器反馈绕组L1与振荡绕组L2的极性，即可保证振荡器的相位条件。
R1、R2为VT提供合适的偏置电压，VT有足够的电压增益，即可保证振荡器的振幅条件。
满足了相位、振幅两大条件，振荡器便能稳定地产生振荡，经C4输出正弦波信号。
变压器耦合振荡器工作原理如图7-4所示。
L2与C2组成的LC并联谐振回路作为VT的集电极负载，VT的集电极输出电压通过变压器T的振荡绕组L2耦合至反馈绕组L1，从而又反馈至VT基极作为输入电压。
图7-4 变压器耦合振荡器原理电路由于VT的集电极电压与基极电压相位相反，所以变压器T的2个绕组L1与L2的同名端接法应相反，使变压器T同时起到倒相作用，将集电极输出电压倒相后反馈给基极，实现了形成振荡所必需的正反馈。
因为并联谐振回路在谐振时阻抗最大，且为纯电阻，所以只有谐振频率f0能够满足相位条件而形成振荡，这就是LC回路的选频作用。
电路振荡频率变压器耦合振荡器的特点是输出电压较大，适用于频率较低的振荡电路。
2.三点式振荡器三点式振荡器是指晶体管的3个电极直接与振荡回路的3个端点相连接而构成的振荡器，如图7-5所示。
3个电抗中，Xbe、Xce必须是相同性质的电抗(同是电感或同是电容)，Xcb则必须是与前两者不同性质的电抗(电容或电感)，才能满足振荡的相位条件。
图7-5 三点式振荡器原理电路三点式振荡器有多种形式，较常用的有电感三点式振荡器、电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器等。
正弦波振荡器实验报告总结
正弦波振荡器实验是电子学中的基础实验，本实验通过搭建RC 电路来产生正弦波信号。
整个实验包括搭建RC电路、选择合适的元件参数、调整电路工作点、观察输出波形等步骤。
在实验中，正确选择RC电路的元件参数是关键，需要根据实验要求进行合理的选择。
调整电路工作点也是非常重要的，需要通过对电容器的充放电过程进行观察和调试，才能达到较稳定的输出波形。
此外，观察输出波形也是实验中需要进行的重要步骤。
只有通过观察输出波形，才能判断电路的工作稳定性和准确度，判断是否需要进行进一步的调整。
总结来说，正弦波振荡器实验需要仔细调试和观察，对于理解电路工作原理和信号产生有着重要的作用。
LC 正弦波振荡（虚拟实验）1、 电容三点式（1）121100,400,10C nF C nF L mH ===示波器频谱仪（2）121100,400,5C nF C nF L mH ===示波器频谱仪（3）121100,1,5C nF C F L mH μ===示波器频谱仪数据表格: （C1, C2, L1） （C 1，C 2，L 1） O U •i U •增益A 相位差 谐振频率f 0 测量值 理论值 测量值 理论值 （100nF,400nF,10mH ）5.972V1.486V44.0191806.025kHz5.627（100nF,400nF,5mH ） 4.698V 1.161V 4 4.047 180 7.995 kHz 7.958 （100nF,1uF,5mH ）7.116V711.458mV1010.0021807.897 kHz7.465实验数据与理论值间的差异分析:增益差别不大但谐振频率差别较大, 主要是由于读数是的精度有限造成的。
由于游标以格为单位, 因此读数时选取的幅值最大的点可能与实际有差, 因而谐振频率的测量也有误差。
2、 电感三点式（1）1225,100,200L mH L H C nF μ===示波器频谱仪（2）1225,100,100L mH L H C nF μ===示波器频谱仪（3）1222,100,100L mH L H C nF μ===示波器频谱仪数据表格:（L1, L2, C2）（L1，L2，C2）OU•(V)iU•(mV)增益A 相位差谐振频率f0测量值理论值测量值(kHz)理论值(kHz)（5mH,100uH,200nF） 4.497V 89.938mV 50.001 50 180 5.039kHz 4.983 （5mH,100uH,100nF） 4.504V 90.070 mV 50.005 50 180 7.010kHz7.047（2mH,100uH,100nF） 4.483V 224.150mV 20.000 20 180 10.951kHz10.983实验数据与理论值间的差异分析:误差均较小, 主要由于电路不够稳定以及读数精度造成。
正弦波振荡器实验报告
实验目的：验证正弦波振荡器的工作原理，并探究其参数对振荡频率的影响。
实验原理：
正弦波振荡器是一种能够产生稳定振荡信号的电路。
其基本原理是通过反馈回路将一部分输出信号重新引入到输入端，形成自激振荡。
常见的正弦波振荡器电路有震荡放大器电路和LC 震荡电路等。
实验器材：
- 正弦波振荡器电路板
- 函数发生器
- 示波器
- 电阻、电容等元器件
实验步骤：
1. 将正弦波振荡器电路与函数发生器、示波器连接起来。
2. 调节函数发生器产生一个适当的输入信号，通过示波器观察输出信号的波形。
3. 根据需要，可以调节电阻、电容等元器件的数值，观察输出信号波形的变化。
4. 记录各个参数对输出信号频率的影响。
实验结果：
根据实验步骤进行操作后，记录输出信号的波形和频率，以及各个参数的数值。
根据实验数据绘制实验曲线。
实验讨论：
根据实验结果分析各个参数对输出信号频率的影响，并探究为什么正弦波振荡器能够产生稳定振荡信号。
结论：
正弦波振荡器能够产生稳定振荡信号，并且其频率可以通过控制元器件的数值来调节。
实验结果与原理相符合，说明正弦波振荡器的工作原理有效。
正弦波振荡器总结模块参数要求：设计制作20MHZ石英晶体振荡器、30MHZ克拉泼（串联改进型电容三点式振荡器）震荡器，40MHZ西勒（并联改进型电容三点式振荡器）震荡器频率，工作电压+5V。
模块完成情况：设计制作了20MHZ石英晶体振荡器、24.1MHZ--38.7MHZ克拉泼震荡器、38.9MHZ--40.5MHZ西勒震荡器。
模块涉及的理论知识：振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路，它无需外加激励信号。
为了使振荡器在接通直流电源后能够自动起振，要求反馈电压在相位上与放大器输入电压同相在幅度上则要求U f>Ui，即F 2n n=0 ，1，2，A0F 1式中，A0为振荡器起振时放大器工作于甲类状态时的电压放大倍数。
振荡建立起来之后，振荡幅度会无限制地增长下去吗？不会的，因为随着振荡幅度的增长，放大器的动态范围就会延伸到非线性区，放大器的增益将随之下降，振荡幅度越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大而进入平衡状态。
AF 1综上所述，为了确保振荡器能够起振，设计的电路参数必须满足AF>1的条件。
而后，随着振荡幅度的不断增大，A就向A过渡，直到AF=1时，振荡达到平衡状态。
显然，A0F 越大于1，振荡器越容易起振，并且振荡幅度也较大。
但A0F 过大，放大管进入非线性区的程度就会加深，那么也就会引起放大管输出电流波形的严重失真。
所以当要求输出波形非线性失真很小时，应使AF的值稍大于1。
当振荡器受到外部因素的扰动（如电源电压波动、温度变化、噪声干扰等），将引起放大器和回路的参数发生变化破坏原来的平衡状态。
如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器越来越偏离原来的平衡状态，从而导致振荡器停振或突变到新的平衡状态，则表明原来的平衡状态是不稳定的。
反之，如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器能够产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态，则表明原平衡状态是稳定的。
一个振荡器除了它的输出信号要满足一定的幅度和频率外，还必须保证输出信号的幅度和频率的稳定，而频率稳定度更为重要。
评价振荡器频率的主要指标有两个，即准确度和稳定度。
LC振荡器振荡频率主要取决于谐振回路的参数，也与其它电路元器件参数有关。
因此，任何能够引起这些参数变化的因素，都将导致振荡频率的不稳定。
这些因素有外界的和电路本身的两个方面。
其中，外界因素包括：温度变化、电源电压变化、负载阻抗变化、机械振动、湿度和气压的变化、外界磁场感应等。
这些外界因素的影响，一是改变振荡回路元件参数和品质因数；二是改变晶体管及其它电路元件参数，而使振荡频率发生变化的。
因此要提高振荡频率的稳外界因素定度可以从两方面入手：一是尽可能减小外界因素的变化；二是尽可能提高振荡电路本身抵御外界因素变化影响的能力。
设计考虑：1．振荡器电路选择LC 振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。
振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。
在短波范围，电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都可以采用。
在中、短波收音机中，为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。
2．晶体管选择从稳频的角度出发，应选择f T较高的晶体管，这样晶体管内部相移较小。
通常选择仃＞（3〜10） f max。
同时希望电流放大系数B大些，这既容易振荡，也便于减小晶体管和回路之间的耦合。
3．直流馈电线路的选择为保证振荡器起振的振幅条件，起始工作点应设置在线性放大区；从稳频出发，稳定状态应在截止区，而不应在饱和区，否则回路的有载品质因数Q L 将降低。
所以, 通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区，电路应采用自偏压。
4．振荡回路元件选择从稳频出发，振荡回路中电容C应尽可能大，但C过大，不利于波段工作；电感L也应尽可能大，但L大后，体积大，分布电容大，L过小，回路的品质因数过小，因此应合理地选择回路的L、C。
在短波范围，C一般取几十至几百pF, L 一般取0.1至几十卩H。
5.反馈回路元件选择由前述可知，为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振，在静态工作点通常应按下式选择反馈系数的大小应在下列范围选择F=0.01-0.5克拉泼振荡器：图2.4.1 (a)为克拉泼振荡器原理电路，(b)为其交流等效电路。
它的特点是在前述的电容三点式振荡谐振回路电感支路中增加了一个电容C3,其取值比较小，要求C3<< C1, C3<< C2A0F |yf |F 3~5g当静态工作点确定后，yf的值就一定，对于小功率晶体管可以近似为y f g mI C Q 26mV图2.4.1 克拉泼振荡器先不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量的串联，即C艺为C1、C2 和C3丄G C2 C3 C4⑻原理电路Ccb厂卜r(b)交流等效电(2-9)于是，振荡频率为1f°2 LC (2-10)2JI匸cox 亡rC f C使式(2-10)成立的条件是C1和C2都要选得比较大，由此可见，C1、C2对小了，提高了振荡频率的稳定度。
西勒振荡器:■- -------- -- V CC所以振荡频率2丄C L 为谐振放大器电路的电感线圈的电感量；路中，电感L ( H) /电容C ( F ) =105~106，可达到较好的效果。
并联晶体振荡:模拟电子技术基础(第三版)书中P408页上有振荡电路图8.1.29如图2所示, 是并联型石英晶体振荡电路，该并联型石英晶体振荡电路中 为电感，否则振荡电路就无意义了，图2的等效电路如图3所示.则振荡电路的振 荡频率为所以,并联型石英晶体振荡电路的振荡频率为振荡频率的影响显著减小，那么与 C1、C2并接的晶体管极间电容的影响也就很R biC b"J" R b2R eR cC ceC i=F CiC beC 2C 3丄C 3(a)原理电路图 2.4.2 (b)交流等效电路西勒振荡器C 4C 3C 4C 1C 2C 32 , LC3 C 4C 为谐路的总电容。
在LC 谐振回 ,石英晶体必须等效 6T芥菲斗石贡二悽籌效申諾设计制作过程:克拉泼振荡器：克拉泼振荡器由上理论知识可知：当要求输出波形非线性失真很小时，应使AF的值稍大于1。
因此使用50K的可调电阻RES1调节RES1致使三极管静态工作点发生变化，影响三极管的放大倍数A）。
C1、C2的选择较为重要，并非是比例合适就可以。
经试验：C1、C2过大、过小时，放大器的电压增益都会降低，振幅下降，甚至会停振。
最终选择C1=110pFC2=1000pF反馈系数F=110/1000 （未考虑三极管节电容）。
由于设定振荡频率为30MHZ左右，因此电感L=1uH（可调），电容C=20pF（可调）。
振荡器输出波形有些失真，这是因为其含有多次谐波，为使输出波形较理想，输出我使用谐振放大器。
振荡器输出加了谐振放大器，跟随器或者谐振放大器的输入阻抗不可过小，应尽量大一些，否则会影响振荡器的工作。
调板过程总，我修改谐振放大器发射极电阻R7,不接谐振放大器发射极电阻放大倍数最大。
西勒振荡器：设计思路与方法与克拉泼振荡器一样，在此不重复 并联晶体振荡：发生变化，影响三极管的放大倍数 A 。
使用20MHZ 无源晶振，调节CL6,可以微调振荡电路的振荡频率，使振荡频 率刚好达到20MHZ频率稳定，但可能由于电路参数设计问题，波形不理想，输出失真比较大。
克拉泼振荡器： 参数测量：PK 二RC4LF口 E -------- -UII'GND同理，可以使用50K 的可调电阻RES1调节RES1致使三极管静态工作点| -G?4DCL69013RC ? JDKCc4 dk104Cel庙q 并联型振荡器RC6由表可知，频率可调范围为34.1MHZ-38.7MHZ不同频率，其最佳工作点电压不一样。
所以在调节频率过程中，要调节电阻RES1使放大器工作在最佳的状态，达到最好的效果。
如若不调节电阻RP1,达到一定频率时，有可能使振荡器停振。
测试图:克拉泼24.1MHZ时输出克拉泼30MHZ寸输出克拉泼38.7MHZ时输出西勒振荡器: 参数测量：从表格可以看出，振荡频率范围21.5MHZ-32.2MHZ各静态工作点电压基本一样。
由此可知，西勒振荡器效果比克拉泼差了许多。
在调节频率过程中，仍需调节电阻RES2使放大器工作在最佳的状态，达到最好的效果。
可能参数设计有问题修改L、C的参数，对调节提高振荡器的频率效果不大。
测试图:西勒39.0MHZ时输出西勒40.0MHZ时输出西勒40.6MHZ时输出并联晶体振荡从表格可以看出，并联晶体振荡并不是频率一样放大倍数就一样大，输出越大的，并不一定是你想要的。
需调节电阻RES1使放大器工作在最佳的状态，达到最好的效果。
测试图：并联晶体振荡20.0MHZ输出总结以及心得体会：本次设计花费一周多，快两周的时间，虽然波形已经出来了，但是还有许多地方还需要改进，但是时间已经不应许了。
如一级幅度并不是很大，加了二级之后一级的振荡幅值也下降了许多，这是因为二级输入电阻变成了一级的输出电阻，与一级输出电阻相连分压。
尤其是西勒加了二级之后看到的就是十几毫伏的杂波了，只有放大输出才能看到好的波形。
带负载能力差，加上负载，波形就会变得很小很乱，需要在以后的实践中加一个缓冲级，以提高带负载能力。
电感的制作很重要，我绕电感的技术不行，要1uH的电感，我绕了几个都不好，波形差（最后我拿焊台上别人绕好的电感用，效果好很多）。
克拉泼、西勒的二级发射级段，已过测试发现发射级电阻越小越好，太大容易失真变形。
最重要的是我切身认识的画图很重要，本次设计失败了四、五块板，但是原理图是一样的，参数也一样，究其原因只是PCB不同而已，今后要加强自己画板的能力。
