正弦波振蕩器答案

1、第3章正弦波振蕩器答案第3章正弦波振蕩器答案 第 3 章正弦波振蕩器 3.1 為什么振蕩電路必須滿足起振條件、 平衡條件和 穩(wěn)定條件？試從振蕩的物理過程來說明這三個(gè)條件 的含義。 答：（1）在剛接通電源時(shí)，電路中會(huì)存在各種電擾 動(dòng)，這些擾動(dòng)在接通電源瞬間會(huì)引起電路電流的突 變（如晶體管ib或ic突變），這些突變擾動(dòng)的電流均具 有很寬的頻譜，由于集電極 LC 并聯(lián)諧振回路的選頻 作用，其中只有角頻率為諧振角頻率 軌的分量才能在 諧振回路兩端產(chǎn)生較大的電壓Uoj。）。通過反饋后，加 到放大器輸入端的反饋電壓 Uf（j o）與原輸入電壓U（j o） 同相，并且有更大的振幅，則經(jīng)過線性放大和正反 饋的

2、不斷循環(huán)，振蕩電壓振幅會(huì)不斷增大。故要使 振蕩器在接通電源后振蕩幅度能從小到大增長的條 件是： Uf （j，。）二 T（ j .o）Ui（ j，。） Ui （j，。） 即 ： T（j o） 1 . 起振條件 （2） 振蕩幅度的增長過程不可能無休止地延續(xù)下 去。隨著振幅的增大，放大器逐漸由放大區(qū)進(jìn)入飽 和區(qū)截止區(qū)，其增益逐漸下降。當(dāng)因放大器增益下 降而導(dǎo)致環(huán)路增益下降至 1 時(shí)，振幅的增長過程將 停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即進(jìn)入等幅狀態(tài)。振 蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)后，直流電源補(bǔ)充的能量剛好抵 消整個(gè)環(huán)路消耗的能量。故平衡條件為： Tg）=1 （3） 振蕩器在工作過程中，不可避免地要受到各 種外界因素變

3、化的影響，如電源電壓波動(dòng)、噪聲干 擾等。這些會(huì)破壞原來的平衡條件。如果通過放大 和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的 趨勢(shì)，并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài)，則 表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。振蕩器在其平衡點(diǎn)須具 有阻止振幅變化、相位變化的能力，因此： 振幅平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件是： 警 1，而F*氣，故有 頻等效電路,所示為互感線圈反饋振蕩。畫出其高相位平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件是: ：:0 振蕩頻率 fs Ci C2 100 300 fs 1 2 二 LC 1 2 二 50 10 衛(wèi) 75 101 2599 106(HZ) =2.6MHZ 要維持振蕩首先要滿足的振蕩條件為: T(j o) 1，即

4、HI T Rb2 F 解：相應(yīng)的高頻等效電路以及電感線圈的同名端 （利 用瞬時(shí)極性法來判斷）如下圖所示。 3.4 試將圖題 3.4 所示的幾種振蕩器交流等效電路改 畫成實(shí)際電路，對(duì)于互感耦合振蕩器電路須標(biāo)注同 名端，對(duì)雙回路振蕩器須注明回路固有諧振頻率的 范圍。o EC E I C R 2 Rbi Rb2 R C c T U EC (b) (c) 圖題 3.3 (a) RTC Cb Hbr C二二 Li Ce 廠 Ce Rb=Cb Re 圖3.3 圖題 3.4 解：以圖（c）為例，應(yīng)該加上直流偏置電路，則實(shí) 際電路為： 其振蕩頻率 3.5利用相位條件的判斷準(zhǔn)則， 判斷圖題 3.5所示的 三點(diǎn)式

5、振蕩器交流等效電路，哪個(gè)是不可能振蕩 的？哪個(gè)是可能振蕩的？屬于哪種類型的振蕩電 路？有些電路應(yīng)說明在什么條件下才能振蕩。L3 (c) C2 二二 (d)_ L Ci 二二 A | L : G_ 豐 C2 C (b) L2 豐 Ci Cb i 2- LC3 O .LA 2=22C2，屬于電感三點(diǎn)式振蕩電路; 容三點(diǎn)式振蕩振蕩。條件：考慮極間電容Cbe 屬于電 3.6圖題 3.6 所示是一個(gè)三回路振蕩器的等效電路。 設(shè)有下列四種情況： (1) L1C1 L2C2 丄3C3 ； ( 2) LC1 ： L2C2 - L3C3 ； (3) JG =L2C2 AL3C3 ； (4) L-1C1 : L2

6、C2 - L3C3 試分析上述四種情況是否都能振蕩，振蕩頻率與回 路諧振頻率有何關(guān)系？Li 豐 C L2 Ci Ci I- C2 MlL (b) C2 I (d) 解: 件; (a) (b) r-k、Li (e) 圖題 3.5 可以振蕩，屬于電感三點(diǎn)式振蕩電路； (c)(d)不可能振蕩，因?yàn)椴粷M足相位條 可能振蕩，條件是: L2C2呈容性，L3C3呈感性， 即: (c) C3 (f) c L TC3 L L3 T i 1 777777777771 Ji打 0 f1 (f2) f3 f 當(dāng)f1 (4) L1C1 w L2C2 = L3C3LJJJTLi 圖題 3.6 解：根據(jù)三點(diǎn)式振蕩電路組成原

7、則來判斷， 即 LG、 L2C2 同性質(zhì)，L3C3為異性質(zhì)。設(shè)：-2疋 2gLQ 2 - 2兀寸L2C2 2“. ： L3C3 (1)LC L2C2 AL3C3 即: B ： f2 ： f3 1 f2 當(dāng) （f1 ：f2 : f3時(shí)，為電容三點(diǎn)式振蕩電路; 即：f f2 L1C1 L2C2 : L3C3 、/ 當(dāng) (3) f1 f2 f3 時(shí)， LC = L2C2 為電感三點(diǎn)式振蕩電路; L C3 即：f -f2 : f3 時(shí)， 為電容三點(diǎn)式振蕩電路; 即卩：f1 f f3 Ci J 1 /T / / j V 0 f3 ( f 2 ) fi f 當(dāng)fl f3時(shí)，此電路不能起振 并加試檢正圖題3

8、.7所示的振蕩器電路有哪些錯(cuò)誤， 解：以圖（a）、（d）為例，可檢查直流偏置電路和 交流通路（正反饋）來判斷。 圖（a） :直流電源被變壓器的次級(jí)線圈短路到地， 加不到晶體管基極，故應(yīng)加隔直電容Cb ； 交流通路：通過瞬時(shí)極性法得知，此反 饋為負(fù)反饋，故應(yīng)修改同名端的標(biāo)注。 圖（d）：直流電源通過電感 L、電阻Re到地，加 不到晶體管基極，故應(yīng)加隔直電容Ce ； 交流通路正確。；EC Ci Ri HF cb c 寧：一 LA ri fL 王 C2 T Rb2 寧 Ce 民2Ce EC Re 3.8 某振蕩電路如圖題 3.8 所示。 (1) 試說明各元件的作用。 (2) 回路電感L=H,要使振蕩

9、頻率為f=49.5MHz ,則 C4應(yīng)調(diào)到何值？ 解：(1) C1、C2、C3、C4、L 構(gòu)成振湯回路；Rb1、RD2 :偏 置電阻；Lc :高頻扼流圈；Cb :旁路電容；Rc :集電極 負(fù)載電阻；Re :發(fā)射極偏置電阻；C5 :隔直電容。 (2) 交流等效電路如圖 3.8 所示。 振蕩回路兩端總電容為 C2 L C4 圖 3.8 (d) Rc Lc 3pF C3 C5 EE 圖題3.8 而振蕩頻率 1 _ (2 二 49.5 106)2 1.5 10“ 6.891 102(F) =6.891pF 10 c =c4 G C?C C1C2 C1C3 C2 C3 C=dsK 3.9 圖題 3.9

10、所示振蕩電路的振蕩頻率“50MHz 其交流等效電路并求回路電感L。 3.3pF -12V 圖題 3.9 解：交流等效電路如圖 3.9 所示。 C4 =c C1C2C3 C1C2 C1C3 C2C3 =6.891 6.2 30 3 6.2 30 6.2 3 30 3 :-4.997(pF) ： 5pF 0.033 uF 4.7kJ 8.2pF 4=8.2pF 2.2pF 耳=20pF 0.033 LE 二 0.033 uF *0033 uF 200.1 ,畫出 8.2pF 4=8.2pF 2.2pF 二二 3.3pF *o t 4pF T20pF - 圖 3.9 8.2 8.2 20 C =4

11、3.3 2.2 15 2.2+15 8.2 漢 8.2 +8.2 漢 8.2 +20 漢 8.2 ：12.621(pF) 15pF 1 L 2 (2 兀仏 1 (2 二 50 106)2 12.621 108.028 10 (H) _0.8uH 3.10 所示各振蕩電路: 3.10 對(duì)于圖題 (2 汙算畫蕩頻率交流等效電路，說明振蕩器類型; 11 圖（a）: 回路兩端總電容3% .電牙.次 8 . 2 2.2 15 8 . 2 1 5 8夕 428 (pF) s .=. - _ 1 _ 電 9.567 X106(Hz) =9.567MHz 2 二 LC 2- 57 10 * 4.8548 10

12、 一1 2 圖（b）: 回路兩端總電容 二 f 1 1 0 0 0 1 0 0 0 6 8 1 2 (59.8 2 二 LC 2 二.50 10 (59.859 100) 1042 :(2.25 2.91) 106(HZ) 12 EC 470 H : 1000pF“ 12k (b) 豐 6800pF 1000pF 68125pF 解：（1） 交流等效電路如圖 3.10 所小。 322 o 圖題3.10 7 50 H 68125pF (b)克拉潑振蕩電路 1000pF 士 1000pF 20MHz 式中C =CO C3 C1C2 C C2 二CO 10 50 100 50 100 C3 =2 6

13、 0時(shí)對(duì)應(yīng)的f =1 0 M H貝H： 10MHz 由式有: 式中C 天心260歸 C C =14，代入式中可解得: CO = 4 0 p F 13 3.11 圖題 3.11 所示是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電 路，已知G =50pF , C2 TOOpF , C3 =10260pF ,要求工作在波段 范圍，即f=1020MHz，試計(jì)算回路電感L和電容CO。設(shè)回 路無載QO =100 ,負(fù)載電阻RL =ikQ ,晶體管輸入電阻ROOQ, 若要求起振時(shí)環(huán)路增益AuF,，問要求的跨導(dǎo)gm必須為 多大？ 圖 3.11-1 圖題 3.11 解：（1）交流等效電路如圖 3.11 -1 所示，并將高頻 小信號(hào)

14、等效電路折合到 c、e 兩端，變成圖 3.11-2。 圖中=klg. +p2gLr，而gJ=gp+gL （ gp為回路的諧振電導(dǎo)）。 HH 二二 CO *C3 C1 C2 e 圖 3.11-2 （2 ）回路兩端總電容 C9 C3 ，振蕩頻率 C1 +C2 1 2 二 LC C3 MOpF時(shí)對(duì)應(yīng)的f =20MHz，則: g mUbe #C3 RL 4 - - - * 根據(jù)C3 =1OPF時(shí)對(duì)應(yīng)的f = 20MHz有： C=40 +10 +5000 拓 83.33(pF) 50+100 (3) 利用課本上求Auo的方法求解。 假設(shè)回路的諧 振電阻為Rp。 R Q0 - .I Rp =Qc -cL

15、=100 (10 20) 106 0.76 10一6： (4.775 9.550) 10 (汽) O0L b、e 兩端總電導(dǎo)為 若要求AuoF .3，其中F毘已，則要求6 gm =6g =6 (2.9856 3.22115) 10(17.91 19.33) 10(S) 1 (2 二 f)2C 62 17 (2 二 20 10 ) 83.33 10 一 :0.76 10J(H) =0.76H g 二 k；gie PLL =4 4 1 500 1 3 (4.775 9.55) 10 10 :-(2.9856 3.22115) 10 J(S) 而 Auo Ubeo gm ubeo g J gm Ub

16、eo g 4 3.13 某晶體的參數(shù)為 Lq =19.5H , Cq=2.1 漢 10pF , C。=5pF , rq =110Q 試求. (1) 串聯(lián)諧振頻率fq ； (2) 并聯(lián)諧振頻率fp ； (3) 品質(zhì)因數(shù)Qq和等效并聯(lián)諧振電阻Rq。 解I (J串聯(lián)諧振頻率為 :_ 1 _ _ 1 q 2 二 LqCq 2- .19.5 2.1 10 6 (2)并聯(lián)諧振頻率為 2.4870996 106(Hz) 2.1 10 5 2.1 10 鼻 5 2.4871518 106(Hz) 14 2 二.19.5 Rp 勺 419.5 12 0.84415584 1015（門）=844.15584 10

17、6M Q p Cqrq 2.1 10- 102 110 3.14 試畫出圖題 3.14 所示各振蕩器的交流等效電 路，說明晶體在電路中的作用，并計(jì)算反饋系數(shù) F 其中：圖（a）為10MHz晶振；圖（b）為25MHz晶振。 15 (3) Qq qLq rq 2 二 2.4870996 106 19.5 110 :2.77 106 圖題 3.14 解：（1）交流等效電路如圖 3.14 所示。圖（a）中晶 體相當(dāng)于電感，圖（b）中晶體相當(dāng)于小電阻。 （2）反饋系數(shù): _150X1500 (150*1500)二 4545 300 . F C- =430 1.59 G 270 3.16 晶體振蕩電路如圖

18、題 3.16 所示，已知-疋， 疋，試分析電路能否產(chǎn)生自激振蕩；若能振蕩，270pF 430pF 1 丁 II- (b) C2 1- |*830pF 輸出 圖 3.14 試指出振蕩角頻率與1、2之間的關(guān)系 解：其交流等效電路如圖 3.16 所示。其中晶體相當(dāng) 于電感，而LiCi與L2C2呈容性。 此電路可產(chǎn)生自激振蕩，且條件是： 3.17如圖題3.17所示為輸出振蕩頻率為5MHz的三次 泛音晶體振蕩器。 試畫出高頻等效電路并說明LC回路 的作用。 圖題3.17 20k.1 V220嚀； _，330pF 二二 C 4.7 5.6k1/1 310pF 20pF 豐 0.01 uF 2.7kO 1.5kQ ir- HH 220pF -1 豐 C L 330pF 4700pF 4.7 jiH r1- 10pF 20pF 1.5k.1 圖 3