通信電子線路講義

關(guān)于通信電子線路講義第1頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六第2頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六第3頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六第五章正弦波振蕩器第1節(jié)概述第2節(jié)反饋型LC振蕩原理第3節(jié)反饋型LC振蕩器第4節(jié)振蕩器的頻率穩(wěn)定原理第5節(jié)高穩(wěn)定度的LC振蕩器第6節(jié)晶體振蕩電路第4頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六教學(xué)基本要求掌握反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理。掌握LC振蕩器、晶體振蕩器的電路組成、工作原理和性能特點(diǎn)。了解頻率穩(wěn)定度的概念、影響頻率穩(wěn)定度的因素，掌握改善頻率穩(wěn)定度的措施。第5頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六振蕩器的應(yīng)用：

載波發(fā)生器（發(fā)射機(jī)）本地振蕩器（接收機(jī)）測(cè)量?jī)x器信號(hào)源（時(shí)間/頻率標(biāo)準(zhǔn)）5.1概述振蕩器的主要技術(shù)指標(biāo)：

振蕩頻率頻率穩(wěn)定度振蕩幅度振蕩波形第6頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六第7頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六放大器A(s)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)Σ5.2反饋型LC振蕩原理第8頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六為了得到自激振蕩的輸出電壓，使振蕩能夠建立起來(lái)，需滿足：為振蕩器的起振條件，其中：A0是電源接通時(shí)的電壓增益。增幅振蕩

正反饋△振蕩建立的起振條件△

自激振蕩器無(wú)輸入信號(hào)條件下，滿足維持振蕩條件，振蕩能否建立起來(lái)？(a)通電后，集電極電流產(chǎn)生躍變?cè)谥C振回路中激起振蕩。

(b)諧振回路選頻作用。

(c)因?yàn)椋篣c（n+1）=AUi=AUf=AFUc（n）

所以：Uc（n+1）=AFUc（n）數(shù)值很小，不可能得到振蕩輸出電壓。因?yàn)椋篣c(n+1)

=A0Ui=A0Uf=A0FUc(n)

所以：Uc(n+1)>Uc(n)

起振過(guò)程:微小的擾動(dòng)電壓經(jīng)放大→選頻→反饋→再放大→再選頻→再反饋‥‥如此循環(huán)，振蕩電壓就會(huì)增長(zhǎng)起來(lái)，建立了振蕩。第9頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六2.振蕩的平衡與平衡條件(1)

起振后，振蕩是否無(wú)限增大下去？（A0F>1為增幅震蕩）平衡狀態(tài)（大信號(hào)工作）平衡后工作在什么狀態(tài)？平衡時(shí)：起振時(shí)為小信號(hào)放大，A=A0，甲類(lèi)狀態(tài)，θc=180o，所以A0=gcRp由于晶體管的非線性，振蕩從線性放大進(jìn)入失真的非線性狀態(tài)。波形失真，其電流的直流分量產(chǎn)生負(fù)反饋，使工作點(diǎn)向負(fù)變化。A↓，直到AF=1達(dá)到等幅震蕩。A0AuBEic第10頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六2>A0F>1時(shí)，1>γ(θc)>0.5，所以180o>θc>90o，平衡后為甲乙類(lèi)；A0F=2時(shí)，γ(θc)=0.5，所以θc=90o，平衡后為乙類(lèi)；A0F>2時(shí)，γ(θc)<0.5，所以θc<90o，平衡后為丙類(lèi)；So：振蕩器起振后，由甲類(lèi)向甲乙類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)過(guò)渡，最后工作在什么狀態(tài)完全由A0F來(lái)決定。所以：振幅起振條件：相位起振條件： （n=0,1,2…）（4）平衡條件的另一種表示形式由于電路中有源器件、寄生參量及阻隔元件的影響，，為了使電路工作在相位平衡狀態(tài)，需，因此振蕩器的頻率并不等于回路的諧振頻率?；芈诽幱谖⑿∈еC狀態(tài)。為簡(jiǎn)化問(wèn)題，通常都近似地認(rèn)為振蕩頻率就等于回路的諧振頻率。

晶體管

反饋網(wǎng)絡(luò)LC選頻網(wǎng)絡(luò)uiic1uc1uf第11頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六

晶體管

反饋網(wǎng)絡(luò)LC選頻網(wǎng)絡(luò)uiic1uc1uf第12頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六（1）A0=8，F(xiàn)=0.2時(shí)分析：起振時(shí)：A0F=1.6>1，滿足起振條件平衡時(shí)：AF=A0n(q)F=1

則：n(q)=0.625=

(1-cosqc)a1(qc)

則：qc=101.5o

則：平衡時(shí)放大器工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)第13頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六（1）A0=10，F(xiàn)=0.2時(shí)分析：起振時(shí)：A0F=2>1，滿足起振條件平衡時(shí)：AF=A0n(q)F=1

則：n(q)=0.5=

(1-cosqc)a1(qc)

則：qc=90o

則：平衡時(shí)放大器工作在乙類(lèi)狀態(tài)（1）A0=20，F(xiàn)=0.2時(shí)分析：起振時(shí)：A0F=4>1，滿足起振條件平衡時(shí)：AF=A0n(q)F=1

則：n(q)=0.25=

(1-cosqc)a1(qc)

則：qc=66.3o

則：平衡時(shí)放大器工作在丙類(lèi)狀態(tài)第14頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六3.振蕩平衡的穩(wěn)定條件（1）穩(wěn)定平衡定義：指某一外因的變化使振蕩的原平衡條件遭到破壞，振蕩器能在新的條件下建立新的平衡。當(dāng)外因去掉后，電路能自動(dòng)返回原平衡狀態(tài)。振幅穩(wěn)定條件:包括：振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件：ωcω’cω0ΦYFΦ’YFΦz(mì)ΦYFωUcUcA0A0AAQ2QQ1UcQ2UcQ1UcQ1/FQQ1B1/F第15頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六4.振蕩電路分析實(shí)例VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)+ui-ic-uo++uf-ibuiuoA1/F可見(jiàn)起振初期是一個(gè)增幅的振蕩過(guò)程

第16頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六總結(jié)起振條件平衡條件平衡的穩(wěn)定條件第17頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六5.3反饋型LC振蕩器

電源有源器件

選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)第18頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六1.互感耦合振蕩電路共基調(diào)集利用L1和L2之間的互感來(lái)實(shí)現(xiàn)正反饋，適用于短波段以下。優(yōu)點(diǎn)：互感耦合振蕩電路在調(diào)整反饋（改變M）時(shí)，基本不影響振蕩頻率判斷是否可能振蕩的方法，以能否滿足相位平衡條件，即是否構(gòu)成正反饋為判斷準(zhǔn)則。瞬時(shí)極性法來(lái)判斷是否為正反饋。振蕩頻率的估算：＋＋＋＋共基放大電路為同向放大。

L1和L2的同名端接法決定是否滿足正反饋的要求。第19頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六共射調(diào)基共基調(diào)射注意：L1和L2的同名端接法，從而滿足相位平衡條件；由于輸入阻抗低，采用部分接入法，不影響Q值。其它電路形式+++-+++-+-⊕第20頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc2.電容反饋振蕩電路(ColpittsOscillators)+uce-+ube-LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc第21頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六三點(diǎn)式振蕩器的原理電路假定LC回路由純電抗元件組成,其電抗值分別為Ｘce,Ｘbe和Ｘbc,同時(shí)不考慮晶體管的電抗效應(yīng),則當(dāng)回路諧振(ω=ω0)時(shí),回路呈純阻性,有：Ｘce+Ｘbe＋Ｘbc=0，因此：

－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc由于是在ΧbeΧbc支路分配在Xbe上的電壓,有因要求是一個(gè)正反饋反相放大器,與同相,與反相,所以即Χbe與Χce必須是同性質(zhì)電抗,因而Xbc必須是異性質(zhì)電抗。

第22頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六振蕩器的等效電路電壓向量圖第23頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六C1C2LC'2C'1Lgieg'Lgoegmube+uce-+ube-iC'1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C'2+uce-C'2LC'1g'Lgoegmubep2gie+u'be-i電壓增益起振條件得第24頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六總結(jié)：（1）滿足起振條件是選取晶體管的 （2）晶體管一旦選定(參數(shù)一定)可以改變F和來(lái)保證起振。F一般選取。即適當(dāng)選擇C1和C2的值（5）振蕩頻率的估算其中：第25頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C3.電感三點(diǎn)式振蕩電路(HartlyOscillators)L2L1Cg'Lgoegmubep2gie+u'be-+uce-+uce-+u'be

-iig'L=gL+g'O|yfe|=gm第26頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六（4）振蕩頻率的估算其中：L2L1Cg'Lgoegmubep2gie+u'be-+uce-i要求 ，忽略、的影響，可得：g'L=gL+g'O|yfe|=gm第27頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六注意：（1）電感三點(diǎn)式與電容三點(diǎn)式振蕩電路的比較電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式波形較好較差頻率較高較低頻率穩(wěn)定度較好較差起振、調(diào)節(jié)較難較易這是用來(lái)判斷三點(diǎn)式振蕩器有沒(méi)有可能振蕩的基本原則（2）LC三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則

Xce與Xbe的電抗性質(zhì)相同；

Xcb與Xce、Xbe的電抗性質(zhì)相反；對(duì)于振蕩頻率，滿足Xce+Xbe+Xcb=0。第28頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六§5.4振蕩器的頻率穩(wěn)定性短波發(fā)射機(jī)：10-4~10-5軍用大型通信：10-8第29頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六

放大器LC選頻

反饋網(wǎng)絡(luò)uiic1ZLuouf?第30頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六第31頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六其中：且：<<ω0ω0ω0第32頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六??????Q??第33頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六（1）減小外因的變化溫度變化可以采用恒溫措施；濕度變化采用將電感線圈密封或固化；電源電壓變化采用穩(wěn)壓電源；機(jī)械振動(dòng)采用減震措施；負(fù)載變化采用射隨器隔離。（2）提高電路參數(shù)抗外因變化的能力①選用正溫度系數(shù)的電感和負(fù)溫度系數(shù)的電容組成諧振回路進(jìn)行溫度補(bǔ)償。②減小晶體管極間電容不穩(wěn)定量、對(duì)回路總電容的影響，可采用部分接入方式的克拉潑電路、西勒電路和晶體振蕩器。③選用高Q的元件。

選用小的電容三點(diǎn)式振蕩電路形式。第34頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六§5.5高穩(wěn)定度的LC振蕩器1.一般電容三點(diǎn)式振蕩電路頻率穩(wěn)定性的分析當(dāng)、沒(méi)變化時(shí)，回路總電容對(duì)應(yīng)振蕩頻率為:第35頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六而、與晶體管工作狀態(tài)和外界條件有關(guān)。當(dāng)變化ΔCo，變化ΔCi時(shí)，總電容的增量:

結(jié)論：一般電容三點(diǎn)式振蕩電路p1

、p2

不可能同時(shí)減小，故頻率穩(wěn)定度不可能做得較高。第36頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六2.克拉潑（Clapp）振蕩電路①在電感支路串接小電容C3②滿足C3<<C1，C3<<C2

③回路總電容為：(1)電路特點(diǎn)(2)相位平衡條件（正反饋）為容抗，為容抗同性質(zhì)。可等效為感抗，與、反性質(zhì)。滿足電容三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件判斷準(zhǔn)則，為電容三點(diǎn)式振蕩電路。第37頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六(3)振蕩頻率因?yàn)樗哉袷庮l率為：(4)穩(wěn)頻原理總的電容增量為：其中①p1

、p2可以同時(shí)減小，可很小，故頻率穩(wěn)定度比一般電容三點(diǎn)式高。結(jié)論：②p1

、p2的減小受到電路起振條件的限制，頻率穩(wěn)定度不可能很高。③克拉潑電路主要用作固定頻率振蕩器。第38頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六3.西勒（Siler）振蕩電路第39頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六(2)相位平衡條件（正反饋）為容抗，為容抗同性質(zhì)?？傻刃楦锌?，與、反性質(zhì)。滿足電容三點(diǎn)式振蕩器的相位平衡條件判斷準(zhǔn)則，為電容三點(diǎn)式振蕩電路。(3)振蕩頻率(1)電路特點(diǎn)：西勒電路是在克拉潑電路基礎(chǔ)上，在電感L兩端并聯(lián)一個(gè)電容。電路條件仍是C3<<C1，C3<<C2，與同數(shù)量級(jí)?；芈房傠娙轂椋?4)總結(jié)

這種電路保持了克拉潑電路中晶體管與回路耦合弱的特點(diǎn)，頻率穩(wěn)定度高。調(diào)頻時(shí)，輸出振蕩電壓幅度基本平穩(wěn)，可作為變頻振蕩器。第40頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg§5.6晶體振蕩器(CrystalOscillator)第41頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六CoCqLqRqSo：≥（12500～25000）

如：國(guó)產(chǎn)B451MHz中等精度晶體的等效參數(shù)：Lq=4.00H，Cq=0.0063pF，

rq≤100～200Ω，Co=2～3pF。因而晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很大，一般為幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)。第42頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六CoCqLqrqfqfp電容性電容性電感性fXeO忽略rq時(shí)：①當(dāng)和時(shí)，

，晶體等效為電容；②當(dāng)時(shí)，，晶體等效為短路；③當(dāng)時(shí)，，晶體等效為電感；④當(dāng)時(shí)，，晶體為并聯(lián)諧振?？偨Y(jié)：晶體使用的兩種模式：時(shí)，晶體短路線時(shí)，晶體電感第43頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六CLJTC1C2JT3.并聯(lián)型晶體振蕩器(Parallel

ofCrystalOscillators)第44頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc晶體C1C2JTC3第45頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六LqCqrqCoC1C2C3電路的諧振頻率的估算:第46頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JT第47頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六C1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc4.串聯(lián)型晶體振蕩器(Series

ofCrystalOscillators)第48頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六CoCgCoCg5Cg3Cg3LgLg3Lg5Lg3Rg35.泛音晶振電路實(shí)際應(yīng)用時(shí)：在三點(diǎn)式振蕩電路中,用一選頻回路來(lái)代替某一支路上的電抗元件，使該支路在基頻和低次泛音上呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)不滿足三點(diǎn)式振蕩器的組成法則，不能起振；而在所需要的泛音頻率上呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)恰好滿足組成法則，達(dá)到起振。

泛音——石英片振動(dòng)的機(jī)械諧波第49頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六設(shè)泛音晶振為五次泛音，標(biāo)稱頻率5MHz，基頻1MHz，則LC1回路必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。這樣在5MHz頻率上，LC1回路呈容性，振蕩電路滿足組成法則。對(duì)于基頻和三次泛音頻率來(lái)說(shuō)，LC1回路呈感性，電路不符合組成法則，不能起振。在七次及以上泛音頻率，LC1回路雖呈容性，但等效容抗減小，從而使電壓放大倍數(shù)減小，環(huán)路增益小于1，不滿足振幅起振條件。

圖中：第50頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六6.石英晶體使用注意事項(xiàng)(1)石英晶體諧振器的標(biāo)稱頻率都是在出廠前，石英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的，實(shí)際使用時(shí)也必須外加負(fù)載電容，并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱頻率。

(2)石英晶體諧振器的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。(3)在并聯(lián)型晶體振蕩器中，石英晶體起等效電感的作用，若作為容抗，則在石英晶片失效時(shí)，石英諧振器的支架電容還存在，線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩，石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。(4)晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個(gè)頻率，當(dāng)要求在波段中得到可選擇的許多頻率時(shí)，就要采取別的電路措施，如頻率合成器，它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率，頻率合成器的有關(guān)內(nèi)容將在第8章介紹。第51頁(yè)，共57頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)36分，星期六本章小結(jié)

本