实验3 电容三点式LC振荡器实验指导

实验3 电容三点式LC振荡器

一、实验准备

1．做本实验时应具备的知识点：

 三点式LC振荡器

 西勒和克拉泼电路

 电源电压、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器工作的影响

2．做本实验时所用到的仪器：

 LC振荡器模块

 双踪示波器

 万用表

二、实验目的

1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统；

2．掌握电容三点式LC振荡电路的基本原理，熟悉其各元件功能；

3．熟悉静态工作点、耦合电容、反馈系数、等效Q值对振荡器振荡幅度和频率的影响；

4．熟悉负载变化对振荡器振荡幅度的影响。

三、实验电路基本原理

1.概述

ＬＣ振荡器实质上是满足振荡条件的正反馈放大器。ＬＣ振荡器是指振荡回路是由Ｌ

Ｃ元件组成的。从交流等效电路可知：由ＬＣ振荡回路引出三个端子，分别接振荡管的三

个电极，而构成反馈式自激振荡器，因而又称为三点式振荡器。如果反馈电压取自分压电

感，则称为电感反馈ＬＣ振荡器或电感三点式振荡器；如果反馈电压取自分压电容，则称

为电容反馈ＬＣ振荡器或电容三点式振荡器。

在几种基本高频振荡回路中，电容反馈ＬＣ振荡器具有较好的振荡波形和稳定度，电

路形式简单，适于在较高的频段工作，尤其是以晶体管极间分布电容构成反馈支路时其振

荡频率可高达几百ＭＨＺ～ＧＨＺ。

2.ＬＣ振荡器的起振条件

一个振荡器能否起振，主要取决于振荡电路自激振荡的两个基本条件，即：振幅起振

平衡条件和相位平衡条件。

振荡器的频率稳定度

频率稳定度表示：在一定时间或一定温度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化程

度，常用表达式：Δf／f来表示（f为所选择的测试频率；Δf为振荡频率的频率误差，

００００

Δf＝f－f；f和f为不同时刻的f），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳

００２０１０２０１０

定度越高。由于振荡回路的元件是决定频率的主要因素，所以要提高频率稳定度，就要设

法提高振荡回路的标准性，除了采用高稳定和高Q值的回路电容和电感外，其振荡管可以

采用部分接入，以减小晶体管极间电容和分布电容对振荡回路的影响，还可采用负温度系

数元件实现温度补偿。

振荡器的调整和参数选择

以实验采用改进型电容三点振荡电路（西勒电路）为例，交流等效电路如图3-1所示。

图3-1 电容三点式LC振荡器交流等效电路

(1)静态工作点的调整

合理选择振荡管的静态工作点，对振荡器工作的稳定性及波形的好坏，有一定的影响，

偏置电路一般采用分压式电路。

C3

BG

C1

R

C

C2

L

当振荡器稳定工作时，振荡管工作在非线性状态，通常是依靠晶体管本身的非线性实

现稳幅。若选择晶体管进入饱和区来实现稳幅，则将使振荡回路的等效Q值降低，输出波

形变差，频率稳定度降低。因此，一般在小功率振荡器中总是使静态工作点远离饱和区，

靠近截止区。

（2）振荡频率f的计算

f=

1

2L(cc)



T

式中C为C、C和C的串联值，因C（300p）>>C(75p),C(1000P)>>C(75p)，故C≈C，

T1231323T3

所以，振荡频率主要由L、C和C决定。

3

(3) 反馈系数F的选择

F=

C

1

C

2

300

0.3

反馈系数F不宜过大或过小，一般经验数据F≈0.1～0.5,本实验取F=

1000

5.克拉泼和西勒振荡电路

图3-2为串联改进型电容三点式振荡电路——克拉泼振荡电路。

图3-3为并联改进型电容三点式振荡电路——西勒振荡电路。

V

CC

R

b1

R

C

CL

1

CR

be

R

b2

V

CC

R

b1

R

C

C

1

CRC

be

C

C

3

C

2

R

b2

C

2

图3-2 克拉泼振荡电路 图3-3 西勒振荡电路

6．电容三点式LC振荡器实验电路

电容三点式LC振荡器实验电路如图3-4所示。图中3K05打到“S”位置（左侧）时

3TP01

1

3U01

31+12V1

+5VVin

G

N

D

3C14

3R08

2

3R09

3C133W01

3C15

3D01

3C043C10

3R03

3R07

S

3R01

3L01

3K05A

3TP02

P

3Q01

3C02

S

P

3R05

3K05B3Q02

3C11

220P3P01

1

3C12

1000P

OUT

输出

3R023K013K023K033K043W02

3R06

510

3C01

3R043C03

3C063C073C083C09

GND1

1

图3-4 LC振荡器实验电路

为改进型克拉泼振荡电路，打到“P”位置（右侧）时，为改进型西勒振荡电路。3K01、3K02、

3K03、3K04控制回路电容的变化。调整3W01可改变振荡器三极管的电源电压。3Q02为射极跟

随器。3TP02为输出测量点，3TP01为振荡器直流电压测量点。3W02用来改变输出幅度。

四、实验内容

1．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡器电压峰—峰值V，并以频率计测量振荡频

P-P

率。

2．测量振荡器的幅频特性。

3．测量电源电压变化对振荡器频率的影响。

五、实验步骤

1．实验准备

插装好LC振荡器模块，按下开关3K1接通电源，即可开始实验。

2．西勒振荡电路幅频特性的测量

示波器接3TP02，频率计接振荡器输出口3V01。电位器3W02反时针调到底，使输出最大。

开关3K05拨至右侧，此时振荡电路为西勒电路。3K01、3K02、3K03、3K04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3K01、3K02往上拨，其接入电路

的电容为10P+50P=60P。按照表3-1电容的变化测出与电容相对应的振荡频率和输出电压（峰

一峰值V），并将测量结果记于表中。

P-P

表3-1

电容C（pf） 10 50 100 150 200 250 300 350

振荡频率f(MHZ)

输出电压VP-P(v)

注：如果在开关转换过程中使振荡器停振无输出，可调整3W01，使之恢复振荡。

3．克拉泼振荡电路幅频特性的测量

将开关3K05拨至左侧，振荡电路转换为克拉泼电路。按照上述方法，测出振荡频率和输

出电压，并将测量结果记于表3-1中。

4．波段覆盖系数的测量

波段覆盖即调谐振荡器的频率范围，此范围的大小，通常以波段覆盖系数K表示：

K

f

max

f

min

测量方法：根据测量的幅频特性，以输出电压最大点的频率为基准，即为一边界频率，

再找出输出电压下降至处的频率，即为另一边界频率，如图3-5、图3-6所示，再由公式

求出K。

V

V

1

2

11

0.50.5

00

fff

minmaxmax

ff

f

min

图3-5 图3-6

5．测量电源电压变化对振荡器频率的影响

分别将开关3K05打至左测（S）和右侧（P）位置，改变电源电压E，测出不同E下的振

CC

荡频率。并将测量结果记于表3-2中。

其方法是：频率计接振荡器输出3P01，电位器3W02反时计调到底，选定回路电容为50P。

即3K02往上拨。用三用表直流电压档测3TP01测量点电压，按照表3-2给出的电压值Ec，调整

3W01电位器，分别测出与电压相对应的频率。表中△f为改变Ec时振荡频率的偏移，假定

Ec=10.5V时 ,△f=0，则△f=f-f。

10.5V

表3-2

E（V） 10.5 9.5 8.5 7.5 6.5 5.5

C

串联（S） F(MHZ)

△f(KHZ)

E（V） 10.5 9.5 8.5 7.5 6.5 5.5

C

并联（P） F(MHZ)

△f(KHZ)

6．8.8MHZ频率的调整

在用各个模块构成无线收、发系统时，需要用到LC振荡器模块，作为接收系统中的本振

信号。此时振荡频率需要8.8MHZ左右，如何得到8.8MHZ左右的频率，其方法如下：

（1）振荡电路为西勒电路时（3K05往右），3K01、3K02、3K03、3K04四个开关全部往下

拨，此时输出的振荡频率为8.8MHZ左右。如果频率高于8.8MHZ，可将3K01往上拨，这样频率

可以降低。

（2）振荡电路为克拉泼电路时（3K05往左），3K02、3K03接通（往上拨），此时输出振

荡频率为8.8MHz左右。如果频率相差太大，可调整四个开关的位置。

六、实验报告

1．根据测试数据，分别绘制西勒振荡器，克拉泼振荡器的幅频特性曲线，并进行分析

比较。

2．根据测试数据，计算频率稳定度，分别绘制克拉泼振荡器、西勒振荡器的

f

—

E

C

f

0

曲线。

3．对实验中出现的问题进行分析判断。

4．总结由本实验所获提的体会。