变频器的制作与调试

变频器是调幅收音机的前端高频电路，由输入回路、本机振荡电路、混频电路和中频选择回路构成，其主要作用是接收空中外来电台信号，从中选出一个所需电台，再将其频率变为固定中频465k Hz，达到变换载频的目的，故称变频器。

3．1．1 任务目标

(1)了解无线电信号传输的基本知识。

(2)掌握输入电路的种类与工作原理。

(3)掌握变频器的组成与工作原理。

(4)掌握正弦波振荡器的基础知识。

(5)能完成正弦波振荡器实验并进行相关调试。

(6)能完成调幅收音机变频器电路制作并进行相关调试。

3．1．2 基础知识一

无线电信号传输的基本知识

收音机是一种常见的无线电设备，无线电信号传输的基本知识是我们研究无线电设备的入门课。

1．无线电电磁波

声波是发声体机械振动的结果，这种振动以约340m/s的速度在空气中传播。例如人在讲话的时候，声带颤动迫使周围空气产生压缩和稀疏的振动，当这种振动传入人耳后，再由听觉神经送到大脑，便听到了声音。尽管声波能被人耳直接听到，但声波难以直接远距离传送。

为了让声音传播得更远，人们早先发明了有线广播，近似现在的座机电话，这种方式还是有一定的局限性，需要导线，不能传播更远的地方。于是人们设想能有一种不需要导线，也能在空中漫游的电信号，它就是电磁波。电磁波和声波有着本质上的不同，前者是靠电磁振荡产生，后者是机械振动的结果。

电磁波的产生与传播原理: 只要导线中有交流电通过，在空间就会激起一串交替变化的电场和磁场，它们由近及远地向外传播，这种传播的电磁场就称作电磁波。通俗地说，电磁波就是变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场产生振荡的电场，振荡的电场产生振荡的磁场，振荡的磁场产生新的振荡的电场……即电生磁、磁生电、电又生磁……这样循环往复在空间不断扩展的过程，电磁波的形成如图3-1-1所示。电磁波的传播不需要导线，“无线电”因此而得名，其传播速度和光速一样，近似3×108m/s。

图3-1-1 电磁波的形成

2．无线电波段的划分

电磁波的频率范围很宽，根据频率范围的不同，它分为无线电波、红外线、可见光、紫外线和X射线等。无线电技术中所使用的电磁波称为无线电波，其频率范围一般从几十千赫兹到几十万兆赫兹。无线电波按频率或波长范围的不同可划分成几个频率或波段范围，见表3-1-1。

表3-1-1 无线电波段划分一览表

3．无线电波的传播方式

(1)地波传播

地波又叫地面波，其传播方式是指无线电波沿着地球表面进行传播的，如图3-1-2所示。地波传播的对象主要是处于中波、长波和超长波波段的无线电波。

图3-1-2 地面波传播方式

(2)天波传播

天波，是指无线电波经由电离层反射传播，如图3-1-3所示。天波传播的主要对象是处于短波波段的无线电波，中波在夜里也可以采用天波的传播方式。天波传播的特点主要是传播距离远，覆盖范围大，几乎可以达到地球的各个地方。

(3)空间波传播

空间波，是指无线电波在大气层底部以直线和地面反射的形式传播，如图3-1-4所示。空间波传播的主要对象是超短波和微波。空间波传播的特点是传播距离短，接近于视距距离，其传播距离的增大主要依靠增加中继站。微波中继通信要每隔50～60km设一个中继站。微波中继、市内移动通信、调度通信、电视广播、卫星通信、雷达等都采用这种传播方式。

图3-1-3 天波传播方式

图3-1-4 空间波传播方式

4．调幅信号

人耳只能听到声波，而听不到属于高频段的无线电波。于是出现这样的矛盾: 由声波转换来的音频信号因频率低难以直接辐射到远处空间; 而能够远距离传播的高频无线电波不能直接转换成声波让人耳收听到。人们从高频无线电波辐射特性中受到启发，能否将低频的音频信号载到高频的无线电波上去呢?

把要传递的电信号加到高频等幅振荡信号(高频载波)上去的过程称作调制。调幅是指用低频信号去控制高频载波，高频载波的振幅随调制信号(低频信号即音频信号)的变化而变化，而载波的频率不变化。高频等幅振荡电路产生的高频载波如图3-1-5所示，调制信号即低频信号如图3-1-6所示，经调制后产生的调幅波如图3-1-7所示，调幅波的频率不变，幅度随低频信号的幅度变化而变化，即外包络线形状近似于低频信号形状。调制的方式还有调频，是指用低频信号去控制高频载波，高频载波的频率随调制信号的变化而变化，而高频载波的幅度保持不变。

图3-1-5 载波

图3-1-6 低频信号

图3-1-7 调幅波

不同的广播电台，采用不同频率的载波，彼此互不干扰。例如，湖南经济广播电台的载波频率是900k Hz，北京广播电台生活台的载波频率是927k Hz，由于载波频率不同，同时广播也不会相互干扰。同时，由于载波频率较高，可以通过广播电台的发射天线将信号传播到很远的地方。

5．无线电波的发射和接收

(1)无线电波的发射

如图3-1-8为无线电广播发送示意图，发送系统由话筒、高频振荡器、调制器、高频功率放大器及天线组成。

在发射端，首先利用话筒将语言和音乐等声音转化为相应的电信号即微弱的音频信号，再将音频信号进行音频放大，然后进行调制，调制后的信号称为已调信号，最后已调信号再经过高频功率放大后，由天线实现无线电波的空中发射。

(2)无线电波的接收

如图3-1-9为最简单的无线电广播接收示意图，由输入调谐回路、解调器、音频放大器、扬声器等四部分组成。

图3-1-8 无线电波发射框图与各部分波形图

接收机的天线接收到许多不同频率的已调波，并将其转变为相应频率的电动势，由输入调谐回路选择出所要收听的电台信号，由解调器解调出音频信号，音频放大器将解调出的音频信号放大后再由耳机或扬声器还原成声音。

图3-1-9 无线电接收框图与各部分波形图

3．1．3 基础知识二

输入电路的种类与工作原理

天线是用来接收空间电磁波并使之转化为收音机的输入信号。收音机的接收天线可分为磁性天线和外接天线两种，外接天线又可分为拉杆天线、外架天线、拖尾天线等。下面重点介绍一下磁性天线。

磁性天线又叫磁棒天线，它由一根长圆或扁长形磁棒和线圈组成，如图3-1-10(a)所示。中波磁棒用锰锌铁氧体制成，长度应大于140mm。一般来说，磁棒越长，接收的灵敏度也就越高。线圈由多股纱包线绕制而成，一般把线圈放在磁棒的两端，这样可以提高输入谐振回路的Q值。短波磁棒用镍锌铁氧体制成，短波线圈多用镀银铜线绕制，其目的是提高回路的Q值。磁性天线具有方向性，当电磁波的传播方向与磁棒的轴线垂直时，产生的感应电动势最大，收音效果最佳，如图3-1-10(b)所示。

输入电路也叫输入回路、调谐电路，是无线电信号进入收音机的大门，其作用就是选择电台，所以也称选台电路。

图3-1-10(a) 磁性天线和线圈

图3-1-10(b) 磁棒的最佳位置

1．磁性天线输入电路

磁性天线输入电路如图3-1-11所示，它是由可变电容器C1、微调补偿电容C'及绕在铁氧体磁棒上的调谐线圈L1和耦合线圈L2组成的。磁棒的磁导率很高，当广播电台发射的高频已调波通过磁棒时，磁棒上的线圈能感应出强弱不同、频率不同的信号的电动势。由于线圈L1和电容C1组成串联谐振回路，故改变C1可改变谐振电路的谐振频率。调节C1使调谐回路的谐振频率f0与某电台的信号频率相同，此时线圈中感应出的感应电动势最大，而其他信号感应出的感应电动势非常小，于是其他信号就被抑制掉了。这样，所选出的电台信号再通过耦合线圈L2输送到收音机的变频电路。

2．外接天线输入电路

为了提高接收机的灵敏度，经常使用磁性天线输入电路加外接天线。外接天线与输入电路之间的连接方式常用的有三种: 电容耦合式、电感耦合式和电容电感耦合式。

(1)电容耦合式 适用于中波波段。如图3-1-12所示，电路工作时，外接天线接收到电台信号，经C3耦合到调谐回路，由调谐回路选出有用信号再经L1、L2耦合到下一级电路。

图3-1-11 磁性天线输入电路

图3-1-12 电容耦合式

(2)电感耦合式 适用于短波波段。如图3-1-13所示，电路工作时，外接天线接收到电台信号，经过天线线圈L3与L1的互感作用，把信号传输到调谐回路，由调谐回路选出有用信号再经L1、L2耦合到下一级电路。

(3)电容电感耦合式 适用于短波波段。这三种电路的比较: 电容耦合式在波段频率的低端容抗较大，使低端灵敏度低，高端灵敏度高，电感耦合式则与之相反，且这两种电路的电压传输都不均匀，只是结构比较简单; 如图3-1-14所示，电容电感耦合式兼备前两种电路的长处，且在整个频段内电压传输较均匀，但是调整比较麻烦。

图3-1-13 电感耦合式

图3-1-14 电容电感耦合式

3．1．4 基础知识三

变频器的组成与工作原理

调幅收音机每个电台的频率都不同，而三极管放大电路对每一个不同频率的电台信号放大量是不一致的，导致在频段范围内每个电台灵敏度不相同，解决的最好办法就是采用变频处理，即产生一个本机振荡信号，其频率始终比外来信号高465k Hz，外来信号和本机振荡信号均送往混频电路去混频，然后选出它们的差频信号(465k Hz信号)作为中频信号送往后级中放，我们把这种形式的调幅收音机称为超外差式调幅收音机。

1．变频器的作用

直放式收音机和超外差式收音机的主要区别就是变频电路，变频电路是超外差式收音机的关键部分，它把输入回路选择出来的高频调制信号变为465k Hz的中频调制信号，并将其送至中频放大级。

2．变频器的工作原理

变频器由混频器、本机振荡器(简称本振)和选频回路(中频谐振回路)三部分组成，其方框图及各部分波形如图3-1-15所示。其工作原理主要是利用本机振荡器产生等幅振荡信号，与外来已调信号一同加到混频器上，其输出端将出现许多频率分量，有原来输入信号的载频，已调信号与本振信号的和频、差频，以及多次谐波，而有用信号却是已调信号与本振信号的差频信号即中频信号(465k Hz)由中频谐振回路选出。虽然高频信号经变频处理变成了中频信号(465k Hz)，但外包络还是没有变，还是包含低频信号，即包含音频信号。

在调幅收音机中，本振频率一般始终高于外来信号一个中频465k Hz。为了保持外来信号频率和本振频率的差值固定为中频不变，一般将本振选频网络中的电容与输入调谐回路中的电容采用双联同轴方式调节。

3．变频器电路的实例分析

如图3-1-16所示，从磁性天线感应来的信号，由双联可变电容C1a(输入联)、微调补偿电容C'以及线圈L1组成的输入电路利用串联谐振原理进行调谐选台，选出的有用信号经L1、L2的互感作用耦合送到V1的基极，相对于已调信号而言，该电路为共发射极电路形式，其中R1是V1的基极偏置电阻，R2是为了晶体管工作稳定而设置的发射极电阻，R13是集电极偏置电阻，R3是隔离电阻，C2是高频旁路电容，使基极对本振信号来说是接地的。本机振荡电路由T2线圈、双联可变电容C1b(振荡联)和补偿电容C″组成，相对于本振信号而言，电路为共基极振荡电路，本振信号经C3注入V1发射极，振荡频率始终超出外来信号频率465k Hz。

图3-1-15 变频器的组成框图及各部分波形

图3-1-16 变频器电路原理图

混频后的多种频率的信号由集电极输出，经R3输入到以T3初级线圈为主要元器件的中频调谐回路，从中选出频率为465k Hz的差频作为固定中频信号，再通过T3的次级线圈耦合到下一级调谐放大器电路，达到了变换载频的目的。

3．1．5 技能实训

变频器的制作与测试

3．1．5．1 实训目的

(1)通过电路制作，熟悉元器件的识别及其检测。

(2)熟悉示波器的使用。

(3)进一步理解变频器电路的组成与工作原理。

(4)能完成变频器电路的制作和静态工作点测试。

3．1．5．2 实训器材

(1)HX108-2调幅收音机套件。

(2)万用表、烙铁等工具，示波器、信号发生器。

3．1．5．3 实训步骤

1．变频器电路元器件的识别

(1)变频器电路原理图

变频器电路原理图如图3-1-17所示。简述变频器电路各元器件的作用。

图3-1-17 变频器电路原理图

(2)变频器电路元器件清单

根据表3-1-2元器件清单及元器件外形图，识别并清点变频器电路元器件。

表3-1-2 变频器电路元器件清单及元器件外形

续表3-1-2

2．变频器电路元器件的检测

按表3-1-2，对变频器电路元器件进行检测，判断其好坏。

(1)对R1、R2、R3、R13共4只色环电阻进行识读与测量，判断其阻值是否在误差范围内。

(2)C'、C″、C1a、C1b是一只双联可变电容(C1)，用数字万用表判断容量是否正常并可调。

(3)对变频管V1进行测量，判断其好坏并分别判断出基极、集电极、发射极。

(4)对天线线圈T1进行测量，判断初级线圈和次级线圈阻值是否正常。

(5)对振荡线圈T2进行测量，判断振荡线圈和反馈线圈阻值是否正常。

(6)对中频变压器T3进行测量，判断初级线圈和次级线圈阻值是否正常。

3．变频器电路的安装

(1)按电路装配图安装各元器件(印制板电路图见图3-1-18，只安装变频器电路部分)

(2)安装歩骤

①元器件安装原则: 先小后大，先低后高;

②元器件安装顺序: R1、R2、R3、R13、C2、C3、V1、T2、T3、C1、T1。

(3)注意事项

①R1、R2、R3、R13四只色环电阻认清色环，不能装错;

图3-1-18 印制板电路图

②变频管V1安装时要注意判断管脚，不要装错;

③振荡线圈T2和中频变压器T3(中周)要注意颜色区分，不能调换;

④双联可变电容C1应先固定螺钉再焊接，否则易损坏铜箔;

⑤元器件焊接时尽量贴紧电路板，该立式的用立式，该卧式的用卧式，注意保留元器件引脚的适当长度，焊点要光滑圆润，防止虚焊和搭锡以及短路，焊接完毕元器件多余引脚要剪掉;

⑥磁棒和线圈是易损件应注意保护，先用支架固定再焊接，安装如图3-1-19所示;

图3-1-19 磁棒和线圈安装示意图

⑦红色振荡线圈外壳两脚均应焊牢，多余引脚剪掉，以防调谐盘卡盘。

4．变频器电路的调试

安装完毕后通电调试，判断变频级是否起振，用MF47型万用表直流2．5V挡红表笔接V1发射级，黑表笔接地，然后用手摸双联振荡联(即连接T2端)，万用表指针应向左摆动，说明电路起振工作正常，否则说明电路存在故障，如若需要调整变频级偏置，工作电流不宜太大，否则噪声会很大。

(1)按实训项目对变频管进行静态工作点的测量，并做好相关记录，填入表3-1-3。

表3-1-3 变频管V1静态工作点测试记录

(2)用信号发生器发射640k Hz高频调幅信号，用示波器对变频器电路输出端(T3次级)进行波形测试，反复调整T2磁芯，使变频级输出频率为465k Hz左右，幅度最大; 再用信号发生器发射1500k Hz高频调幅信号，反复调整微调电容C'(输入联)，使变频级输出频率为465k Hz左右，幅度最大; 画出U0输出波形。

3．1．5．4 注意事项

(1)电路通电前，必须先对整个电路板的焊点、连线进行检查，当确认无误后，方可通电调试，且应注意电压是否符合要求和电源极性是否正确;

(2)严格按照6S要求操作，安全第一。

3．1．5．5 实训考核

变频器的制作与测试实训考核评价如表3-1-4所示。

表3-1-4 考核评价表

续表3-1-4

注: 各项配分扣完为止。

3．1．5．6 实训思考

(1)三极管V1的放大倍数及型号对变频器电路工作有什么影响?

(2)磁棒的位置对变频器电路有什么影响? 为什么?

(3)V1的工作电流太大对变频器有什么影响?

3．1．6 知识拓展

正弦波振荡器的基础知识

振荡现象在我们生活中很常见，例如当话筒和扬声器的位置距离较近或相对时，扬声器会发出刺耳的啸叫声，产生这种现象的原因是当话筒与扬声器靠近时，来自扬声器的声音信号传入了话筒，经过放大后又传给扬声器，扬声器再把放大了的信号传给话筒，如此往复就形成了啸叫声，其实振荡现象就是一种正反馈过程。下面我们研究的是一种不需要外加输入信号也能产生一定频率和一定幅度正弦波的正反馈放大电路，即正弦波振荡器。

振荡电路在电子技术领域应用十分广泛，尤其是正弦波振荡电路，其输出波形是正弦波，可用作各种信号发生器、载波振荡器、本机振荡等，如收音机、电视机等都应用正弦波振荡电路，如果没有振荡电路，很多电子电路就不能正常工作。

1．正弦波振荡电路的组成框图及类型

(1)正弦波振荡电路由放大电路、反馈电路、选频电路、稳幅电路四部分组成，如图3-1-20所示。

图3-1-20 正弦波振荡电路组成

①放大电路。通过放大电路，可以控制电源不断地向振荡系统提供能量，以维持等幅振荡，这是满足幅度平衡条件必不可少的。所以放大电路实质上是一个换能器，它起补偿能量损耗的作用。

②正反馈电路。它将放大电路输出量的一部分或全部返送到输入端，使电路产生自激，这是满足相位平衡条件必不可少的，实质上它起能量控制作用。

③选频电路。它只对某个特定频率的信号产生谐振，只有这个特定的频率信号才能使电路满足自激振荡的条件，对于其他频率信号，由于不能满足自激振荡条件，从而受到抑制，其目的在于使电路产生单一频率的正弦波信号。

④稳幅电路。它用于稳定振荡信号的振幅。它可以采用热敏元器件或其他限幅电路，也可以利用放大电路自身元器件的非线性来完成。

(2)正弦波振荡电路的类型分为RC振荡电路、LC振荡电路和晶体振荡电路。RC振荡电路包括桥式振荡电路和移相式振荡电路; LC振荡电路包括变压器耦合式振荡电路和三点式振荡电路; 晶体振荡电路包括串联型石英晶体振荡电路和并联型石英晶体振荡电路。

2．自激振荡的条件

能够产生自激振荡，必须满足一定条件，产生自激振荡的条件是反馈信号与输入信号大小相等，相位相同。

(1)相位平衡条件

反馈信号与所输入信号的相位同相，就是正反馈。

(2)振幅平衡条件

反馈信号的幅度与输入信号的幅度相同。

振荡电路接通电源后，由于电路里会有频率范围很宽的噪声，比如晶体管和电阻内的热噪声，这一信号在选频电路的作用下选出频率为f0的信号被振荡电路放大，又经反馈电路送回到放大电路的输入端，形成一个循环，往复循环下去，振荡就形成了。但是这种循环放大过程不可能使信号的振幅无限制地放大下去，因为受到晶体管非线性特征的限制，放大倍数逐渐减小，振幅达到某一数值后就不再增大，达到平衡状态，振荡电路进入稳幅振荡。

3．RC桥式振荡器

桥式振荡器电路是由RC选频反馈网络和基本放大器组成，如图3-1-21所示。该电路是由同相放大器和具有选频作用的RC串并联正反馈网络(即选频网络)组成的，其中R1、C1、R2、C2组成RC串并联网络，在电路中起选频和反馈作用。

图3-1-21 RC桥式振荡器

振荡条件: 运算放大器LM741的6脚为输出端，3脚为同相输入端，满足相位条件就是正反馈; 由于此RC选频网络的反馈系数为1/3，所以只需要放大系数Au F=3就可以满足振幅平衡条件。

振荡频率: RC桥式振荡器的振荡频率取决于RC选频网络的R1、R2、C1、C2的参数。通常情况下，R1=R2=R，C1=C2=C，振荡频率为

RC振荡电路具有电路简单，经济方便等优点，但选频作用较差，振幅不够稳定，频率调节不便，因此一般用于频率固定、稳定性要求不高的场合，且适用于低频应用，一般用于产生1Hz～1MHz的低频信号。

4．LC正弦波振荡器

LC振荡器是由放大器、LC选频回路和反馈电路三部分所组成，主要用来产生高频正弦波信号，振荡频率通常在1MHz以上，通常在高频信号发生器、各种高频设备中的本振中应用，如收音机和电视机的本机振荡电路。LC振荡电路可分为变压器耦合式振荡电路和三点式振荡电路，其中三点式振荡电路又分为电容三点式振荡电路和电感三点式振荡电路两种， LC振荡电路的振荡频率为

(1)变压器耦合式振荡电路

如图3-1-22所示，电路是采用变压器耦合的正弦波振荡电路。电路中的V为振荡管， Rb1、Rb2构成分压式偏置电路，Re是发射极直流负反馈电阻，它们提供了放大电路的静态偏置。L1和C构成LC选频回路，L2是正反馈线圈，M是L1和L2的互感系数，振荡信号从三极管集电极输出。

图3-1-22 变压器耦合式振荡电路

工作原理: 接通电源后，电路中的噪声信号经三极管V组成的放大电路放大，然后由L1和C构成LC选频回路从众多的频率中选出谐振频率f0，并通过线圈L1、L2之间的互感耦合把信号反馈至三极管基极，偏离f0的其他频率的信号因有附加相移而不满足相位平衡条件。

电路特点: 变压器耦合式振荡器功率增益高，容易起振，振荡频率一般为几千赫兹到几兆赫兹。

前面我们学习的变频电路中的本机振荡电路，如图3-1-16所示，就是采用的共基极变压器耦合式振荡电路。

(2)电感三点式振荡电路

如图3-1-23所示电路是电感三点式正弦波振荡电路。三极管的三个电极分别与LC回路中L的三个端点相连，所以叫电感三点式。

图3-1-23 电感三点式正弦波振荡电路

电路组成及原理:振荡线圈被分成L1、L2两部分，L1、L2和C组成选频电路和反馈电路，其中L2为反馈线圈，实现正反馈，满足振荡的相位平衡条件。反馈电压uf从电感线圈的一段L2取出，使电路产生正反馈，反馈电压的大小可以通过改变线圈的抽头的位置来调整。

电路特点: 由于互感的存在使电路容易起振，频率调节范围宽(改变电容C)，可产生几百千赫到几十兆赫兹的正弦波信号，但输出波形较差。

(3)电容三点式振荡电路

如图3-1-24所示电路是电容三点式振荡电路，三极管的三个电极分别与电容支路的三个点相连，所以叫电容三点式。

图3-1-24 电容三点式振荡电路

电路组成及原理: 电容C1、C2和L组成选频电路和反馈电路。反馈电压从C2上取出，使电路产生正反馈，通过调节C1、C2的比值就会得到足够的反馈电压，电路便可起振。

电路特点: 电容三点式振荡电路的特点是，C1、C2较小时，振荡频率较高，一般可达到100MHz以上，不但起振稳定，而且输出波形好，因此常用于高频发射电路。

5．石英晶体振荡器

图3-1-25 石英晶体结构

用石英晶体组成的振荡器其频率稳定度可达10-6～10-11数量级，大大提高了振荡频率的稳定度。石英晶体具有非常稳定的物理和化学性能。从一块石英晶体上按一定的方位角切割，得到的薄片称“晶片”。晶片通常是矩形，也有正方形。在晶片两个对应的表面用真空喷涂或用其他方法涂敷上一层银膜，在两层银膜上分别引出两个电极，再用金属壳或玻璃壳封装起来，就构成了一个石英晶体谐振器，如图3-1-25所示。它是晶体振荡器的核心元器件。目前，石英晶体振荡器已广泛应用于石英钟、中高档收音机、彩色电视机、移动电话等各类电子电器设备中，如图3-1-26所示。

图3-1-26 石英晶体外形

晶体振荡器的代表符号如图3-1-27(a)所示，它可用一个LC串并联电路来等效，如图3-1-27(b)所示。其中C0是晶片两表面涂敷银膜形成的电容，L和C分别模拟晶片的质量和弹性，晶片振动时因摩擦而造成的损耗用电阻R来表示。

图3-1-27 石英晶体振荡器的图形符号及等效电路

用石英晶体构成的正弦波振荡电路的基本电路有两类: 一类是石英晶体作为一个高Q值的电感元器件，和回路中的其他元器件形成并联谐振，称为并联型晶体振荡电路; 另一类是石英晶体作为一个正反馈通路元器件，工作在串联谐振状态，称为串联型晶体振荡电路。图3-1-28为并联型石英晶体振荡器，图3-1-29为串联型石英晶体振荡器。

图3-1-28 并联型石英晶体振荡器

图3-1-29 串联型石英晶体振荡器

3．1．7 技能实训

LC正弦波振荡器的制作与测试

3．1．7．1 实训目的

(1)掌握变压器反馈式LC正弦波振荡器的调整和测试方法。

(2)研究电路参数对LC振荡器起振条件及输出波形的影响。

3．1．7．2 实训原理

LC正弦波振荡器是用L、C元器件组成选频网络的振荡器，一般用来产生1MHz以上的高频正弦信号。根据LC调谐回路的不同连接方式，LC正弦波振荡器又可分为变压器反馈式(或称互感耦合式)、电感三点式和电容三点式三种。图3-1-30为变压器反馈式LC正弦波振荡器的实验电路。其中晶体三极管T1组成共射放大电路，变压器Tr的原绕组L1(振荡线圈)与电容C组成调谐回路，它既作为放大器的负载，又起选频作用，副绕组L2为反馈线圈， L3为输出线圈。

该电路是靠变压器原、副绕组同名端的正确连接(如图中所示)，来满足自激振荡的相位条件，即满足正反馈条件。在实际调试中可以通过把振荡线圈L1或反馈线圈L2的首、末端对调，来改变反馈的极性。而振幅条件的满足，一是靠合理选择电路参数，使放大器建立合适的静态工作点，其次是改变线圈L2的匝数，或它与L1之间的耦合程度，以得到足够强的反馈量。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。由于LC并联谐振回路具有良好的选频作用，因此输出电压波形一般失真不大。振荡器的振荡频率由谐振回路的电感和电容决定

式中L为并联谐振回路的等效电感(即考虑其他绕组的影响)。振荡器的输出端增加一级射极跟随器，用以提高电路的带负载能力。

图3-1-30 变压器反馈式LC正弦波振荡器实验电路

3．1．7．3 实训器材

(1) +12V直流电源;

(2)双踪示波器;

(3)交流毫伏表;

(4)直流电压表;

(5)频率计;

(6)振荡线圈;

(7)晶体三极管3DG6×1(9011×1)、3DG12×1(9013×1)，电阻器、电容器若干。

1．2．2．4 实训内容与步骤

按图3-1-30连接实验电路。电位器RW置最大位置，振荡电路的输出端接示波器。

1．静态工作点的调整

(1)接通UCC=+12V电源，调节电位器RW，使输出端得到不失真的正弦波形，如不起振，可改变L2的首末端位置，使之起振。

测量两管的静态工作点及正弦波的有效值UO，记入表3-1-5。

(2)把RW调小，观察输出波形的变化。测量有关数据，记入表3-1-5。

(3) 调大RW，使振荡波形刚刚消失，测量有关数据，记入表3-1-5。

表3-1-5 静态工作点数据记录

根据以上三组数据，分析静态工作点对电路起振、输出波形幅度和失真的影响。

2．观察反馈量大小对输出波形的影响

置反馈线圈L2于位置“0”(无反馈)、“1”(反馈量不足)、“2”(反馈量合适)、“3”(反馈量过强)时测量相应的输出电压波形，记入表3-1-6。

表3-1-6 观察反馈量大小对输出波形的影响数据记录

3．验证相位条件

改变线圈L2的首、末端位置，观察停振现象;

恢复L2的正反馈接法，改变L1的首末端位置，观察停振现象。

4．测量振荡频率

调节RW使电路正常起振，同时用示波器和频率计测量以下两种情况下的振荡频率f0，记入表3-1-7。

谐振回路电容: (1)C=1000p F (2)C=100p F

表3-1-7 测量振荡频率数据记录

5．观察谐振回路Q值对电路工作的影响

谐振回路两端并入R=5．1kΩ的电阻，观察R并入前后振荡波形的变化情况。

3．1．7．5 实训考核

LC正弦波振荡器的制作与测试实训考核评价如表3-1-8所示。

表3-1-8 考核评价表

注: 各项配分扣完为止。

3．1．7．6 实训思考

(1)三极管V1和V2的选用有什么要求呢?

(2)LC谐振回路两端并入一只1kΩ电阻，振荡波形有什么变化呢?