電子電路學(xué)精品課件

1、電子電路學(xué)第1頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 在一個(gè)電子線路中，不加輸入信號(hào)就有信號(hào)輸出，這種現(xiàn)象稱為自激振蕩(oscillation)，實(shí)現(xiàn)振蕩的電路稱為振蕩器(oscillator)。 振蕩器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用非常廣泛，如超聲波診斷儀、各種電療機(jī)等都應(yīng)用了振蕩器。利用振蕩可以產(chǎn)生不同波形和不同頻率的交變電壓，常見的振蕩器有兩類，一類是正弦波振蕩器，另一類是非正弦波振蕩器。 調(diào)制(modulation)是一種頻率較高的波形攜帶低頻信息的過程，而解調(diào)(demodulation)則是從已調(diào)波中恢復(fù)原低頻信息的過程，它在生物醫(yī)學(xué)上用于各種生理參數(shù)的檢測(cè)和遙測(cè)。 第2頁(yè)，共67

2、頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五主要內(nèi)容第一節(jié) RC正弦波振蕩器第二節(jié) LC正弦波振蕩器第三節(jié) 晶體正弦波振蕩器第四節(jié) 調(diào)幅與檢波第五節(jié) 調(diào)頻與鑒頻第3頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五第一節(jié) RC正弦波振蕩器自激振蕩的基本原理1. 自激振蕩的基本條件 在前面提到，當(dāng)放大電路中引入正反饋后，往往會(huì)產(chǎn)生自激，從而破壞了放大器的正常工作。這說明正反饋放大器有可能形成振蕩。那么要滿足什么條件，才能使正反饋放大器成為一個(gè)自激振蕩器呢? 第4頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 自激振蕩器包括兩部分，一是基本放大器，放大倍數(shù)為K0；二是反饋電路，反

3、饋系數(shù)為F。 假設(shè)在基本放大器的輸入端加輸入信號(hào)ui，經(jīng)過放大后的輸出信號(hào)為uo=K0ui，然后經(jīng)反饋電路，將輸出信號(hào)uo的一部分即反饋信號(hào)uf=Fuo回送到輸入端。如果反饋信號(hào)uf與輸入信號(hào)ui同相位，則構(gòu)成正反饋回路，結(jié)果將加強(qiáng)原輸入信號(hào)。如果此反饋信號(hào)的幅度又足夠大，即滿足ufui，那么即使將輸入信號(hào)拿掉，電路也能維持有信號(hào)輸出，這樣就形成了振蕩。 第5頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 由此可見，要產(chǎn)生自激振蕩，必須具備兩個(gè)基本條件：(1)相位條件 反饋信號(hào)uf與輸入信號(hào)ui同相位，即uf與ui的相位差為=2n(n=0,1,2)(2)幅度條件 反饋信號(hào)uf應(yīng)大于或

4、等于輸入信號(hào)ui，即uiuf。因uf=Fuo，而uo=K0ui，所以u(píng)f=FK0ui，故本條件可改寫為：FK01 只有滿足了以上兩個(gè)基本條件，電路才能形成自激振蕩。第6頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五2. 正弦波振蕩器的基本組成 雖然具備了上述兩個(gè)條件的正反饋放大器能夠產(chǎn)生自激振蕩，但如果同時(shí)有許多頻率的信號(hào)(而不是一種頻率)都滿足這些條件，那么輸出端獲得的振蕩信號(hào)將不是單一頻率的正弦波，而是一個(gè)包含有多種頻率信號(hào)合成的非正弦波或矩形波。為了獲得單一頻率的正弦波，振蕩電路還必須具有選頻作用，具有這種特性的電路稱選頻電路。多頻率的信號(hào)通過選頻電路后，只有某一頻率才滿足振蕩

5、的兩個(gè)基本條件，從而得到單一頻率的正弦波信號(hào)。第7頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 選頻電路，可以由R、C元件組成，也可用L、C元件組成，還可以由石英晶體組成。 在實(shí)際的振蕩電路中，選頻電路可以作為一個(gè)獨(dú)立的部分，也可以包含在反饋電路中或基本放大器中。 從原理上講，一個(gè)自激正弦波振蕩器必須由以下三部分組成：基本放大器、正反饋電路、選頻電路。第8頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 3.振蕩的建立和穩(wěn)定 如上所述，反饋振蕩器是把反饋電壓uf作為輸入電壓，以維持一定的輸出電壓。 這里就有一個(gè)問題，既然輸出電壓是由輸入電壓放大得到的，而輸入電壓又是通過反饋

6、電路由輸出電壓供給的，那么最初的輸入電壓又是怎樣得到的呢? 第9頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 在振蕩電路中不可避免地含有微小的電擾動(dòng)，如接通直流電源的一瞬間所產(chǎn)生的電脈沖，以及電路的熱噪聲等。 由于振蕩電路是一個(gè)閉合的正反饋系統(tǒng)，因此不管電擾動(dòng)發(fā)生在電路的哪一部分，最終總要傳送到基本放大器的輸入端，成為最初的輸入電壓。這些電擾動(dòng)一般都包含有豐富的頻率成分，但在選頻電路的作用下，只有某一頻率分量可以順利的通過，其余頻率成分均被抑制。被選出的頻率分量放大后，經(jīng)反饋電路又回送到基本放大器的輸入端，形成一個(gè)循環(huán)。在第一循環(huán)結(jié)束時(shí)，第二循環(huán)即開始，如此循環(huán)往復(fù)繼續(xù)下去。 第1

7、0頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五如果在每次循環(huán)中，被選頻率分量的反饋電壓與循環(huán)開始時(shí)的輸入電壓相比較，不僅相位相同，而且振幅也增大，那么經(jīng)過上述放大正反饋再放大再正反饋的循環(huán)過程，被選頻率分量的振蕩將迅速增大，這樣自激振蕩就建立起來(lái)了。 第11頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 上述的振蕩信號(hào)會(huì)不會(huì)無(wú)止境地增長(zhǎng)下去呢? 不會(huì)。因?yàn)殡S著振蕩的增長(zhǎng)，反饋信號(hào)愈來(lái)愈大，必將導(dǎo)致晶體三極管進(jìn)入非線性工作狀態(tài)，放大器的放大倍數(shù)反而降低，使信號(hào)幅度有減少的趨勢(shì)。因此正反饋使整個(gè)電路的振幅不斷增長(zhǎng)，而放大器的非線性則使之減小，最后達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的幅度，從而獲

8、得一定幅度的等幅振蕩。第12頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五二. RC串并聯(lián)選頻電路 RC串并聯(lián)選頻電路由一個(gè)R1C1串聯(lián)電路與一個(gè)R2C2并聯(lián)電路連接而成。 當(dāng)輸入電壓ui的頻率很低時(shí)，C1的容抗遠(yuǎn)大于電阻R1，而C2的容抗遠(yuǎn)大于R2，這時(shí)在R2C2并聯(lián)電路兩端的輸出電壓uo幅度很小，且uo比ui超前的相位接近90。 R1C1R2C2第13頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 當(dāng)輸入電壓ui的頻率很高時(shí)，C1的容抗遠(yuǎn)小于R1，C2的容抗遠(yuǎn)小于R2，這時(shí)R2C2并聯(lián)電路兩端的輸出電壓uo幅度很小，且uo比ui落后的相位接近90。 因此，在一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?/p>

9、間頻率f0處，輸出電壓uo與輸入電壓ui同相位，而且這時(shí)的輸出電壓幅度最大。第14頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 RC串并聯(lián)電路的電壓傳輸系數(shù)T以及uo與ui之間的相位差隨輸入信號(hào)的頻率而變化。右圖為其電壓傳輸系數(shù)T隨頻率變化的曲線，稱為幅頻特性，及隨頻率變化的曲線，稱為相頻特性。 在實(shí)際的電路中，通常取R1=R2=R，C1=C2=C。理論和實(shí)踐證明，當(dāng)輸入信號(hào)頻率f0： f0=1/2RC時(shí)，電壓傳輸系數(shù)T最大，且等于1/3，即輸出電壓uo獲得最大值，并與輸入電壓同相位。 可見，RC串并聯(lián)電路對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)有不同的響應(yīng)特性，所以它具有選頻作用。 f+9090ff

10、0第15頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五三. 文氏橋式RC振蕩器 運(yùn)算放大器與RC串并聯(lián)選頻電路組成的文氏橋式振蕩器。運(yùn)放的輸出電壓uo分兩路反饋，一路加于RC串并聯(lián)選頻電路，其輸出端A與運(yùn)放的同相端(+)連接；另一路經(jīng)電阻R3、R4分壓，反饋到運(yùn)放的反相端(-)。 這種電路相當(dāng)于一個(gè)電橋，串聯(lián)RC、并聯(lián)RC、R3、R4為四個(gè)橋臂，A、B為電橋的兩個(gè)輸出端點(diǎn)，運(yùn)放的輸出電壓uo為電橋的電源，故這種電路稱為RC橋式振蕩器。 _+R3R1C1R2C2R4uoAB第16頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 RC串并聯(lián)選頻電路在f=f0=1/2RC時(shí)，其輸出

11、電壓與輸入電壓同相位，而運(yùn)放輸出電壓與其同相端輸入電壓同相位。這樣，當(dāng)f=f0時(shí)，RC選頻電路構(gòu)成一個(gè)正反饋支路，滿足振蕩的相位條件。這時(shí)RC選頻電路的反饋系數(shù)最大，為1/3，因此要維持振蕩就要求運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)K3。R3、R4組成深度負(fù)反饋支路，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R3、R4的阻值，使(R3+R4)/R43，就可達(dá)到K3，從而滿足振蕩的幅度條件。第17頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 為了獲得不失真的正弦波及幅度穩(wěn)定的輸出，圖中負(fù)反饋支路的R3采用熱敏電阻，它是一種負(fù)溫度系數(shù)的元件，阻值隨溫度的升高而變小。 當(dāng)振蕩器輸出幅度增加時(shí)，通過R3的電流必然增大，熱敏電阻的功耗增加

12、，溫度升高，R3的阻值降低，負(fù)反饋增強(qiáng)，運(yùn)放的放大倍數(shù)K降低，振蕩減弱，從而限制了輸出幅度的上升。 反之，如果輸出電壓幅度減小，則熱敏電阻的功耗降低，溫度降低，R3的阻值增大，負(fù)反饋減弱，放大倍數(shù)K上升，限制了輸出幅度的下降。可見，R3用熱敏電阻起到自動(dòng)穩(wěn)定振蕩幅度的作用。 第18頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 RC橋式振蕩器的振蕩頻率和輸出幅度比較穩(wěn)定，波形失真小，可產(chǎn)生幾千赫到 0.001Hz的低頻正弦波信號(hào)，而且頻率調(diào)節(jié)方便。 RC選頻電路的體積小，價(jià)格低，便于整個(gè)電路的微型化，因而在醫(yī)學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。 第19頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分

13、，星期五第二節(jié) LC正弦波振蕩器 LC并聯(lián)諧振回路具有選頻特性。如果將它與放大環(huán)節(jié)、正反饋電路結(jié)合起來(lái)，就可以組成LC正弦波振蕩器。簡(jiǎn)單調(diào)諧放大器 如果用LC并聯(lián)諧振回路代替一般交流放大器的集電極電阻RC，可以組成調(diào)諧放大器。第20頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五第21頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 從LC并聯(lián)諧振回路的特性可知，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率等于回路的諧振頻率f0時(shí)，回路的等效阻抗最大；當(dāng)信號(hào)頻率偏離f0時(shí)，阻抗變小，偏離越多，阻抗降低就越多。放大器的放大倍數(shù)隨集電極負(fù)載阻抗增大而增大。當(dāng)f=f0時(shí)，調(diào)諧放大器負(fù)載阻抗最大，放大倍數(shù)最高；當(dāng)

14、離開這個(gè)頻率時(shí)，負(fù)載阻抗急劇下降，放大倍數(shù)也隨之變?。划?dāng)被放大的信號(hào)頻率離f0很遠(yuǎn)時(shí)，放大器對(duì)它就沒有什么放大作用了。 第22頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 若適當(dāng)選擇LC回路的參數(shù)，使其諧振頻率f0等于需要放大的信號(hào)頻率，那么放大器對(duì)該信號(hào)有良好的放大作用，而對(duì)不需要放大的其他頻率的信號(hào)放大作用很小。 因此，這種放大器對(duì)頻率等于f0的輸入信號(hào)或在f0兩邊很窄的頻率范圍內(nèi)的信號(hào)有選頻作用，而對(duì)其他頻率的信號(hào)則有抑制作用，故該放大電路又被稱為為 LC選頻放大器。 該放大器的通頻帶寬度f(wàn)H-fL很窄，所以具有很好的抗干擾能力，在超聲診斷儀、廣播電視等高頻放大電路中獲得了廣

15、泛應(yīng)用。 第23頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五二. 變壓器反饋式振蕩器 變壓器反饋式LC振蕩電路是LC選頻放大器與正反饋電路組合而成的。 圖中反饋電壓uf通過線圈L2引出，再經(jīng)CB送回到放大器的輸入端，加于基極與發(fā)射極之間，三極管將L2反饋的信號(hào)放大，加于LC并聯(lián)諧振回路。同名端+-+第24頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 當(dāng)直流電源Ec接通時(shí)，在LC振蕩回路內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電沖擊，出現(xiàn)一個(gè)不大的信號(hào)，經(jīng)過多次放大、正反饋、選頻后，幅度將不斷增大，在集電極負(fù)載LC回路上得到一個(gè)較大的輸出信號(hào)電壓；其頻率由LC并聯(lián)諧振回路的參數(shù)決定，即為f0。最后受

16、晶體三極管非線性的限制，幅度自動(dòng)穩(wěn)定在某一水平上，這時(shí)在負(fù)載LC回路上就有一等幅的正弦波振蕩電壓，經(jīng)線圈L1輸出。 第25頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 這種振蕩器適用于頻率較低(幾十千赫到幾兆赫)的情況，由于采用變壓器耦合方式，容易做到匹配，故輸出振蕩電壓較大，且電路比較穩(wěn)定。 第26頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五三. 電感反饋式振蕩器 電感反饋式振蕩電路及其交流等效電路。它是一種以LC并聯(lián)諧振回路作為集電極負(fù)載的振蕩器。由于該電路的振蕩線圈分成上L1和L2兩段，有三個(gè)線頭(兩個(gè)端頭1、3和一個(gè)抽頭2)，故常稱為電感三點(diǎn)式振蕩器，又稱為哈特

17、萊振蕩器。 +-+第27頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 只要放大器有足夠的放大倍數(shù)，并適當(dāng)?shù)剡x取L1與L2的比值，電路就可滿足振蕩的幅度條件，產(chǎn)生自激振蕩。 在選取L1與L2之比時(shí)，一方面要考慮有足夠的反饋量，以利于起振和獲得較大的輸出幅度；另一方面也要考慮到，為了使波形失真小一些，反饋量又不能太強(qiáng)。根據(jù)實(shí)踐，取L1:L2=3:1時(shí)，可基本上兼顧以上兩點(diǎn)要。理論上可以證明，該電路的振蕩頻率近似為： 式中M是線圈L1和L2之間的互感系數(shù)。 第28頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 該電路振蕩頻率中等，一般可達(dá)到幾十兆赫，如果諧振電容C換成可變電容器

18、，則振蕩頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)；電路比變壓器反饋式振蕩器簡(jiǎn)單，只用一個(gè)線圈，且容易起振，但輸出的正弦波信號(hào)中高次諧波較多，波形欠佳。 第29頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五四. 電容反饋式振蕩器 圖中L和C1、C2組成LC并聯(lián)諧振回路，“1”端接三極管的集電極，“2”端通過旁路電容CE接發(fā)射極，“3”端經(jīng)電容CB接基極，振蕩電容有三個(gè)引線點(diǎn)，所以這種電路常稱為電容三點(diǎn)式振蕩器，又叫考畢茲振蕩器。 +-+-第30頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五若適當(dāng)選取C1和C2的比值，放大器有足夠的放大倍數(shù)，就可滿足振蕩的幅度條件，產(chǎn)生正弦波振蕩信號(hào)。其振蕩頻率近似為：

19、 式中C為C1與C2的串聯(lián)等效電容。 第31頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 這種電路振蕩頻率較高，一般可達(dá)到100MHz以上。 由于電路是通過電容器分壓反饋，對(duì)高頻呈現(xiàn)較小的阻抗，振蕩時(shí)高次諧波的反饋量弱，其輸出波形失真小，更接近正弦，但頻率調(diào)節(jié)不方便。第32頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五第三節(jié) 晶體正弦波振蕩器 前述的LC振蕩器的品質(zhì)因素Q值不可能做得很高，一般在200以下，即使采取各種措施，振蕩頻率的穩(wěn)定度也很難超過10-5數(shù)量級(jí)。 為了進(jìn)一步提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，常用石英晶體代替LC振蕩器中的LC并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成石英晶體振蕩器。 在超

20、聲診斷儀、各種遙測(cè)和病房監(jiān)護(hù)等醫(yī)用設(shè)備中常采用這種振蕩電路。第33頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由 來(lái)衡量頻率偏移量。振蕩頻率。LC振蕩電路 Q 數(shù)百石英晶體振蕩電路 Q 10,000 500,000第34頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五一. 石英晶體的結(jié)構(gòu)和電特性 天然石英是一種六棱柱晶體，其化學(xué)成分是SiO2。 將這種石英晶體按一定的方位角切割下來(lái)的薄片稱為晶片，在晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面噴涂金屬作為極板，引出兩根引線，就構(gòu)成了石英諧振器，又稱為石英晶體，右圖是它的結(jié)構(gòu)示意圖。第35頁(yè)

21、，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 若在石英晶體的某一軸向加一壓力或拉力，則在受力面的兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)異號(hào)電荷，這叫做晶體的正壓電效應(yīng)。相反，若在晶體上加一電場(chǎng)，晶體將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，晶體的厚薄會(huì)發(fā)生變化，這叫做晶體的逆壓電效應(yīng)。若在晶體的極板上加交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，而機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓第36頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 在一般的情況下，這種機(jī)械振動(dòng)和交變電場(chǎng)的幅度都很小，但是，當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶體機(jī)械振動(dòng)的固有頻率相同時(shí)，兩者的幅度達(dá)到最大，比一般情況下的幅度大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，與LC回路的諧振

22、十分相似。 石英晶體的固有頻率由晶片的切割方向和幾何尺寸決定，每一塊晶片都有它的固有頻率，而且非常穩(wěn)定，所以石英諧振器是一種非常理想的諧振回路。 當(dāng)交變電壓頻率 = 固有頻率時(shí)，振幅最大 壓電諧振第37頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 石英晶體的電特性可以用右圖所示的等效電路表示。 圖中C0是晶片金屬極板之間構(gòu)成的靜電容，約為幾皮法到幾十皮法，等效電感L為10-3102，等效電容C為10-210-1pF，等效電阻R表示振動(dòng)時(shí)的磨擦損耗，約為110。由于石英晶片的等效電感L很大，而C、R都很小，所以石英諧振回路的Q值(Q=0L/R)很大，可達(dá)104106，這是普通的LC回

23、路無(wú)法比擬的。因此，利用石英晶體組成振蕩器，可獲得很高的頻率穩(wěn)定性。 第38頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 右圖是石英晶體的電抗頻率特性曲線。從圖中可以看出，當(dāng)外加頻率很低時(shí)，電路的電抗表現(xiàn)為電容性。隨著頻率的增加，容抗逐漸減小，直到f=f1時(shí)，等效電路的LCR支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，LCR串聯(lián)電路的阻抗僅表現(xiàn)為純電阻R，通過串聯(lián)支路的電流達(dá)到最大值。晶體呈串聯(lián)諧振，其頻率為f1。 當(dāng)ff1時(shí)，該LCR串聯(lián)支路呈現(xiàn)電感性。隨著頻率f的增加，感抗急劇增大，當(dāng)f=f2時(shí)，等效電路兩支路的電抗大小相等，晶體產(chǎn)生并聯(lián)諧振，其阻抗Z最大，且呈現(xiàn)純電阻性，如果略去電阻R的影響，則并聯(lián)諧

24、振頻率為f2。當(dāng)頻率ff2時(shí)，電路又呈現(xiàn)電容性。第39頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五二. 并聯(lián)型晶體振蕩器 并聯(lián)型晶體振蕩電路，實(shí)際上是一個(gè)電容反饋式振蕩器。圖中的晶體以電感L的形式與C1、C2構(gòu)成LC并聯(lián)諧振回路，振蕩頻率基本上決定于晶體本身的固有頻率。 第40頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五三. 串聯(lián)型晶體振蕩器 由兩級(jí)直接耦合的放大電路組成，正弦波振蕩電壓由T2射極經(jīng)C輸出。 當(dāng)接通電源時(shí)，設(shè)T1的集電極電流有一個(gè)波動(dòng)，經(jīng)T2電流放大后，由T2的射極通過晶體反饋到T1的射極。在這種情況下，只有那些頻率接近于晶體串聯(lián)諧振頻率的波動(dòng)才滿足振蕩

25、的條件，這時(shí)晶體的等效阻抗最小，且呈現(xiàn)純電阻性，因而正反饋量最大。 第41頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五第四節(jié) 調(diào)幅與檢波 調(diào)幅是指高頻載波信號(hào)的振幅隨低頻調(diào)制信號(hào)而變化，而檢波則是從調(diào)幅波中取出原低頻調(diào)制信號(hào)，前者屬于調(diào)制，后者屬于解調(diào)。在生物醫(yī)學(xué)中調(diào)幅和檢波常應(yīng)用于病房監(jiān)護(hù)、體內(nèi)生理參數(shù)的檢測(cè)、航天醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。第42頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五一. 調(diào)幅的基本概念低頻調(diào)制信號(hào)高頻載波信號(hào)調(diào)幅波包絡(luò)線，形狀和頻率與調(diào)制信號(hào)相同第43頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五高頻載波信號(hào)低頻調(diào)制信號(hào)Uc、c和Um、

26、m分別為高頻載波和低頻調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的幅度和角頻率，通常有c m。若將uc和um同時(shí)輸入含有非線性元件的調(diào)幅器中，則在輸出端可得到幅度隨um而變化的高頻調(diào)幅波信號(hào)ua。在一般的情況下，調(diào)幅波可表示為 可以看出，調(diào)幅波的幅度Uam=Uc(1+mcosm t)，隨調(diào)制信號(hào)而變化。式中m為調(diào)制信號(hào)幅度Um與載波幅度Uc之比，即m=Um/Uc，稱為調(diào)制系數(shù)，又叫調(diào)幅度，其大小反映了調(diào)制信號(hào)對(duì)載波調(diào)制的程度。第44頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五m=1，無(wú)包絡(luò)失真的最大調(diào)制系數(shù)不同調(diào)制系數(shù)m的調(diào)幅波m1，包絡(luò)失真，稱為調(diào)幅失真，或過調(diào)幅第45頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4

27、點(diǎn)28分，星期五 超聲診斷儀中的超聲回波調(diào)幅信號(hào)，其載波為2.57.5MHz的高頻正弦波，而調(diào)制信號(hào)是反映界面位置的脈沖。第46頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 阻抗血流儀中的高頻調(diào)幅波，其載波為3050kHz的正弦波或矩形波，而調(diào)制信號(hào)則為隨血流搏動(dòng)的血管容積變化的阻抗電信號(hào)。 第47頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五二. 晶體三極管調(diào)幅電路 調(diào)幅實(shí)質(zhì)上是一種頻率變換過程，必須將低頻調(diào)制信號(hào)um和高頻載波信號(hào)uc，同時(shí)加于非線性元件中，經(jīng)過非線性變換后，產(chǎn)生新的頻率分量，再利用諧振回路的選頻作用，取出所需要的頻率分量。因此，要實(shí)現(xiàn)調(diào)幅，必須有非線

28、性元件和調(diào)諧回路。第48頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五晶體三極管基極調(diào)幅電路高頻載波輸入變壓器低頻調(diào)制信號(hào)耦合輸入電容高頻載波旁路電容R1、R2使三極管處于非線性工作狀態(tài)C3、L3組成并聯(lián)調(diào)諧選頻回路L4為調(diào)幅波輸出繞組第49頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五Q選擇在特性曲線的彎曲部分，工用在非線性工作狀態(tài)第50頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五三. 二極管幅度檢波器 檢波實(shí)際上是從調(diào)幅波中取出其包絡(luò)的過程，也是一種頻率變換過程。幅度檢波電路通常由三部分組成：高頻輸入電路，非線性元件，高頻濾波電路。 晶體二極管幅度檢波電路，

29、線圈L1、 L2組成高頻輸入電路，將調(diào)幅波信號(hào)傳送到二極管D的輸入端；二極管D為非線性元件，起頻率變換作用；C和R組成高頻濾波電路，濾出高頻信號(hào)，檢出調(diào)制信號(hào)。第51頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五第52頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 輸出電壓uo波形中的鋸齒波是為了便于從圖中看出電容C充放電過程而畫出的，實(shí)際上由于高頻載波頻率比低頻調(diào)制信號(hào)的頻率高得多，uo的波形是比較平滑的。 這種檢波電路稱為二極管峰值檢波器，它要求輸入的調(diào)幅波信號(hào)比較大，否則會(huì)由于信號(hào)幅度低而產(chǎn)生非線性失真。 第53頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五

30、第五節(jié) 調(diào)頻與鑒頻 調(diào)幅波在傳送、接收和處理過程中，容易受到來(lái)自內(nèi)部和外部的各種噪聲干擾，使其幅度發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)跊]有用信號(hào)。如果采用調(diào)頻波，則可大大減少這種幅度干擾的作用。第54頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五一. 調(diào)頻的基本概念 使高頻載波的頻率(或相位)按照低頻調(diào)制信號(hào)的規(guī)律作相應(yīng)的變化，稱為調(diào)頻或調(diào)相。 調(diào)頻波的幅度不變，僅頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化。當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓正向增大時(shí)，調(diào)頻波的頻率增加，對(duì)應(yīng)于調(diào)制信號(hào)正峰處，頻率達(dá)到最大值；反之，當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓負(fù)向增大時(shí)，調(diào)頻波的頻率減小，對(duì)應(yīng)于負(fù)峰處，頻率達(dá)到最小值。調(diào)制信號(hào)電壓為零時(shí)，頻率等于載波頻率，稱為中心頻率

31、，用fc表示，調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率與中心頻率的差值稱為頻偏，用fd表示。 第55頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五頻率最小值頻率最大值第56頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五調(diào)頻后，調(diào)頻波的瞬時(shí)角頻率可表示為式中為最大角頻偏。 由此可得，調(diào)頻波的頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化，其最大瞬時(shí)角頻率為 max= c+ ，最小瞬時(shí)角頻率為max= c- 高頻載波信號(hào)低頻調(diào)制信號(hào)第57頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五二. 調(diào)頻電路 設(shè)高頻載波振蕩器的頻率為f，若回路的電感L不變，則f隨電容C的變化關(guān)系為 由上式可得，載波振蕩頻率的相對(duì)變化df/dt與

32、電容C變化的關(guān)系為df/dt=-dC/2C，同理，若電容C不變，而改變電感，則振蕩器頻率的相對(duì)變化隨電感L變化關(guān)系為df/f=-dL/2L 由此可知，高頻載波頻率的相對(duì)變化量與電容(或電 感)的相對(duì)變化量在數(shù)值上成正比，式中負(fù)號(hào)表示電容(或電感)增加時(shí)，振蕩頻率降低?？梢姡灰谜{(diào)制信號(hào)去控制載波LC振蕩回路的電容量(或電感量)，就可以得到振蕩頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化的調(diào)頻波。第58頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五1. 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路 變?nèi)荻O管是一種結(jié)電容Cj隨反向電壓增加而電容量減小的專用二極管。右圖為結(jié)電容Cj與反向電壓U之間的變?nèi)萏匦郧€，利用變?nèi)荻O管的這一特

33、性可產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。第59頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五 變?nèi)荻O管調(diào)頻電路中L1、C1組成高頻載波振蕩器的并聯(lián)諧振回路，C2、C3對(duì)高頻載波信號(hào)短路，而對(duì)直流電壓正和低頻調(diào)制信號(hào)有隔離作用，L2是高頻阻流圈。當(dāng)調(diào)制信號(hào)um=0時(shí)，高頻載波振蕩頻率fc(即調(diào)頻波的中心頻率)取決于L1、C1以及直流偏壓-E下的變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj；當(dāng)有調(diào)制信號(hào)um輸入時(shí)，結(jié)電容Cj隨um而變化。結(jié)果，使振蕩器頻率隨調(diào)制信號(hào)um而變化。第60頁(yè)，共67頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)28分，星期五2. 體內(nèi)壓力轉(zhuǎn)換調(diào)頻電路 電容式或電感式醫(yī)用壓力換能器，它的電容量或電感量是隨壓力而變化的。 如果以這種換能器作為L(zhǎng)C振蕩回路的組成元件，振蕩頻率將隨著被測(cè)生理參數(shù)而變化。右圖是一種嵌入顱骨中的顱內(nèi)壓探測(cè)的電容式壓力轉(zhuǎn)換調(diào)頻電路，可變電容器C與電感線圈L組