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高频21
高频电子电路实验数据分析
专业班级:
电子0941班
学生姓名:
金志超、刘衡、牛超、朱光明
学号:
18号、21号、27号、42号
指导教师:
姜航
电气与信息学院
和谐勤奋求是创新
摘要
本次论文主要对电容反馈LC振荡器以及石英晶体振荡器这两个实验进行了简单的介绍:
主要包括振荡电路的实验原理,实验的操作步骤以及实验结果等,然后根据所测得的实验数据以及实验过程中出现的现象进行了简要的分析和思考。
关键词:
电容反馈、三点式振荡器、石英晶体振荡器、数据分析
Abstract
ThispapermainlytothecapacitancefeedbackLCoscillatorsandquartzcrystaloscillatorthetwoexperimentsofasimpleintroduction:
mainlyincludingtheoscillatingcircuitprincipleoftheexperiment,theexperimentaloperationprocedures,andtheexperimentalresultsandsoon,andthenaccordingtotheexperimentaldataandthemeasuredexperimentalappearedintheprocessofphenomenonbrieflyanalysedandthinking.
Keywords:
capacitancefeedback,threepointformoscillator,quartzcrystaloscillator,dataanalysis
一、实验原理
1、电容反馈LC振荡器实验的原理
当电路参数选取合适,满足振幅起振条件时,电路起振。
当忽略负载电阻、晶体管参数及分布电容等因素影响时,振荡频率
可近似认为等于谐振回路的固有振荡频率
,即
,式中
近似等于
。
图1电容反馈LC振荡器
图1所示的振荡器,由于晶体管各电极直接和振荡回路元件L、C1、C2、并联,而晶体管的极间电容(主要是结电容)又随外界因素(如温度、电压、电流等)的变化而变化,因此振荡器的频率稳定性不够高。
为了提高振荡器的频率稳定性,实际中更多的采用能够减小晶体管与回路之间耦合的改进型电容反馈振荡器。
2、石英晶体振荡器
石英晶体振荡器,石英谐振器简称为晶振,它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。
这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动,当交变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时,振动便变得很强烈,这就是晶体谐振特性的反应。
利用这种特性,就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。
由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点,被应用于家用电器和通信设备中。
石英谐振器因具有极高的频率稳定性,故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件。
二.实验内容及步骤
一、电容反馈LC振荡器
实验电路如图1-l所示,接好地线与12V线,C6接A,此时停振。
接通电源,用万用表测得三极管VE电压,改变Rt,使VE变化,IEQ=VE/R2。
图1-1电容三点式振荡电路
1.振荡频率与幅度的测试
IEQ=2mA,C3接C,C6接A,R5接D,C8、C9、C10分别接B,测振荡频率f与幅值VP-P。
填入表1-1
(1)、
(2)。
2.当C2、C3、C4、C5、C6、C7分别接入时,振荡点、振幅与IEQ的关系。
R5接D,C10接B,C2接C,C5接A,改变IEQ测Vp-p。
C3接C,C6接A,C4接C,C7接A,分别重复上述测试。
填入表1-2
(1)、
(2)。
3.频率稳定度的影响
①改变电阻的影响
C10接B,C2接C,C5接A,IEQ=3mA,电阻R5、R6、R7分别接D,记录振荡频率。
填入表1-3
(1)、
(2)。
②IEQ对频率的影响
C10接B,C2接C,C5接A,R5接D,改变IEQ,记录振荡频率。
填入表1-4
(1)、
(2)。
二、石英晶体振荡器
实验电路如图2-l所示,接好地线、12V线,接通电源。
图2-l串联型晶体振荡器
1.调节Rt,用万用表测得三极管T的VE,计算IEQ范围,IEQ=VE/R4;
2.测量当工作点在不同值时的振荡频率及输出电压峰-峰值;填入表2-1
(1)、
(2)。
3.输出分别加RL1、RL2、RL3,观察波形变化;填入表2-2
(1)、
(2)。
三.实验数据分析
一、电容反馈LC振荡器
1.振荡频率与幅度的测试
数据一:
表1-l
(1)
C8、C9、C10分别接B
F(MHz)
Vp-p(V)
C8
7.80
0.31
C9
6.53
0.55
C10
5.95
0.73
数据二:
表1-l
(2)
C8、C9、C10分别接B
F(MHz)
Vp-p(V)
C8
6.254
0.632
C9
6.532
0.545
C10
5.987
0.703
实验数据分析:
理论上可以知道:
当接入B点的电容增大时,振荡频率减小,这是因为回路中的总电容约等于B点接入的电容,由振荡频率的公式可得,频率f随着c的增大而减小,振荡电压也随之增大。
从表1-1中可以看出:
此表中的实验数据可以看出频率随着c的增大而减小,幅度随着c的增大而增大,基本与理论相符。
2、数据一:
表1-2
(1)
R5→D;C10→B
C2→C;C5→A
IEQ(mA)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Vp-p(V)
0.496
0.694
1.17
1.595
2.01
2.275
C3→C;C6→A
IEQ(mA)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Vp-p(V)
0.665
0.765
1.14
1.52
1.95
2.105
C4→C;C7→A
IEQ(mA)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Vp-p(V)
0.076
0.086
0.134
0.174
0.215
0.255
数据二:
表1-2
(2)
R5→D;C10→B
C2→C;C5→A
IEQ(mA)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Vp-p(V)
0.251
0.468
0.661
0.866
0.998
C3→C;C6→A
IEQ(mA)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Vp-p(V)
0.271
0.357
0.518
0.694
0.892
1.048
C4→C;C7→A
IEQ(mA)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Vp-p(V)
0.053
0.062
0.083
0.104
0.128
0.150
应用MATLAB进行数据绘图得到:
实验数据分析:
理论上:
当C点和A点的接入电容不变时,
,Yfe随着IEQ增大而先增大后减小,在P1,P2,g
都不改变的情况下,|Auo|也随着IEQ的增大,先增后减;故输出振幅也随着IEQ增大而先增大后减小,在P1,P2,g
都不改变的情况下,|Auo|的值也随的增大先增后减。
当C点和A点的接入电容改变时,输出幅值也随之变化。
从表1-2的数据可以看出:
当C点和A点的接入电容不变时,随着IEQ增大输出幅值也随之增大,与理论有出入,原因是IEQ的变化较小,没有达到输入输出幅值变小的状况。
当C点和A点的接入电容改变时,基本与理论相符。
3.频率稳定度的影响
①改变电阻的影响
数据一:
表1-3
(1)
R
1K
10K
110K
F(MHz)
6.29
6.19
数据二:
表1-3
(2)
R
1K
10K
110K
F(MHz)
6.251
6.155
实验数据分析:
理论上:
当R的阻值增大时回路的等效电阻增大,频率F随之减小。
由表1-3的数据可得:
此组数据基本与理论相符,当R增大时频率F有略微的减小;当R=1k时,根据
,|Auo|<1,由于不满足起振条件,所以电路不起振,故无法测出该组的数据。
②IEQ对频率的影响
数据一:
表1-4
(1)
IEQ(mA)
1
2
3
F(MHz)
5.68
5.664
5.64
数据二:
表1-4
(2)
IEQ(mA)
1
2
3
F(MHz)
6.199
6.184
6.158
实验数据分析:
理论上:
电容COe和Cbe是IEQ的函数,IEQ增大时COe和Cbe均减小,而回路的总电容C变大,所以频率F会变小。
由表1-4的数据可得:
随着IEQ的增大,频率F略有减小,基本与理论相符。
二、石英晶体振荡器
1、测量当工作点在不同值时的振荡频率及输出电压峰-峰值。
数据一:
表2-l
(1)
VE(V)
3.97
4.17
4.37
4.57
4.77
4.97
5.17
5.37
Vout(V)
3.23
3.35
3.45
3.58
3.70
3.79
3.88
3.92
fout(MHz)
5.997
5.997
5.997
5.997
5.997
5.997
5.997
5.997
数据二:
表2-l
(2)
VE(V)
5.44
5.15
4.86
4.57
4.28
3.99
3.70
3.44
Vout(V)
0.782
0.742
0.678
0.664
0.601
0.576
0.536
0.503
fout(MHz)
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
6.00
应用MATLAB进行数据绘图得到:
实验数据分析:
理论上:
当VE增大时,电流IEQ=VE/R4,所以电流IEQ随之增大,由上个实验可以得出:
随着IEQ的增大输出电压Vout随之增大,振荡频率主要由石英晶体的参数决定,而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性,所以fout的数值基本不变。
从表2-1的数据可得:
测量数据基本与理论相符;当石英晶体满足起振条件时,电路就能产生振荡。
由实验数据也可以看出,石英晶体的选频特性比较好,所以实验得出的数据fout基本没有变化。
2、输出分别加RL1、RL2、RL3,观察波形变化。
数据一:
表2-2
(1)
1K
10K
100K
幅度(V)
2.35
2.42
2.415
数据二:
表2-2
(2)
1K
10K
100K
幅度(V)
0.762
0.762
0.762
实验数据分析:
理论上:
随着电阻RL的增大,输出幅值比较稳定,基本没有变化。
从表2-2的数据可得:
当阻值在1k~100K取值时,本组所测的数据基本不变,与理论值相符。
四.心得体会
通过本实验,加深对LC三点式与石英晶体正弦波振荡电路的基本构成特点与基本工作原理的理解,并且能进一步了解正弦波振荡电路的基本起振条件,掌握三点式与石英晶体振荡的基本特性,熟悉和掌握对电路的分析方法。
掌握LC振荡电路的基本原理;掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响;掌握反馈系数不同,静态工作电流IEQ对起振及振幅的影响。
在报告的完成中,我们小组虽然遇到了很多困难,但是通过查阅相关资料和复习相关知识,最后困难都被我们一一克服了。
完成这个实验后,我对高频电子线路的知识有了更深一层的理解。
通过本次报告,巩固了我们学习过的专业知识,考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料,和组织材料的综合能力;从中可以自我测验,认识到自己哪方面有欠缺、不足,以便于在日后的学习中得以改进、提高。
参考文献:
[1]谢嘉奎《电子线路》非线形部分(第四版)高等教育出版社1996
[2]张义芳冯建化《高频电子线路》哈尔滨工业大学出版社1998
[3]沈伟慈《高频电路》西安电子科技大学出版社2000
[4]杜武林李纪澄曾兴雯编《高频电路原理与分析》(第二版)西安电子科技大学出版社1994
[5]曾兴雯刘乃安陈健编《高频电路原理与分析》(第三版)西安电子科技大学出版社2001
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