高频电子线路杨霓清答案第三章-正弦波振荡器.doc
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思考题与习题 3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件,则必然满足稳定条件,这种说法是否正确?为什么? 解:不正确。因为满足起振条件和平衡条件后,振荡由小到大并达到平衡。但当外界因素(温度、电源电压等)变化时,平衡条件受到破坏。若不满足稳定条件,振荡起就不会回到平衡状态,最终导致停振。 3.4 分析图3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因? 解:电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响,电路的工作状态以及负载的变化,再加上互感耦合元件分布电容的存在,以及选频回路接在基极回路中,不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分,使电路的电磁干扰大,造成频率不稳定。 3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件?各有什么物理意义?振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定的? 解:(1) 起振条件: 振幅起振条件 相位起振条件 (n=0,1,…) (2) 平衡条件: 振幅平衡条件 AF=1 相位平衡条件 (n=0,1,…) (3) 平衡的稳定条件: 振幅平衡的稳定条件 相位平衡的稳定条件 振幅起振条件是表明振荡是增幅振荡,振幅由小增大,振荡能够建立起来。振幅平衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡,振幅保持不变,处于平衡状态。 相位起振条件和相位平衡条件都是(n=0,1,…),它表明反馈是正反馈,是构成反馈型振荡器的必要条件。 振幅平衡的稳定条件/<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小,它能保证电路参数发生变化引起A、F变化时,电路能在新的条件下建立新的平衡,即振幅产生变化来保证AF=1。相位平衡的稳定条件/<0表示振荡回路的相移随频率增大而减小是负斜率。它能保证在振荡电路的参数发生变化时,能自动通过频率的变化来调整==0,保证振荡电路处于正反馈。 显然,上述三个条件均与电路参数有关。是由放大器的参数决定,除于工作点有关外,还与晶体管的参数有关,而反馈系数F是由反馈元件的参数值有关。对电容三点式与反馈电容、有关,对于电感三点式与反馈电感有关。 3.8 反馈型LC振荡器从起振到平衡,放大器的工作状态是怎样变化的?它与电路的哪些参数有关? 解:反馈型LC振荡器从起振到平衡,放大器的工作状态一般来说是从甲类放大状态进入甲乙类、乙类或丙类。当时,平衡状态时放大器工作于乙类;当时,平衡状态时放大器工作于丙类;当时,平衡状态时放大器工作于甲乙类。实际上,它是与放大器的电压增益和反馈系数有关。 3.9 试判断题3.9图所示交流通路中,哪些可能产生振荡,哪些不能产生振荡。若能产生振荡,则说明是哪种振荡电路。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 题3.9图 解:(a)不振。同名端接反,不满足正反馈; (b)能振。变压器耦合反馈振荡器; (c)不振。不满足三点式振荡电路的组成法则; (d)可能产生振荡。当(、分别为、回路的谐振频率),即回路呈容性,回路呈感性,组成电感三点式振荡电路; (e)可能产生振荡。计入结电容,组成电容三点式振荡电路; (f)可能产生振荡。当、(、分别为并联谐振回路、串联谐振回路的谐振频率)时,回路成容性,回路成感性,组成电容三点式振荡回路。 3.10 试画出题3.10图所示各振荡器的交流通路,并判断哪些电路可能产生振荡,哪些电路不能产生振荡。图中,、、、为交流旁路电容或隔直流电容,为高频扼流圈,偏置电阻、、不计。 (a) (b) (c) 题3.10图 解:画出的交流通路如下图所示。 (a)、(c)、(f)不振,不满足三点式振荡电路的组成法则;(b)、(d)、(e)、(g)能振。(b)、(d)为电容三点式振荡电路,其中(d)的管子发射结电容成为回路电容之一;(e)为电感是三点式振荡电路;(g),电路同时存在两种反馈,其中通过形成正反馈,通过R形成负反馈。由于串联振荡回路在其谐振频率上呈现最小的阻抗,正反馈最强,因而在上产生振荡。 3.11 试改正题3.11图所示振荡电路中的错误,并指出电路类型。图中、、均为旁路电容或隔直流电容,、、均为高频扼流圈。 题3.11图 解:改正后的电路图如下图所示。 图(a)中改为,改为,构成电容三点式振荡电路。为扼流圈,交流时,隔断晶体三极管集电极与地之间的联系。 图(b)中去掉,消除对回路影响,加 和以保证基极交流接地并隔断电源电压;改为构成电容三点式振荡电路。 图(c)中改为,构成电容三点式电路;去掉原电路中的,保证栅极通过形成之流通路。 图(d)中反馈线中串接隔直电容隔断,使其不能直接加到基极上。 图(e)中改为串接电路,构成电容三点式振荡电路。 图(f)去掉,以满足相位平衡条件。 3.12 在题3.12图所示的三点式振荡电路中,已知L=1.3µH,=51pF,=2000pF,=100,=1k,=500。试问应满足什么要求时振荡器才能振荡。 题3.12图 解:回路中电容为 接入系数 共基极电容三点式振荡器的起振条件 式中 因为 , 所以 应大于时振荡器才能振荡。 3. 13 已知题3.13图所示的振荡器中,晶体管在工作条件下的y参数为:,,。回路元件参数为300pF,60pF,5µH, (1)画出振荡器的共射交流等效电路; (2)估算振荡频率和反馈系数; (3)根据振幅起振条件判断该电路能否起振。 (提示:在振荡器共射交流等效电路中,设法求出等效到晶体管c、e两端的值) 题3.13图 解:(1)振荡器的共射交流等效电路 (2)振荡频率和反馈系数 振荡频率 反馈系数 (3)根据振幅起振条件判断该电路能否起振。 电路的小信号等效电路为 其中 , 所以,电路的起振条件为: 电路可以产生振荡。 3.14 题3.14图所示为LC振荡器。(1)试说明振荡电路各元件的作用;(2)若当电感1.5µH,要使振荡频率为49.5MHz,则应调到何值? 题3.14图 解:(1)各元件的作用: 、、、、确定偏执工作点,高频旁路电容使放大器为共基放大。L、、、、组成振荡回路。和构成反馈支路,提供正反馈。输出耦合电容。 (2)振荡回路总电容为 因为回路谐振频率要求为49.5MHz,则 所以 3.15 题3.15图所示的电容反馈振荡电路中,100pF,300pF,50µH。画出电路的交流等效电路,试估算该电路的振荡频率和维持振荡所必须的最小电压放大倍数。 题3.15图 解:(1)振荡器的共射交流等效电路 (2)振荡频率和反馈系数 振荡频率 反馈系数 维持振荡所必须的最小电压放大倍数 3.16 题3.16图所示振荡电路的振荡频率50MHz,画出其交流等效电路,并求回路电感L。 题3.16图 解:画出其交流等效电路 回路总电容为 回路电感 3.17题3.17图所示是一电容反馈振荡器的实际电路,已知50pF,100pF,10~260pF,要求工作在波段范围,即10~20MHz,试计算回路电感L和电容。设回路空载100,负载电阻500,晶体管输入电阻,若要求起振时环路增益3,问要求的跨导必须为多大? 题3. 17图 解:因为 所以 而 于是 代入已知数值得 , 反馈系数 当时,要求 而 , 其中 所以 3.19题3.19图所示为克拉泼振荡电路。已知L=2µH,=1000pF,=4000pF,70pF, =100,,=10pF,,试估算振荡角频率值,并求满足起振条件时的。设很大。 题3.19图 解:振荡器的交流等效电路如下图所示。由于,,因而振荡角频率近似为 已知 , 求得 又 , 根据振幅起振条件,,即,求得。 3.20 在上题所示电路中,若调整工作点,使=5mA,并将分别减小到60pF、40pF,调节L使不变,设=100,试问电路能否振荡? 解:已知,将起振条件改写为,由上题得。 当=5mA时,=192.31mS,据此求得起振时允许的最大为 当时, ,,能起振。 当时,,, ,不起振。 3.21 画出题3.21图所示各晶体振荡器的交流通路,并指出电路类型。 (a) (b) (c) (d) 题3.21图 解: 3.22 晶体振荡电路如题3.22图所示,已知,试分析电路能否产生正弦波振荡;若能振荡,试指出与、之间的关系。 题3.22图 解、电路的交流通路 若能振荡,与、之间的关系为 3.25试将晶体正确地接入题3.25图所示电路中,组成并联或串联型晶体振荡电路。 题3.25图 解: 3.26 题3.26 图(a)为文氏电桥振荡器,而题3.31图(b)为晶体二极管稳幅文氏电桥振荡器,试指出集成运算放大器输入端的极性,指出电路如何实现稳幅。 题3.26图 解:下图所示为电桥形式电路。图(a)中灯泡是非线性器件,他的阻值随温度升高而增加,即使正温度系数的非线性器件。起振时,灯泡阻值小,放大器增益大,随着振荡振幅增大,灯泡阻值增大,放大器增益就相应减小,最后达到平衡。图(b)中、是非线性器件,它的正向导通电阻阻值随信号增加而减少,这样,振荡器起振时,、截止,负反馈最弱,随着振荡加强,二极管正向电阻值减小,负反馈增大,从而使振幅达到平衡。 3.27 试求题3.27图所示串并联移相网络振荡器的振荡角频率及维持振荡所需 最小值的表示式。已知:(1)0.05µF,=5k,=10k;(2)==10k,=0.01µF,=0.1µF。 题3.27图 解:因为串并联网络的传输特性 (式中=) 根据相位平衡条件,得 (1)已知,,,= ,得 所以 因为 , 根据振幅起振条件,二反向放大器增益应大于3倍,即 , 所以 (2),,; = 所以 因为 , 二级反向放大器总增益应大于13倍,求得 3.28 题3.28图所示文氏电桥电路音频振荡器的频率范围为20Hz~20kHz,共分为三挡。如果双链可变电阻器的阻值范围是1k~10k,试求、、的值,以及每挡的频率范围。 题3.28图 解: 因为 所以 每挡的频率范围为20kHz~2kHz,2kHz~200Hz,200Hz~20Hz。 3.29 试用振荡相位平衡条件判断题3.29图所示各电路能否产生正弦波振荡,为什么? 题3.29图 解:(a)不能,为负反馈;(b)不能,RC引入的是负反馈;(c)可以产生振荡;(d)不能,RC引入的是负反馈;(e)可以; 3.30 在题3.30图中: (1)判断电路是否满足正弦振荡的相位平衡条件。如不满足,修改电路连线使之满足(画在图上) (2)在图示参数下能否保证起振条件?如不能,应调节哪个参数,调到什么值? (3)起振以后,振荡频率应为多少? (4)如果希望提高振荡频率,可以改变哪些参数,增大还是减小? (5)如果要求改善输出波形,减小非线性失真,应调哪个参数,增大还是减小? 题3.30图 解:(1)电路不满足正弦振荡的相位平衡条件。修改后的电路为 (2)若使电路满足起振条件,应有,而在时,, 所以,图示基本放大器的电压增益应满足的条件;而 不满足起振条件; 为了满足起振条件,应调节参数, (3)起振以后,振荡频率 (4)如果希望提高振荡频率,可以减小或的值。 (5)如果要求改善输出波形,减小非线性失真,增大的值。 3.31 在题3.31图中: (1)要组成一个文氏电桥RC振荡器,图中电路应如何连接(在图中画出连线)? (2)当10k,0.1µF时,估算振荡频率是多少(忽略负载效应)? 题3.31图 解:(1)要组成一个文氏电桥RC振荡器,电路连线如图示: 或 (2)当10k,0.1µF时,振荡频率 3.32 为了提高带负载能力,改善输出电压的波形,试在题3.31图电路中引入一个适当的负反馈,请画在图上。 解:为了提高带负载能力,改善输出电压的波形,电路中引入的负反馈如图所示 3.33一压控负阻振荡器如题3.33(a)图所示,并设负阻特性如题3.33(b)图所示。已知:负阻支架电容5pF,其他参数:3V,0.01µF,25pF,0.36µH,5k。 (1)画出直流等效电路,选择,以保证正确的工作点。 (2)画出交流等效电路,计算振荡频率和回路压降幅度。 题3.33图 21- 配套讲稿:
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