高頻電子技術(shù)-朱小祥課件第4章 正弦波振蕩器習(xí)題解答

正弦波振蕩器習(xí)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(xí)題4.1圖解:交流等效電路如下圖示。在畫這些圖時(shí)，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(jí)間反饋的放大器，它通過RF1產(chǎn)生級(jí)間負(fù)反饋，通過LC1串聯(lián)諧振回路產(chǎn)生級(jí)間正反饋。當(dāng)正反饋量大于負(fù)反饋量時(shí)，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?zhàn)顝?qiáng)。因此，當(dāng)有ωOSC的擾動(dòng)分量存在時(shí)，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(gè)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(gè)諧振回路振蕩器的交流等效電路解:該電路作為三點(diǎn)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(gè)并聯(lián)諧振回路的諧振頻率分別為（1）L1C1>L2C2>L3C3時(shí)，ω1<ω2<三個(gè)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(gè)。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(shí)c-e和b-e間呈容抗，b-c間呈感抗，電路屬于電容三點(diǎn)式振蕩器。（2）L1C1=L2C2<L3C3時(shí)，ω1=ω2>三個(gè)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(shí)，c-e,b-e間呈現(xiàn)感抗，b-e間呈現(xiàn)容抗，是電感三點(diǎn)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(jì)算反饋系數(shù)。圖4-43晶體振蕩器解:對(duì)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(yīng)等效為感抗，應(yīng)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(duì)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(dāng)于一個(gè)具有高選擇性的短路元件，應(yīng)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(xí)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(fù)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(fù)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(shí)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(shí)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(duì)分析判斷互感耦合振蕩器、振蕩器較為方便，而對(duì)于三點(diǎn)式振蕩器較多的是利用三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則來分析判斷。在應(yīng)用瞬時(shí)極性法時(shí)，首先要識(shí)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?yàn)楣采浞糯笃鞯妮斎胧腔鶚O，輸出是集電極，參考點(diǎn)(或接地點(diǎn))是發(fā)射極，它是反相放大器，輸出電壓與輸入信號(hào)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(diǎn)(或接地點(diǎn))是基極，它是同相放大器，輸出電壓與輸入信號(hào)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(diǎn)(或接地點(diǎn))是集電極，它是同相放大器，輸出電壓與輸入信號(hào)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(shí)，輸入端對(duì)參考點(diǎn)的電位為，然后根據(jù)放大器的組態(tài)確定輸出端對(duì)參考點(diǎn)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(duì)參考點(diǎn)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(fù)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(duì)地，輸出為對(duì)地，且為反相放大器。設(shè)某一瞬時(shí)基地對(duì)地輸入為，經(jīng)反相放大，集電極對(duì)地輸出為，由于電源相當(dāng)于交流地電位，則電感兩端的電位關(guān)系是上正下負(fù)。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(duì)地，輸出為集電極對(duì)地，且為反相放大器。設(shè)某一瞬時(shí)，基極對(duì)地輸入為，經(jīng)反相放大，集電極對(duì)地輸出為，由于電源相當(dāng)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?yàn)榛芈返纳隙送ㄟ^高頻旁路為地電位，所以反饋到基極對(duì)地的電位關(guān)系為，是負(fù)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(duì)地，輸出為集電極對(duì)地，且為同相放大器。設(shè)某一瞬時(shí)，發(fā)射極對(duì)地輸入為，經(jīng)同相放大，集電極對(duì)地輸出為，由于電源相當(dāng)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?yàn)槭邱詈想娙?，通過回路的的中點(diǎn)對(duì)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(diǎn)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(shí)是一個(gè)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(dāng)滿足f01<f02<f<f03,就可能振蕩，此時(shí)L1C1回路和L2C2回路呈容性，而L3（2）f01>f02>f03,因此，當(dāng)滿足f01>f02>f>f03,就可能振蕩，此時(shí)L1C1回路和L2C2回路呈感性，而L3（3）f01=f02<f03,因此，當(dāng)滿足f01=f02<f<f03,就可能振蕩，此時(shí)L1C1回路和L2C2回路呈容性，而L3（4）f01>f02=f03不能振蕩，因?yàn)樵谌魏晤l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(gè)實(shí)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(gè)并聯(lián)晶體振蕩器，晶體在電路中相當(dāng)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)電抗電路，其諧振頻率為。對(duì)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(shí)，4.7μH與330pF并聯(lián)等效為容抗，滿足三點(diǎn)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(duì)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(duì)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(dòng)態(tài)電容，是晶體的靜態(tài)電容，是晶體的負(fù)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(diǎn)，但差值很小。若=5MHz，對(duì)于300pF與4.7uH并聯(lián)的振蕩電路，振蕩頻率比5MHz稍大一點(diǎn)。對(duì)于300pF與0.6uH并聯(lián)的振蕩電路，振蕩頻率比15MHz稍大一點(diǎn)。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(biāo)明次級(jí)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(xí)題11圖解：（a）同名端標(biāo)于二次側(cè)線圈的下端（b）同名端標(biāo)于二次側(cè)線的圈下端（c）同名端標(biāo)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(xí)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(diǎn)，并計(jì)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(diǎn)振蕩電路，采用電容分壓器輸出，可減小負(fù)載的影響。(b)圖為改進(jìn)型電容三點(diǎn)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(fù)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(yīng)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(yīng)具有正溫度