高頻電子技術(shù)-朱小祥課件第4章 正弦波振蕩器習題解答

正弦波振蕩器習題解答1、試畫出圖4-41各電路的交流等效電路，并用振蕩器的相位條件，判斷哪些可能產(chǎn)生正弦波振蕩，那些不能產(chǎn)生正弦波振蕩？并說明理由。圖4-41習題4.1圖解:交流等效電路如下圖示。在畫這些圖時，為了簡化起見，偏置電阻RB1、RB2射極電阻RE，集電極電阻RC都沒有畫出。圖(a)b、e間為L2,ce為C1,抗性質(zhì)不同，不能振蕩。圖(c)c、e間為L2,b、c間為L1，抗性質(zhì)相同，不管b、e間呈容抗或感抗，電路都不能起振。圖（d）電路是具有級間反饋的放大器，它通過RF1產(chǎn)生級間負反饋，通過LC1串聯(lián)諧振回路產(chǎn)生級間正反饋。當正反饋量大于負反饋量時，電路就可能產(chǎn)生自激振蕩。由于，LC諧振回路在ωOSC上呈現(xiàn)的阻抗最小，正反饋最強。因此，當有ωOSC的擾動分量存在時，就能滿足起振的相位條件，產(chǎn)生振蕩頻率為ωOSC的正弦波振蕩。2、圖4-42是三個諧振回路振蕩器的交流等效電路。如果電路參數(shù)之間的關(guān)系式為⑴L1C1>L2C2>L3C3；⑵L1C1=L2C2圖4-42三個諧振回路振蕩器的交流等效電路解:該電路作為三點式振蕩電路，它可能振蕩的相位平衡條件是b-e,c-e間的電抗性質(zhì)相同，b-c間為另一種性質(zhì)的電抗。由題意可知，三個并聯(lián)諧振回路的諧振頻率分別為（1）L1C1>L2C2>L3C3時，ω1<ω2<三個回路的電抗曲線和合成曲線如圖3所示。可以滿足x=x1+x2+x3=0的角頻率為ωI和ωII兩個。其中唯有ωII滿足相位平衡條件，因而電路可振蕩在ωII上，此時c-e和b-e間呈容抗，b-c間呈感抗，電路屬于電容三點式振蕩器。（2）L1C1=L2C2<L3C3時，ω1=ω2>三個回路的電抗曲線和合成曲線如圖4所示?？梢钥吹?，滿足x=x1+x2+x3=0的角頻率為ω0,且在角頻率上滿足相位平衡條件，因而電路可能振蕩在ω0上。此時，c-e,b-e間呈現(xiàn)感抗，b-e間呈現(xiàn)容抗，是電感三點式振蕩電路。3、圖4-43（a）、（b）分別為10MHz和25MHz的晶體振蕩器。試畫出交流等效電路，證明晶體的作用，并計算反饋系數(shù)。圖4-43晶體振蕩器解:對于圖（a）所示的10MHz晶體振蕩器，忽略偏置電阻的影響，它的等效電路如圖（c）示。按照相位平衡條件，晶體應等效為感抗，應滿足ωs<ωosc<ωp,屬于并聯(lián)型晶體振蕩器中的皮爾斯振蕩電路。其反饋系數(shù)為對于圖（b）所示的25MHz晶體振蕩器，忽略偏置電阻的影響，它的等效電路如圖（d）示。按照相位平衡條件，晶體相當于一個具有高選擇性的短路元件，應滿足ωs＝ωosc。故屬于串聯(lián)型晶體振蕩電路。其反饋系數(shù)為4、試用相位平衡條件判斷圖4-44所示電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩，并簡述理由。圖4-44習題4.6圖解:圖（a）反相放大器和兩節(jié)RC超前型移相網(wǎng)絡(luò)組成，不滿足相位平衡條件，不能振蕩。圖（b）T1基極同T2集電極組成同相放大器和三節(jié)RC超前網(wǎng)絡(luò)組成，每節(jié)移相60°，為負反饋，不滿足相位平衡條件，不振。圖（c）A為反相器，三節(jié)RC超前型移相網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生相移180°，滿足相位平衡條件，可以振蕩。圖（d）T1和T2組成同相放大器，和一節(jié)RC串并聯(lián)移相網(wǎng)絡(luò)組成，但反饋到T1射極，為負反饋，不滿足相位平衡條件，不振蕩。5、圖4-45所示互感耦合振蕩電路，用瞬時極性法分析判斷電路有否可能振蕩?圖4-45互感耦合振蕩電路（分析：瞬時極性法是分析判斷振蕩電路是否滿足正反饋的基本方法。對分析判斷互感耦合振蕩器、振蕩器較為方便，而對于三點式振蕩器較多的是利用三點式振蕩器相位平衡條件的判斷準則來分析判斷。在應用瞬時極性法時，首先要識別清楚放大器的組態(tài)形式，也就是放大器是共射還是共基或共集。因為共射放大器的輸入是基極，輸出是集電極，參考點(或接地點)是發(fā)射極，它是反相放大器，輸出電壓與輸入信號電壓是反相位的。共基放大器的輸入是發(fā)射極，輸出是集電極，參考點(或接地點)是基極，它是同相放大器，輸出電壓與輸入信號電壓是同相位的。共集放大器的輸入是基極，輸出是發(fā)射極，參考點(或接地點)是集電極，它是同相放大器，輸出電壓與輸入信號電壓是同相位的。在分清了放大器的類型后，根據(jù)放大器組態(tài)的形式確定輸入端和輸出端。然后假設(shè)某一瞬時，輸入端對參考點的電位為，然后根據(jù)放大器的組態(tài)確定輸出端對參考點的相位，同相放大為，反相放大為。再通過互感耦合的同名端決定反饋電壓對參考點的相位。若反饋到輸入端仍為，表示為正反饋，可能振蕩，若反饋到輸入端為，則為負反饋，不能振蕩。）解：圖（a）由于為高頻旁路電容，發(fā)射極交流接地，放大器為共射放大，輸入為對地，輸出為對地，且為反相放大器。設(shè)某一瞬時基地對地輸入為，經(jīng)反相放大，集電極對地輸出為，由于電源相當于交流地電位，則電感兩端的電位關(guān)系是上正下負。通過互感耦合及同名端確定反饋電壓在反饋線圈上是上下，正好反饋到輸入端為，是正反饋，可能振蕩。圖（b）由于為高頻旁路電容，發(fā)射極交流接地，放大器為共射放大器，輸入為基極對地，輸出為集電極對地，且為反相放大器。設(shè)某一瞬時，基極對地輸入為，經(jīng)反相放大，集電極對地輸出為，由于電源相當于交流地電位，則集電極電感兩端的電位關(guān)系是上下。通過互感耦合及同名端確定回路兩端的電位關(guān)系是上下。因為回路的上端通過高頻旁路為地電位，所以反饋到基極對地的電位關(guān)系為，是負反饋，不能振蕩。圖（c）由于為高頻旁路電容，基極交流接地，放大器為共基放大器，輸入為發(fā)射極對地，輸出為集電極對地，且為同相放大器。設(shè)某一瞬時，發(fā)射極對地輸入為，經(jīng)同相放大，集電極對地輸出為，由于電源相當于交流地電位，則集電極電感兩端的電位關(guān)系是上下。通過互感耦合及同名端確定回路兩端的電位關(guān)系是上下。因為是耦合電容，通過回路的的中點對地反饋到發(fā)射極為，是正反饋，可能振蕩。6、試從相位條件出發(fā)，判斷圖4-46交流等效電路中，哪些可能振蕩，哪些不可能振蕩。能振蕩的屬于哪種類型振蕩器？圖4-46交流等效電路解:（a）可能振蕩，電感三點式反饋振蕩器,（b）不能,（c）不能,（d）不能,（e）可能振蕩，振蕩的條件是L1C1回路呈容性，L2C2回路呈感性，即要求f01<f<f（f）可能振蕩，振蕩的條件是LC3支路呈感性，即滿足f03<f，這時是一個電容反饋振蕩器。7、圖4-47是一三回路振蕩器的等效電路，設(shè)有下列四種情況：⑴L1C1>L2C2>L3C3；⑵L1C1<L2C2<L3C3；⑶L1C1=L2C2>L3C3；⑷L1C1<L圖4-47三回路振蕩器的等效電路解:根據(jù)給定條件，可知（1）f01<f02<f03,因此，當滿足f01<f02<f<f03,就可能振蕩，此時L1C1回路和L2C2回路呈容性，而L3（2）f01>f02>f03,因此，當滿足f01>f02>f>f03,就可能振蕩，此時L1C1回路和L2C2回路呈感性，而L3（3）f01=f02<f03,因此，當滿足f01=f02<f<f03,就可能振蕩，此時L1C1回路和L2C2回路呈容性，而L3（4）f01>f02=f03不能振蕩，因為在任何頻率下，L3C3回路和L2C8、在圖4-48所示的電容三端式電路中，試求電路振蕩頻率和維持振蕩所必須的最小電壓增益。圖4-48電容三端式電路解：9、圖4-49是兩個實用的晶體振蕩器線路，試畫出它們的交流等效電路，并指出是哪一種振蕩器，晶體在電路中的作用分別是什么？圖4-49晶體振蕩器線路解：交流等效電路如圖所示。圖2（a）電路是一個并聯(lián)晶體振蕩器，晶體在電路中相當于一等效的大電感，使電路構(gòu)成電容反饋振蕩器。圖2（b）電路是一個串聯(lián)晶體振蕩器，晶體在電路中在晶體串聯(lián)頻率處等效一個低阻通道，使放大器形成正反饋，滿足相位條件，形成振蕩。10、圖4-50所示是實用晶體振蕩線路，試畫出它的高頻等效電路，并指出它是哪一種振蕩器。圖中的4.7μH電感在電路中起什么作用?圖4-50晶體振蕩電路解：晶體振蕩電路的高頻等效電路如圖所示。圖中的4.7μH與電容330pF并聯(lián)組成一個電抗電路，其諧振頻率為。對于5MHz的晶體，由于是組成并聯(lián)型晶體振蕩器，在晶體工作于基波頻率5MHz時，4.7μH與330pF并聯(lián)等效為容抗，滿足三點式振蕩器的相位平衡條件，即電路振蕩于晶體的基頻5MHz。若4.7μΗ電感改為0.6μH，則0.6μH與330pF并聯(lián)諧振頻率為。此并聯(lián)回路對晶體的基頻5MHz等效為電感，不滿足、同電抗性質(zhì)的要求，不能在5MHz振蕩。然而對三次諧波15MHz來說，并聯(lián)回路等效為電容，滿足、同為電容，故振蕩于三次諧波15MHz,稱為三次泛音晶體振蕩器。需要說明的是，并聯(lián)型晶體振蕩器的振蕩頻率，其中是晶體的串聯(lián)諧振頻率，是晶體的動態(tài)電容，是晶體的靜態(tài)電容，是晶體的負載電容。是由200pF電容和330pF電容與4.7uH電感并聯(lián)的等效電容以及由20pF電容與3/10pF微調(diào)電容并聯(lián)的電容三者串聯(lián)組成。由于，，故比略大一點，但差值很小。若=5MHz，對于300pF與4.7uH并聯(lián)的振蕩電路，振蕩頻率比5MHz稍大一點。對于300pF與0.6uH并聯(lián)的振蕩電路，振蕩頻率比15MHz稍大一點。微調(diào)電容的改變可微調(diào)振蕩頻率。11、分析圖4-51所示電路，標明次級數(shù)圈的同名端，使之滿足相位平衡條件，并求出振蕩頻率。圖4-51習題11圖解：（a）同名端標于二次側(cè)線圈的下端（b）同名端標于二次側(cè)線的圈下端（c）同名端標于二次側(cè)線圈的下端12、根據(jù)振蕩的相位平衡條件，判斷圖4-52所示電路能否產(chǎn)生振蕩？在能產(chǎn)生振蕩的電路中，求出振蕩頻率的大小。圖4-52習題12圖解：(a)能；(b)不能；(c)能；13、分析圖4-53所示各振蕩電路，畫出交流通路，說明電路的特點，并計算振蕩頻率。圖4-53振蕩電路解：交流通路如下圖所示。（a）圖為電容三點振蕩電路，采用電容分壓器輸出，可減小負載的影響。(b)圖為改進型電容三點式振蕩電路(西勒電路)，頻率穩(wěn)定度高。采用電容分壓器輸出，可減小負載的影響。14、若石英晶片的參數(shù)為，，，，試求⑴串聯(lián)諧振頻率；⑵并聯(lián)諧振頻率與相差多少？⑶晶體的品質(zhì)因數(shù)Q和等效并聯(lián)諧振電阻為多大？解：(1)(2)(3)15、晶體振蕩電路如圖4-54所示，試畫出該電路的交流通路；若f1為L1C1的諧振頻率，f2為L2C2的諧振頻率，試分析電路能否產(chǎn)生自激振蕩。若能振蕩，指出振蕩頻率與f1、f圖4-54晶體振蕩電路解：該電路的簡化交流通路如下圖所示，電路可以構(gòu)成并聯(lián)型晶體振蕩器。若要產(chǎn)生振蕩，要求晶體呈感性，和呈容性。所以。晶體振蕩電路簡化交流通路16、已知RC振蕩電路如圖4-55所示。⑴說明R1應具有怎樣的溫度系數(shù)和如何選擇其冷態(tài)電阻；⑵求振蕩頻頻率f0。圖4-55RC振蕩電路解：(1)應具有正溫度