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(hào)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(dá)式為 式中 為加到變?nèi)莨軆啥说碾妷?變?nèi)莨艿膭?shì)壘電位差 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(dòng)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(shí)變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容 即靜態(tài)工作點(diǎn)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L(zhǎng)C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(duì)高頻感抗很大 接近開路 而對(duì)直流和調(diào)制頻率則接近短路 是高頻濾波電容 對(duì)高頻容抗很小接近短路 而對(duì)調(diào)制頻率的容抗很大 接近開路 接近短路 而對(duì)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(gè)電感L和一個(gè)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(shí) 角頻偏 實(shí)現(xiàn)了線性調(diào)頻 稱為歸一化調(diào)制信號(hào)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(xiàng)可以忽略 并將 代入 可近似為 將上式展開為泰勒級(jí)數(shù) 得到 最大線性角頻偏 或相對(duì)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(duì)偏離值 率的相對(duì)偏離值 或者說(shuō) 調(diào)頻波能夠達(dá)到的最大相對(duì)角頻偏受非線性失真和中心頻率相對(duì)偏離值的限制 成正比是直接調(diào)頻電路的一個(gè)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(duì)角頻偏與m成正比 也即與 當(dāng)m選定 即調(diào)頻波的相對(duì)角頻偏一定時(shí) 提高 在實(shí)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(shí)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(shí) 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(hào)對(duì)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(shí)小 故實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻 必須選用n大于2的變?nèi)莨?同時(shí)還應(yīng)正確選擇C1和C2的大小 在實(shí)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(duì)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(shí)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(shí)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(shí) 加到變?nèi)莨苌系母哳l振蕩電壓振幅也相應(yīng)減小 這對(duì)于減小調(diào)制失真非常有利 四 電路實(shí)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(jī)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(shí) 忽略了接在集電極上的75 小電阻 畫音頻控制通路時(shí) 忽略了直流通路中的各個(gè)電阻 由圖 b 高頻通路知 這是一個(gè)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(jī)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(gè)特點(diǎn) 它用了兩個(gè)對(duì)接的變?nèi)荻O管 圖5 3 8某通信機(jī)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(gè)電容式話筒調(diào)頻發(fā)射機(jī)實(shí)例 電容話筒在聲波作用下 內(nèi)部的金屬薄膜產(chǎn)生振動(dòng) 會(huì)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(jī) 電容式話筒振蕩器是電容三點(diǎn)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(jìn)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(dòng) 兩片間距隨聲音強(qiáng)弱而變化 因而電容量也隨聲音強(qiáng)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(huì)變大 這種調(diào)頻發(fā)射機(jī)載頻約在幾十兆赫茲到幾百兆赫茲之間 耳語(yǔ)時(shí) 頻偏約有2kHz 大聲說(shuō)話時(shí) 頻偏約40kHz左右 高聲呼喊時(shí) 頻偏可達(dá)75kHz 這種電路沒(méi)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(jī)只有一級(jí)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(jìn)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(wú)線話筒發(fā)射機(jī) 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(hào)由T1放大后加到變?nèi)莨苌蠈?shí)現(xiàn)了調(diào)頻 由于達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)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(guò)天線輸出 完成了載頻的三倍頻功能 頻偏也擴(kuò)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(hào) 輸出的對(duì)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(shí)現(xiàn)直接調(diào)頻 自學(xué) 的線性控制時(shí) 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(hào)波形如圖5 3 12所示 輸出對(duì)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(hào)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(jí)數(shù)展開法 將非正弦調(diào)頻波進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)展開后 再通過(guò)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(hào) 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(hào)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(wú)數(shù)個(gè)調(diào)頻正弦波之和 每個(gè)調(diào)頻波的載波角頻率為 級(jí)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(jì)時(shí) 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(gè)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