东南大学-通电实验-实验6正弦波压控振荡器实验.docx
4页
实验二 正弦波压控振荡器实验实验目的 . 1. 通过实验，进一步加深理解LC振荡电路的基本工作原理，熟悉振荡电路的起振条件及影响频率稳定度的因素 2. 理解压控振荡电路的工作原理，加深对压控特性的理解实验仪器与器材 双踪示波器（大于40MHZ） 1台 万用表 1只 IST－B智能信号测试仪 1台 高频信号发生器 1台实验电路压控振荡器（VCO）的一般特性如下图 3.1 所示，当不加控制电压时，其输出频率为自 由振荡频率；当控制电压 uC 增加时，输出振荡频率升高；当控制电压 uC 减小时，输出振荡 频率降低f (Hz)uCf o因此，控制电压与输出频率的关系可表示为(这里认为是线性器件)：式 3.1 中，ω0 为自由振荡频率，K0 为压控灵敏度，Vc (t)为控制电压压控灵敏度定义为 单位控制电压引起 VCO 振荡频率的调控增量，用 Ko表示，单位 Hz/V通常，采用变容二极管作为 VCO 器件变容二极管是利用 PN 结的结电容随反向电压 而变化这一特性而设计制作成的一种压控电抗元件。
变容二极管的符号和结电容变化的曲线 如图 3.2 中所示CjQUQUΩmCj Cj(t)CoQ-uR-uR0 0 t0 由于变容二极管的结电容较小，通常为几十 pF，所以变容管构成的 VCO 振荡频率在高 频段以变容管为 VCO 的原理图如图 3.3 所示将变容二极管接入 LC 振荡器的振荡回路 中，让变容管的可调电容参与振荡频率，就构成了变容二极管 VCO图 3.3(b)和(a)分别为 振荡交流通路和变容二极管电压控制电路由图中可知该振荡器为 Clapp 振荡器，变容二极 管与 2.2μH 电感并接以后参与 LC 回路，调节振荡频率必须注意的是变容二极管必须处于 反偏工作状态，因此图中控制电压 uC 为正的调变电压加在变容二极管负极，而变容二极管 的正极通过 2.2μH 电感接地，如图 3.3(c)所示的变容二极管控制电路该 VCO 的输出频率 范围为 100MHz~110MHz输出10pF0.1μF20KΩ50Ω0.1μF2.2μH20pFCj 0.47μH0.15μH20pF100pF2.2μH2.2μH0.47μH CuC j 10KΩ0.15μH2.2μH uC1mHVEE 0.1μF 4KΩ100pF0.1μF在本实验中，所采用 VCO 电路图如图 3.4 所示。
图中 BG7 为振荡管，D4、D5 为变 容二极管，T3 为振荡线圈这样，由 BG7 和这三个元件就构成了改进型共基极电容三点式 电路只要改变 D4、D5 PN 结的结电容，就可以改变振荡器的振荡频率调节电位器 W4 可以改变压控振荡器的基极偏置，从而调节其静态工作点工作点趋低，反馈减小，振荡趋 弱，波形趋好；工作点趋高，反馈加强，振荡趋强，但波形趋差图中 R49、R50 为偏置电阻，R51 为阻尼电阻，其作用是消除寄生振荡振荡信号从 BG7 发射极输出，BG8、BG9 构成共集组态电路，为隔离缓冲、滤波电路，一方面减小输 出电路对振荡回路的影响，另一方面使信号波形在一定程度上得到改善图中 P21 改变 BG7 静态工作点，P23 为压控控制端，调节 W5 可改变此电压，改变振 荡频率，P24 为振荡器输出端实验内容与步骤 1. 将拨动开关JP13置于1~2之间，接通“正弦波压控振荡器与调频信号的产生电路”的直流电压； 2. 用数字万用表测量P21点的直流电压，调节电位器W4，使该点电压为－3.5V； 3. 分别用示波器和频谱仪观察P24点的波形，调节电位器W5，观察输出波形频率变化的情况； 4. 测量压控振荡器的压控特性。
调整W5（用万用表测控），用IST－B的“频率测量”（11号）功能测量所对应电压的P24点的频率值，并用IST－B的“交流电压测量”（15号）功能（或使用毫伏表）测量P24点相应的幅值，填写在表中 5.选压控电压为－5V，调节W4，观察P24点信号波形的变化；实验数据与分析1.按下表给出的P23点的压控电压，调整W5（用万用表测控），用IST-B的“频率测量”（11号）功能测量所对应电压的P24点的频率值，并用IST-B的“交流电压测量”（15号）功能（或使用毫伏表）测量P24点相应的幅值，结果如下表：P23压控电压（V）-9-8-7-6-5-4-3-2-1-0.5P24脚输出频率f(MHz)3.874.245.126.127.418.8910.4412.0313.9314.93输出电压幅度（mv）85.36147.2263.9474.3868.71226160615131260909 当调节W5即改变压控电压，波形频率随电压升高出现峰值2.将实验数据处理得VCO控制特性曲线： 可见实验数据处理得到的图像与右图的理想情况仍存在一定差距，可能由于实验器材本身及利用示波器测量时引起误差。
3.根据式2.2，利用特性曲线，求得该压控振荡器的压控灵敏度k=(13.93-5.12)/(-1+7)=1.46 Hz/V 与利用matlab函数p=polyfit(Uc,f,1)得到斜率p =1.3431结果相近4.当选定压控电压为－5V，调节电位器W4改变静态工作点工作点趋低，反馈减小，振荡趋弱，波形趋好；工作点趋高，反馈加强，振荡趋强，但波形趋差①输出频率f-压控电压U曲线如下：②输出电压幅度A-压控电压U曲线如下：1. 利用特性曲线，求出该压控振荡器的压控灵敏度K0由作出的f-u曲线，可见输出频率与压控电压基本呈线性关系在曲线上取A、B两点，如图：A(-7V,4.8MHz),B(-2V,10.8MHz) 则2. 压控电压选为-5V,调节W4，观察P24点信号波形的变化：将W4沿着一个方向转动时，频率基本不改变，而信号的幅度先变大后变小，因为W4改变的时电路的直流工作点电压，使输出信号完整或失真。
