石英晶體振蕩器.ppt

5 3直接調(diào)頻電路 5 3 1變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路 一 變?nèi)荻O管的特性 變?nèi)荻O管的符號和結(jié)電容 隨外加偏壓 變化的關(guān)系如圖5 3 1所示 其表達式為 式中 為加到變?nèi)莨軆啥说碾妷?變?nèi)莨艿膭輭倦娢徊?鍺管為0 2V 硅管為0 6V 變?nèi)荻O管結(jié)電容隨外加電壓的變化特性動畫 n 變?nèi)莨艿淖內(nèi)葜笖?shù) 與PN結(jié)的結(jié)構(gòu)有關(guān) 其值為 上的總電壓為 且 式中 時變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容 即靜態(tài)工作點處的結(jié)電容 表示結(jié)電容調(diào)制深度的調(diào)制指數(shù) 圖5 3 2 a 所示電路為LC正弦波振蕩器中的諧振回路 二 變?nèi)荻O管作為振蕩回路總電容的直接調(diào)頻電路 為高頻扼流圈 對高頻感抗很大 接近開路 而對直流和調(diào)制頻率則接近短路 是高頻濾波電容 對高頻容抗很小接近短路 而對調(diào)制頻率的容抗很大 接近開路 接近短路 而對調(diào)制頻率接近開路 1 各元件的作用 2 高頻等效電路 3 變?nèi)荻O管的控制電路 圖 c 為變?nèi)荻O管的控制電路 結(jié)電容不 受振蕩回路的影響 圖5 3 2變?nèi)荻O管作為回路總電容的直接調(diào)頻原理電路 的作用使 4 調(diào)頻原理分析 由于振蕩回路中僅包含一個電感L和一個變?nèi)荻O管 回路振蕩角頻率 即調(diào)頻特性方程為 由上式可以看出 當(dāng)變?nèi)荻O管變?nèi)葜笖?shù)n 2時 角頻偏 實現(xiàn)了線性調(diào)頻 稱為歸一化調(diào)制信號電壓 則調(diào)頻特性方程可以改寫為 令 由于x 1 式中三次方以上的項可以忽略 并將 代入 可近似為 將上式展開為泰勒級數(shù) 得到 最大線性角頻偏 或相對最大線性角頻偏 調(diào)頻靈敏度 由該式可得到調(diào)頻波的線性角頻偏為 二次諧波失真分量的最大角頻偏 中心頻率偏離量 這里主要由余弦的平方引起 相應(yīng)地 調(diào)頻波的二次諧波失真系數(shù)為 中心角頻率的相對偏離值 率的相對偏離值 或者說 調(diào)頻波能夠達到的最大相對角頻偏受非線性失真和中心頻率相對偏離值的限制 成正比是直接調(diào)頻電路的一個重要特性 可以增大調(diào)頻波的最大角頻偏 調(diào)頻波的相對角頻偏與m成正比 也即與 當(dāng)m選定 即調(diào)頻波的相對角頻偏一定時 提高 在實際調(diào)頻電路中 加在變?nèi)荻O管上的電壓不僅有 壓 如圖5 3 3中虛線所示 高頻電壓不僅影響振蕩頻率隨調(diào)制電壓 的變化規(guī)律 而且還影響振蕩幅度 和頻率穩(wěn)定度等性能 在實際電路中總是力求減小加到變?nèi)莨苌系母哳l電壓 圖5 3 3變?nèi)荻O管結(jié)電容隨高頻電壓變化的特性 三 變?nèi)荻O管作為振蕩回路部分電容的直接調(diào)頻電路 為了提高直接調(diào)頻電路中心頻率的穩(wěn)定性和調(diào)制線性 在直接調(diào)頻的LC正弦振蕩電路中 一般都采用圖5 3 4所示的變?nèi)莨懿糠纸尤氲恼袷幓芈?圖中回路總電容為 將式 代入 可以得到單頻率調(diào)制時 回路總電容隨 變化關(guān)系為 相應(yīng)的調(diào)頻特性方程為 很明顯 由于變?nèi)莨軆H是回路總電容的一部分 因而調(diào)制信號對振蕩頻率的調(diào)變能力必將比變?nèi)莨苋拷尤胝袷幓芈窌r小 故實現(xiàn)線性調(diào)頻 必須選用n大于2的變?nèi)莨?同時還應(yīng)正確選擇C1和C2的大小 在實際電路中 一般C2取值較大 約幾十皮法至幾百皮法 而C1取值較小 約為幾皮法至幾十皮法 C1和C2對調(diào)制特性的影響 如圖5 3 5所示 的接入主要改善低頻區(qū)的調(diào)制特性曲線 如圖 a 中曲線 所示 分析C2短路以及CjQ小或者大的情況 的接入主要改善高頻區(qū)的調(diào)制特性曲線 如圖 b 中曲線 所示 分析C1開路以及CjQ小或者大的情況 本質(zhì)上就是減小曲線的斜率 并讓曲線變得更加平滑 圖中C2應(yīng)該大于C2 確定后 根據(jù)調(diào)制特性方程可以求出變?nèi)莨?部分接入時直接調(diào)頻電路提供的最大角頻偏為 式中 其中 調(diào)頻靈敏度 調(diào)頻靈敏度 比變?nèi)莨苋拷尤霑r的直接調(diào)頻電路 減小了p倍 但因溫度等因素的變化引起 不穩(wěn)定而造成的載波頻率 的變化也同樣減小到1 p 即載波頻率的穩(wěn)定性提高了p倍 同時 加到變?nèi)莨苌系母哳l振蕩電壓振幅也相應(yīng)減小 這對于減小調(diào)制失真非常有利 四 電路實例分析 圖5 3 6140MHz的變?nèi)莨茏骰芈房傠娙莸闹苯诱{(diào)頻電路 用在衛(wèi)星通信地面站調(diào)頻發(fā)射機中 調(diào)頻電路的高頻通路 變?nèi)莨艿闹绷魍泛鸵纛l控制電路分別如圖 b d c 所示 注意 畫高頻通路時 忽略了接在集電極上的75 小電阻 畫音頻控制通路時 忽略了直流通路中的各個電阻 由圖 b 高頻通路知 這是一個變?nèi)荻O管作回路總電容的直接調(diào)頻電路 圖5 3 7所示是中心頻率為90MHz變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路 圖5 3 790MHz的變?nèi)莨茏骰芈凡糠蛛娙莸闹苯诱{(diào)頻電路 圖5 3 8所示電路是某通信機中的變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路 該電路的構(gòu)成中有一個特點 它用了兩個對接的變?nèi)荻O管 圖5 3 8某通信機中的變?nèi)荻O管部分接入的直接調(diào)頻電路 圖5 3 9 a 是一個電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機實例 電容話筒在聲波作用下 內(nèi)部的金屬薄膜產(chǎn)生振動 會引起薄膜與另一電極之間電容量的變化 如果把電容式話筒直接接到振蕩器的諧振回路中 作為回路電抗就可構(gòu)成調(diào)頻電路 圖5 3 9電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機 電容式話筒振蕩器是電容三點式電路 它利用了晶體管的極間電容 電容話筒直接并聯(lián)在振蕩回路兩端 用聲波直接進行調(diào)頻 圖5 3 9 b 是電容式話筒的原理圖 金屬膜片與金屬板之間形成電容 聲音使膜片振動 兩片間距隨聲音強弱而變化 因而電容量也隨聲音強弱而變化 在正常聲壓下 電容量變化較小 為獲得足夠的頻偏 應(yīng)選擇較高的載頻 由變?nèi)荻O管的電路形式 可知載頻大 頻偏也會變大 這種調(diào)頻發(fā)射機載頻約在幾十兆赫茲到幾百兆赫茲之間 耳語時 頻偏約有2kHz 大聲說話時 頻偏約40kHz左右 高聲呼喊時 頻偏可達75kHz 這種電路沒有音頻放大器所造成的非線性失真 易于獲得較好的音質(zhì) 這種調(diào)頻發(fā)射機只有一級振蕩器 輸出功率小 頻率穩(wěn)定度差 但體積小 重量輕 5 3 2晶體振蕩器直接調(diào)頻 為了進一步提高頻率穩(wěn)定度 可采用變?nèi)荻O管晶體直接調(diào)頻電路 圖5 3 10是由變?nèi)莨芫w直接調(diào)頻振蕩電路組成的無線話筒發(fā)射機 圖5 3 10變?nèi)荻O管晶體直接調(diào)頻振蕩電路 圖中晶體管T2的集電極回路調(diào)諧在晶體振蕩器的三次諧波100MHz上 因此該回路在晶體振蕩頻率處可視為短路 電路為并聯(lián)型 石英呈容性 石英晶體振蕩器 話音信號由T1放大后加到變?nèi)莨苌蠈崿F(xiàn)了調(diào)頻 由于達到平衡狀態(tài)時的振蕩器工作于非線性狀態(tài) 所以T2的集電極電流中含有豐富的諧波 其三次諧波由集電極回路選中 通過天線輸出 完成了載頻的三倍頻功能 頻偏也擴大了三倍 作業(yè) P 2205 155 16 射極耦合的調(diào)頻方波發(fā)生器 電路如圖5 3 11 該電路產(chǎn)生調(diào)頻方波信號 輸出的對稱方波電壓的頻率為 一 張弛振蕩器直接調(diào)頻電路 1 原理電路 5 3 3 張弛振蕩器電路實現(xiàn)直接調(diào)頻 自學(xué) 的線性控制時 可以得到不失真的調(diào)射極 耦合的調(diào)頻方波發(fā)生器 該電路產(chǎn)生的輸出調(diào)頻方波信號波形如圖5 3 12所示 輸出對稱方波電壓的頻率為調(diào)頻方波 頻率取決于電路中的充放電速度 若用調(diào)制信號去控制電容的充放電電流 就可控制張弛振蕩器的重復(fù)頻率 張弛振蕩器的振蕩 二 調(diào)頻非正弦波轉(zhuǎn)換為調(diào)頻正弦波 1 傅立葉級數(shù)展開法 將非正弦調(diào)頻波進行傅立葉級數(shù)展開后 再通過中心頻率為 的帶通濾波器 即可取出中心頻率為 的正弦調(diào)頻信號 頻率為 的雙向開關(guān)函數(shù) 按這種原理工作的直接調(diào)頻電路有調(diào)頻方波發(fā)生器 調(diào)頻三角波發(fā)生器等 相應(yīng)產(chǎn)生的調(diào)頻波形是調(diào)頻方波 三角波等 因此單音調(diào)制的調(diào)頻方波可表示為 現(xiàn)令 則由圖可見 未調(diào)制的載波信號電壓為 將 代入上式 可得調(diào)頻方波的傅立葉 上式表明 單音調(diào)制的調(diào)頻方波可以分解為無數(shù)個調(diào)頻正弦波之和 每個調(diào)頻波的載波角頻率為 級數(shù)展開式為 可見 載波角頻率越高的調(diào)頻波 它的調(diào)頻指數(shù)也越大 因此 占有的有效頻譜寬度也就越寬 近似估計時 其值為 n 1 3 5 器 就能取出n次諧波的調(diào)頻正弦波 有效頻譜不重疊 如圖5 3 13所示 相鄰兩個奇數(shù)次 的正弦調(diào)頻波的有效頻帶寬度應(yīng)滿足 例如三次諧波的正弦波調(diào)頻輸出電壓為 2 非線性變換網(wǎng)絡(luò)法 非線性變換網(wǎng)絡(luò)法可以將調(diào)頻三角波變換為調(diào)頻正弦波 例如 若某一非線性變換網(wǎng)絡(luò)所