实验三：串联谐振电路
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一、实验原理及思路
RLC串联电路如图7.1所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。
该电路的阻抗是电源角频率
的函数
（7-1）
当
时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。
谐振角频率
，谐振频率
。
谐振频率仅与元件
的数值有关，而与电阻
和激励电源的角频率无关，
当
时，电路呈容性，阻抗角
＜0；当
时，电路呈感性，阻抗角＞0。
1．电路处于谐振状态时的特性：
(1) 回路阻抗
，
为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。
(2) 回路电路I0的数值最大，
(3) 电阻的电压UR的数值最大,
(4) 电感上的电压UL与电容上的电压UC数值相等，相位相差
。
2．电路的品质因数Q和通频带B
电路发生谐振时，电感上的电压(或电容上的电压)与激励电压之比称为电路的品质因数Q，即
（7-2）
定义回路电流下降到峰值的0.707时所对应的频率为截止频率，介于两截止频率间的频率范围为通频带。
（7-3）
3．谐振曲线
电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。
在
固定的条件下：
改变电源角频率，可得到图7.2响应电压随电源角频率变化的谐振曲线，回路电流与电阻电压成正比。从图中可以看到，UR的最大值在谐振角频率ω0处，此时UC=UL=QU。UC的最大值在ω<ω0处， UL的最大值在ω>ω0处。
图7.3则表示经过归一化处理后不同
值时的电流频率特性曲线。从图中可以看：值愈大，曲线尖峰值愈峻端，其选择性就愈好，但电路的通过的信号频带越窄，即通频带越窄。
注意，只有当
时，
和
曲线才出现最大值，否则将单调下降趋于0，将单调上升趋于US。
多次改变交流电源频率，在软件及实验板上分别测出电容、电阻及电感上的电压值，电阻电压随电源频率变化的峰值对应的频率就是谐振频率。
二、实验内容及结果
1、 串联谐振电路元件的标称值为R= 100Ω L=4.7mH C=100nF，计算电路的谐振频率、-3db带宽、品质因数的理论值；
，f0=7341.27Hz，
，Q=68.5565。
，B=107.13Hz.
2、 分别用Multisim软件（AC仿真、波特表、交流电压表均可）和测试电路板（交流电压表）测量串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽，用Origin绘图软件在同一张图上绘出仿真和实际测试的归一化谐振曲线（测量时注意测试频率点一致）。
Multisim软件测量串联谐振电路的谐振曲线（虚线—电阻，细线—电容，粗线——电感）：
由Multisim软件导出数据得到谐振频率
f0=7334.44Hz。
由Multisim软件求出-3dB带宽为：
BW=9266.226-5848.849=3417.377Hz.
3、 当电阻R= 1K时，用Multisim软件仿真串联谐振电路的谐振曲线，在同一张图上画出R=100Ω和R=1K两条谐振曲线（标出R的值）并解释。
在串联谐振电路（R=100Ω L=4.7mH C=100nF）上输入频率为3.5kHz、占空比为30%、脉冲幅度为5V的方波电压信号，用Multisim软件测试谐振电路输入信号和输出信号（电阻上电压）的频谱，绘图并观察频谱的变化，说明谐振电路的用途，解释频谱变化的原因。（R=100Ω—实线和R=1K—虚线）
三、结论及分析（宋体 四号 加黑性）
1.实验结论：
串联谐振电路当输入信号频率等于电路的谐振频率时，电阻上的电压获得最大值。但电路中电阻阻抗不能太大，否则电感和电容上分到的电压太少，不能有效地显示出电路的谐振效应。另外，串联谐振电路能削弱输入信号频谱中其他频率上的能量，保留谐振频率上的能量，可以用一个或多个串联谐振电路来从输入信号中选择某一频率的信号。
2.实验误差的形成：
交流毫伏表未校准，所用器件参数有误差或使用中被烧坏而不知，电路焊接不牢或错焊，接头、探针有接触电阻，电容在测量中产生反馈等。
3.收获：
深入理解了串联谐振电路的作用和意义，掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪表的使用，初步掌握Origin绘图软件的应用。
第二篇：高频电子线路实验报告
河北联合大学轻工学院
实验报告
实验名称：双调频回路谐振放大器 成绩：
姓名：秦超 班级：09电科1 组数：200915420132
设备编号： 日期：2011.11.30
指导老师：安老师
批阅老师：
年 月 日
实验2 双调谐回路谐振放大器
—、实验准备
1．做本实验时应具备的知识点：
l 双调谐回路
l 电容耦合双调谐回路谐振放大器
l 放大器动态范围
2．做本实验时所用到的仪器：
l 双调谐回路谐振放大器模块
l 双踪示波器
l 万用表
l 频率计
l 高频信号源
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．熟悉耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响；
3．了解放大器动态范围的概念和测量方法。
三、实验内容
1．采用点测法测量双调谐放大器的幅频特性；
2．用示波器观察耦合电容对双调谐回路放大器幅频特性的影响；
3．用示波器观察放大器动态范围。
四、基本原理
1．双调谐回路谐振放大器原理
顾名思义，双调谐回路是指有两个调谐回路：一个靠近“信源”端（如晶体管输出端），称为初级；另一个靠近“负载”端（如下级输入端），称为次级。两者之间，可采用互感耦合，或电容耦合。与单调谐回路相比，双调谐回路的矩形系数较小，即：它的谐振特性曲线更接近于矩形。电容耦合双调谐回路谐振放大器原理图如图2-1所示。
与图1-1相比，两者都采用了分压偏置电路，放大器均工作于甲类，但图2-1中有两个谐振回路：L1、C1组成了初级回路，L2、C2组成了次级回路；两者之间并无互感耦合（必要时，可分别对L1、L2加以屏蔽），而是由电容C3进行耦合，故称为电容耦合。
2．双调谐回路谐振放大器实验电路
双调谐回路谐振放大器实验电路如图2-2所示，其基本部分与图2-1相同。图中，2C04、2C11用来对初、次级回路调谐，2K02用以改变耦合电容数值，以改变耦合程度。2K01用以改变集电极负载。2K03用来改变放大器输入信号，当2K03往上拨时，放大器输入信号为来自天线上的信号，2K03往下拨时放大器的输入信号为直接送入。
图 2-2 双调谐回路谐振放大器实验电路
五、实验步骤
1．实验准备
在实验箱主板上插上双调谐回路谐振放大器模块。接通实验箱上电源开关，按下模块上开关2K1接通电源，此时电源指示灯点亮。
2．双调谐回路谐振放大器幅频特性测量
本实验仍采用点测法，即保持输入幅度不变，改变输入信号的频率，测出与频率相对应的双调谐放大器的输出幅度，然后画出频率与幅度的关系曲线，该曲线即为双调谐回路放大器的幅频特性（如果有扫频仪，可直接测量其幅频特性曲线）。
⑴幅频特性测量
①2K02往上拨，接通2C05（4.5P）。高频信号源输出频率6.3MHZ（用频率计测量），幅度300mv，然后用铆孔线接入双调谐放大器的输入端（IN）。2K03往下拨，使高频信号送入放大器输入端。示波器CH1接2TP01，示波器CH2接放大器的输出（2TP02）端。反复调整2C04、2C11使双调谐放大器输出为最大值，此时回路谐振于6.3MHZ。
②按照表2-1改变高频信号源的频率（用频率计测量），保持高频信号源输出幅度峰——峰值为300mv（示波器CH1监视），从示波器CH2上读出与频率相对应的双调谐放大器的幅度值，并把数据填入表2-1。
表2-1
③测出两峰之间凹陷点的频率大致是多少。
④以横轴为频率，纵轴为幅度，按照表2-1，画出双调谐放大器的幅频特性曲线。
⑤按照上述方法测出耦合电容为2C06(80P)（2K02拨向下方）时幅频特性曲线。
六、实验报告要求
1．画出耦合电容为2C05和2C06两种情况下的幅频特性，计算幅值从最大值下降到0.707时的带宽，并由此说明其优缺点。比较单调谐和双调谐在特性曲线上有何不同？
2．画出放大器电压放大倍数与输入电压幅度之间的关系曲线。
3．当放大器输入幅度增大到一定程度时，输出波形会发生什么变化？为什么？
4．总结由本实验所获得的体会。
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：
l 三点式LC振荡器
l 西勒和克拉泼电路
l 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：
l LC振荡器模块
l 双踪示波器
l 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ＬＣ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。
3.LC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：Δf０／f０来表示（f０为所选择的测试频率；Δf０为振荡频率的频率误差，Δf０＝f０２－f０１；f０２和f０１为不同时刻的f０），频率相对变化量越小，表明振荡频率的稳定度越高。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。
4.LC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。
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=
式中CT为C1、C2和C3的串联值，因C1（300p）>>C3(75p),C2(1000P)>>C3(75p)，故CT≈C3，所以，振荡频率主要由L、C和C3决定。
(3) 反馈系数F的选择
F=
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=
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。
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
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VP-P，并以频率计测量振荡频率。
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VP-P），并将测量结果记于表中。
表3-1
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。
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
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。