1、通通 信信 电电 子子 线线 路路 课程内容和要求课程内容和要求 理解信息传输和信息处理的基本电路组成、基本工作原理和基本分析方法。掌握高频无线发射机和接收机的组成和工作原理。设计和应用高频小信号调谐放大器、高频谐振功率放大器、正弦波振荡器、调制器、解调器和锁相环等通信电子线路。目目 录录 第1章 通信电子线路基本知识简介 第2章 射频放大器 第3章 正弦波振荡器 第4章 振幅调制、解调与混频 第5章 角度调制与解调 第6章 锁相环原理及应用第第1章章 通信电子线路基本知识简通信电子线路基本知识简介介 通信系统的概念通信系统的概念 1.什么是电子线路？2.什么是通信？3.什么是通信系统？无线电
2、通信的发展历史无线电通信的发展历史 通信系统的组成框图通信系统的组成框图信号源发送设备信道接收设备信宿噪声源 通信系统的分类通信系统的分类 传输信道：有线通信和无线通信;传输信号的类型：模拟通信和数字通信;调制方式：基带传输和调制传输;通信方法或信号传输方向：单工，半双工和全双工;运动方式：移动和固定通信;信息的物理特征：电话，电报，传真;工作频率：长波，中波，短波和微波。发送设备 信道 接收设备 通信系统的基本组成通信系统的基本组成 发送设备发送设备发送设备换能器信号源发射机信道噪声源换能器：将原始信息转换为电信号。发送设备的功能：调制调制-用调制信号（或基带信号）控制高频载波的幅度、频率或
3、相位，称为调幅、调频或调相。(a)幅度调制(b)频率调制载波载波调制信号调制信号 调幅发射系统调幅发射系统 信信 道道地波：波长在200米以上（或频率低于1500 kHz）天波：波长从10米到200米（或频率从1500 kHz到30 MHz）空间波：波长低于10米（或频率高于30 MHz）(a)地波(b)天波(c)空间波 接收设备接收设备接收设备的功能：解调幅度调制的解调-幅度检波频率调制的解调-频率检波或鉴频相位调制的解调-相位检波或鉴相 超外差接收机超外差接收机AM收音机:fI=465 kHz;FM收音机:fI=10.7 MHz;TV:fI=38 MHz;微波接收机和卫星接收机:fI=70
4、 MHz 或 140 MHz 无线通信频段划分无线通信频段划分 中波调幅广播（AM）：535 kHz1605 kHz 短波调幅广播（AM）：2 MHz24 MHz 调频广播（FM）：88 MHz108 MHz 电视频道（TV）：50 MHz100 MHz（第1至第5频道）170 MHz220 MHz（第6至第12频道）470 MHz870 MHz（第13频道以上）卫星直播电视（SDTV）：4 GHz6 GHz;12 GHz14 GHz 卫星直播广播（SDB）：12 GHz14 GHz 全球卫星定位系统（GPS）：L1=1575.42 MHz L2=1227.60 MHz 无线电波的频段划分无线
5、电波的频段划分 无线电波的频段划分（续）无线电波的频段划分（续）军用无线电频段军用无线电频段选频电路选频电路特点：l从各种信号中选择有用信号的频率分量；l抑制其他无用的干扰和噪声；l发射和接收都要用到。l提高信号质量和抗干扰能力。功能:分类:l按功能分：低通滤波器，带通滤波器，高通滤波器和带阻滤波器；l按工作原理分：谐振式选频电路，石英晶体滤波器，陶瓷滤波器，声表面波滤波器。LC谐振回路谐振回路功能功能:选频 阻抗变换分类：分类：单调谐回路：串联谐振回路、并联谐振回路 耦合回路：互感耦合回路、电容耦合回路 LC并联谐振回路并联谐振回路 LC并联谐振回路（空载）并联谐振回路（空载）1.谐振条件谐
6、振条件当 Lr,22221jjjj()()YCLrrLCrLrL21jj()()rYCLL谐振条件01LC2.谐振特性谐振特性0jYG00jjSUUIR000(j)(j)(j)CLSIIQ I00000RQRCL0ff0ff感性容性 3.阻抗特性曲线阻抗特性曲线000222200000020021()1()1()ZffffRRRfQQfQZ0arctg1GCL 0P00j1jj()1111()jGRZYCLGCL4.选频选频特性特性00220200011()121()ffffffUUQQ5.通频带通频带20.71fBf通频带B0.7与品质因数Q0之间的关系?6.矩形系数矩形系数 有载的有载的L
7、C并联谐振回路并联谐振回路谐振条件:01LC LC串联谐振回路串联谐振回路 空载的空载的LC串联谐振回路串联谐振回路1.谐振条件谐振条件11(j)jj()jZrLrLCC谐振条件：01LC2.谐振特性谐振特性0jZr0jjSUIIr000LCSUUQ U00011LLQrrCrCr0LLLCLC0ff0ff感性容性3.能量关系能量关系CmCCm01coscostIuidttUtCc msiniIt假设 222CCCm11cos22WCuCUt222Lm11sin22WLiLIt22LCmCmLmaxCmax1122WWWLICUWW4.阻抗特性曲线阻抗特性曲线1(j)j()ZrLC221(j)
8、()ZrLC1(j)arctgZLCr5.选频特性选频特性0000000000(j)1j()(j)1(j)1(j)1j()1111j()1j()1j()SSUrLICUILCrrLffQQrff 有载的有载的LC串联谐振回路串联谐振回路谐振条件：01LC SL+RRr RLC串、并联谐振回路的基本特性串、并联谐振回路的基本特性固体滤波器固体滤波器1.石英晶体滤波器工作原理：基于压电效应 特点：无需调谐 分类：石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面 波滤波器 当外加的交变电压的频率=石英晶体的固有振动频率时，石英晶体发生谐振。（a）电路符号 （b）基频等效电路 （c）完整等效电路rq:几十到几百2.
9、陶瓷滤波器陶瓷滤波器工作原理：基于压电效应优点：易于小型化，可加工成任何形状；耐热性和防潮性好；成本低。（a）电路符号 （b）等效电路3.声表面波（SAW）滤波器优点：工作频率高；通频带宽；选频特性好。阻抗变换网络阻抗变换网络存在的问题：阻抗不匹配 有载品质因数下降 谐振频率不稳定解决方案：阻抗变换 部分接入1.自耦变压器阻抗变换网络自耦变压器阻抗变换网络 P初级=P次级21LLRRn 21NnN0SL00/LRRRRQLL22LLRRUU初次12222()UUNN初次负载为非纯电阻时：负载为非纯电阻时：2221()LLLNCCn CN L22L11UCUC初次2.互感变压器阻抗变换网络互感变
10、压器阻抗变换网络21LLRRn 21NnN3.电容分压式阻抗变换网络电容分压式阻抗变换网络2212LLUURRWhen 21LRC22111221111UCCUCCCC21LLRRn 112CnCC4.信号源部分接入信号源部分接入21SSRRn 2SSCn C LC选频匹配网络选频匹配网络输入匹配网络：Z信号源输出=Z放大器输入输出匹配网络：Z放大器输出=Z负载分类：L型、T型、型 阻抗电路的串并联等效转换阻抗电路的串并联等效转换 L型选频匹配网络型选频匹配网络 X1和X2：性质相反R1：等效匹配电阻R2：实际负载电阻2122=(1)PRRQRR121RQR12221112212()PPRRR
11、XXRXQRR RRQQRR22112112XXLfCXf X2122=1SRRRRQ211RQR21222111121()SSRRXRQRRXXQRQRR RR11222112XXLfCXf X T型选频匹配网络型选频匹配网络 型选频匹配网络型选频匹配网络 非线性器件的基本特性什么是非线性电路？分类：非线性电阻性器件 非线性电容性器件 非线性电感性器件 非线性电阻性器件的基本参数非线性电阻性器件的基本参数（1）直流电导（2）交流电导0QQIgUlimduQidigudu（3）平均电导1mavmIgUI1m基波电流Um 电压幅度 非线性器件的频率变换作用非线性器件的频率变换作用假设非线性器件的
12、 i-u 特性是：2iau加上两个输入信号 u1 和u2 222121122()2ia uuauau uau当 ，时，流过器件的电流为 111cosmuUt222cosmuUt221212122212121212cos()22cos()cos2cos222mmmmmmmmaUaUiaU UtaUaUaU Uttt 频率变换作用的分析方法频率变换作用的分析方法 幂级数近似分析法 线性时变分析法 指数函数分析法 开关函数分析法 双曲函数分析法1.幂级数分析法幂级数分析法()if u12QuUuu泰勒级数展开式为2011221212()()()nniaa uua uua uu()1()!QnnQnn
13、u UfUd f uandun12120!()!nnn mmmnuuuum nm1200!nn mmnnmnia uum nm组合频率：12pq2.线性时变工作状态线性时变工作状态若u2 是一个小信号，则在工作点 的泰勒级数展开项近似为1()QUu112()()QQif Uuf Uu u02()()iI tg t u00001102101()coscos2cosnI tIItItInt011211()coscos2cosng tggtgtgnt01111111()21()cos1()cosngg t dtgg ttdtgg tntdnt组合频率：12p例：假设某非线性器件的i-u 特性是000
14、Dg u uiu1122coscosQmmuUUtUt如果U2m小到足以满足线性时变条件，则当12mQUU 请绘制 I0(t)和 g(t)的波形，并写出 g(t)的表达式。其中时，3013123DDggg dt311321cossin3DnDgnggntdntn1121()sincos33DDnggng tntn3.指数函数分析法指数函数分析法(1)ququkTkTSSiIeI e12QuUuu如果工作在线性时变状态，则02()()iI tg t u111()0()QQq UuqUuukTkTkTkTSSQI tI eI eeI e当 ，时 111cosmuUt11cos0()mUtkTQI
15、tI eQqUkTQSII e1111()()QQQq UuqUququSSkTkTkTkTQu UuqIqIig teeeg eukTkTQqUSkTQqIgekT1111coscos0222()()cosmmqUtqUtkTkTQQmiI tg t uI eg Uet222cosmuUt4.开关函数分析法开关函数分析法开关函数分析法是线性时变状态的一种特殊情况，它要求一个信号足够大，另一个信号足够小。设u1 是大信号,u2 是小信号111111111222()coscos3cos523512(1)cos(21)2(21)nnKttttntn11()()Dg tg Kt0111()()DI
16、tg Kt u021211()()()()DiI tg t uguuKt组合频率分量：12(21)n21111111444()coscos3cos5354(1)cos(21)(21)nnKttttntn1111()()1KtKt111121()()()KtKtKt 课程主要内容课程主要内容 高频放大电路 正弦波振荡电路 波形变换和频率变换电路 射频放大器在发射机中的位置射频放大器在接收机中的位置射频小信号放大器的组成 谐振回路 放大器件变压器或抽头式接入单调谐放大器射频小信号调谐放大器调谐放大器是带通放调谐放大器是带通放大器。大器。主要技术指标中心频率通带增益晶体管的高频模型“模型模型”的功能
17、的功能 预测特定工作区域中器件的行为 简化电路的分析与设计 晶体管的高频晶体管的高频小信号模型小信号模型:Y参数模型 混合模型晶体管的Y参数等效电路输入电流和电压：i1,u1输出电流和电压：io,uo电流源：yru2,yfu1Y 参数：yi,yr,yf 和 yo(a)晶体管(b)Y 参数等效电路Y参数的含义111 112 2221 122 2iy uy uiy uy u211110iuiyyu111220ruiyyu222110fuiyyu122220ouiyyu输出短路时输入导纳输入短路时的反向传输导纳输入短路时输出导纳212221121121uuyyyyii输出短路时的正向传输导纳3种不同
18、组态时的Y参数 共发射极放大器:i1=ib,u1=ube,i2=ic,u2=uce,Y参数是yie,yre,yfe 和 yoe 共基极放大器:i1=ie,u1=ueb,i2=ic,u2=ucb,Y参数是yib,yrb,yfb 和yob 共集电极放大器:i1=ib,u1=ube,i2=ie,u2=uec,Y 参数是yic,yrc,yfc和yoc 晶体管的混合型等效电路urbe:发射结电阻urbb:基极扩展电阻和引线电阻urbc:集电结电阻urce:集电极-发射极输出电阻0be26EQrI Cbe：发射结电容 Cbc：集电结电容 Cce：集电极-发射极电容 gmube：受控电流源 gm=IEQ/U
19、T：晶体管跨导 晶体管的混合型等效电路Y参数模型和混合模型之间的关系 Y参数不是常数，随频率而变化。在实验室中测量Y参数并不困难。Y参数模型无法明确说明晶体管的内部物理过程。混合模型采用RC等集总元件来等效，晶体管内部的物理过程清晰。Y参数模型与混合模型之间的关系1()b eb eiebbb eb egj Cyrgj C1()b crebbb eb ej Cyrgj C1()mfebbb eb egyrgj C1()b cbbmoeb cbbb eb ej CIgyj Crgj C例如:晶体管3AG35在10.7MHz频率时测试的Y参数（VCE=5V,IC=1mA）为yi(gie=1.7ms,
20、Cie=58pF),yo(goe=290ms,Coe=6.4pF),yf(|yfe|=32ms,fe=-30),yr(|yre|=220s,re=-90)晶体管的高频参数u截止频率f:f 021 f20)(1|ffu特征频率 fT:f ffT (=1)fffT0201 当 f f时，022|1()1()TTTffffffffffff(01)小信号调谐放大器的性能指标1.增益 oui20lguAuoPi10lgPGP2.带宽dBdB电压增益功率增益020.70121()uLAAQff00.72LffQ3.矩形系数0.10.10.722rfKf200.12101LffQ20.10.10.72101
21、9.952rfKf可见单调谐放大器的矩形系数要比1大得多，故选择性较差。小信号调谐放大器的电路组成共发射极晶体管和LC并联谐振回路组成 放大器的Y参数等效电路单调谐放大器的高频Y参数等效电路u晶体管由Y参数等效模型代换u信号源由Is和Ys代替u变压器负载yie2是下一级放大器的输入导纳晶体管的Y参数方程bieireciy uy ucLciY u(2)(3)由式(2)和(3),可以得到fecioeLyuuyY febie ireioeL()yiy uyuyY由式(1)和(4),可以得到cfeioeciy uy u(1)(4)bfereiieioeLiy yYyuyYu yre0,第二项不为零；u
22、放大器的输入导纳Yi不仅与晶体管的输入导纳yie有关，还与放大器的负载导纳YL有关；u输入导纳Yi随负载导纳YL变化而变化。放大器的输入导纳Yi放大器的输出导纳Yocfereooeciesiy yYyuyYuyre0,第二项不为零；u放大器的输出导纳Yo不仅与晶体管的输出导纳yoe有关，还与放大器的输入信号源导纳Ys有关；u输入信号源导纳Ys的变化可导致放大器输出导纳Yo的变化。简化的等效电路 假设yre=0；假设yie2=yie1=yie；晶体管输出端不受输入端的影响；等效电路仅是输出部分。简化的等效电路uT1和T2是相同类型的晶体管u线圈的电感值为Lu空载品质因数为Q0u谐振电导0001g
23、L Q n1=N12/N13n2=N45/N13yie=gie+jCieyoe=goe+jCoe放大器的电压增益 电压增益电压增益 Au1YgjCjL22102oeiegn ggn g2212oeieCn CCn C且1121feifeion y un y uunYgj Cj L 121feouin n yuAugj Cj L 放大器在谐振频率点上的电压增益：01LC1CL120|feun nyAg 谐振曲线121feouin n yuAugj Cj L 1200000001111()1()1()feuuuLn n yAAALgj CjCLjQgj LLgL 00000111()1()uuLL
24、AffAjQjQff00121uuLAfAjQff f0,f=f-f0011uuAAj02LfQf2011uuAA带宽和矩形系数2011uuAA00.72LffQu带宽带宽u矩形系数矩形系数2101200.12101LffQ20.10.10.721019.952rfKf多级单调谐放大器u电压增益电压增益nu1u2un.AAAA nu1u2un(dB)(dB)(dB).(dB)AAAAu谐振曲线谐振曲线un2u02L0121()nAAfQfu带宽带宽100.70.7()(2)21nnnLfBWfQu矩形系数矩形系数10.111001()21nrnnK 小信号放大器的稳定性 yre0，晶体管是双向
25、器件 当晶体管连接在电路中时，存在内部反馈 内部反馈是造成放大器不稳定的主要原因 消除晶体管内部反馈可以提高放大器的稳定性 两种提高放大器稳定性的方法：中和法：通过引入外部反馈来抵消晶体管的内部反馈。失配法：通过降低放大器的电压增益来满足放大器的稳定条件。射频功率放大器防空与反导雷达包含一个GaN S波段（1.55-3.4GHz）雷达、X波段（8-12GHz）雷达。射频功放简介u是无线发射机的核心模块；u在无线收发器中消耗功率最多；u两个主要技术指标：输出功率和效率；u要减小通信系统的尺寸，需研究新技术以提高效率；u是能量转换器（直流射频）。射频功放能量消耗射频功率放大器框图射频功放的性能指标
26、u输出功率输出功率u功率增益功率增益u管耗管耗u转换效率转换效率22moutmmmcc111222UPU II RR2inBBE01()2Pi udtu输入功率输入功率outpinPGPmmoutmmcDCc0c0111222U IPUIPE IEI2CCCEDCout01()2Pi udtPP=Um/Ec=Im/I0例题：已知晶体管射频功率放大器的Pout=12W，PDC=18W，Pin=1W。计算集电极效率和功率增益。outcDC1266.7%18PPoutpin121210log(12)10.8dB1PGP功率放大器的分类导通角2180236021802=1802=360各类放大器的静态
27、工作点 （a）输入偏置点 （b）输出偏置点 在调谐功放中，负载不是纯电阻，它包含电抗元件；电路工作在非线性状态，负载线不是直线，而是曲线；当LC回路谐振在输入信号频率时，等效负载近似为纯电阻，动态负载线可近似用折线表示。调谐功放和小信号调谐放大器的比较：相同之处：放大的都是高频信号，且放大器的负载均为LC谐振回路；不同之处：输入信号的幅度大小不同，放大器的工作点不同，晶体管的运用特性和动态范围不同。负载线的折线化 C类调谐功放的原理电路C类调谐功放的电流、电压波形功率管的导通角分析在功率管转移特性的放大区域：cBEjBEj()()ig uUuU假设输入信号bbmcosuUt且BEbmBcosu
28、UtE在晶体管的导通区域：CbmBj(cos)ig UtEU根据导通角的定义，当 t=时，ic=0，即bmjB(cos)0g UUEjbbmcosUEU功率管集电极的电流脉冲将 cos 代入 ic 的方程，可以得到(coscos)cbmigUtm ax(1cos)cbmIgUt=0m ax1co scb mIg Umax(coscos)1cosccIit 周期性余弦脉冲的分析cmaxCcoscos1 cos20ttIitCcmax0n1()cosnitIn tmaxc0-00cmax0cmax11coscos()()()21 cossincos(1 cos)cCCItIi dti dtdtII
29、c00cmaxsincos(1 cos)II 周期性余弦脉冲的分析c1mCC-0cmax0cmax1 cmax12cos()()cos()()2coscoscos()()1 cossincos(1 cos)Iit dtit dtItt dtIIc1m1cmaxsincos(1 cos)IIc1m1 cmax11c00 cmax0sincossincosIIII 周期性余弦脉冲的分析cnmCC-0cmax0cmaxncmax212cos()()cos()()2coscoscos()()1 cos2 sincossincos(1)(1 cos)Iin t dtin t dtItn t dtnnnI
30、In ncnmn2cmax2 sincossincos2,3,4,.(1)(1 cos)InnnnIn n 余弦脉冲分解系数曲线01101150.01850.03701.9985950.33400.51091.5297100.03700.07381.99391000.34930.51971.4880150.05550.11021.98631050.36420.52661.4460200.07390.14611.97581100.37860.53161.4040250.09230.18111.96231150.39260.53481.3623300.11060.21521.94601200.40
31、600.53631.3210350.12880.24821.92691250.41880.53641.2806400.14690.27991.90511300.43100.53501.2413450.16490.31021.88081350.44250.53261.2035500.18280.33881.85401400.45320.52921.1675550.20050.36581.82491450.46310.52501.1337600.21800.39101.79361500.47200.52041.1025650.23530.41431.76041550.48000.51571.074
32、4700.25240.43561.72531600.48680.51101.0498750.26930.45481.68861650.49230.50681.0294800.28600.47201.65051700.49650.50331.0137850.30230.48701.61121750.49910.50091.0036900.31830.50001.57081800.50000.50001.0000余弦脉冲的分解系数功率和效率u五种功率五种功率:PDC:直流电源提供的功率 PC:功率管集电极上的耗散功率 Pout:功率管集电极上的输出功率 PL:负载上得到的功率 Pin:输入信号的功
33、率u两种效率：两种效率：outCDCLLDCPPPP集电极转换效率槽路效率功率、效率的计算u直流电源功率DCCc0PE Iu功率管集电极的输出功率22c1moutc1mc1mc1mcc111222UPUIIRRu功率管集电极的转换效率outc1mc1mc1m cmax1cDCCc0c cmax0c1m1C0()1122()()11()2()2PUIUIPEIE IUE CmcEU1集电极电压系数)()()(01集电极电流系数u功率管的耗散功率outCDCoutoutCPPPPPC类调谐功放的动态分析uC类调谐功放的动态特性:考虑集电极负载时，电流ic同时随电压uce、ube变化的特性。u放大器
34、工作在调谐状态时的外部特性方程:BEBbmCECc1mcoscosuEUtuEUt CCEBEBbmc1mEuuEUU u在功率管转移特性的放大区域：CBEj()ig uU将uBE代入ic：CCECBbmjc1m()EuigEUUUC类调谐功放的动态分析uC类调谐功放在谐振时的动态负载线近似为直线，找到两个特殊点就可以确定这条负载线。:(,()CBjQEg EU虚拟静态工作点11:cos0jBCc mCc mbmUEBEUEUU（，）当t=时，u根据动态负载线与功率管静态特性曲线的交点，就可画出电流ic的波形（在下一页展示）。C类调谐功放的动态特性C类调谐功放的动态负载线u C类调谐功放谐振时
35、的动态负载线是一条负斜率直线；u C类调谐功放的动态负载线的斜率是集电极等效负载和导 通角的函数；u 动态线斜率的倒数是调谐功放的动态电阻Rc：111maxmax(1cos)(1cos)()(1cos)c mc mcccccUIRRRII 22111()22c mc mCcescc mooUUEURIPP集电极等效负载C类调谐功放的三种工作状态u3种工作状态：欠压欠压状态、临界临界状态和过压过压状态。欠压状态：功率管工作在放大区域 过压状态：功率管工作在饱和区域 临界状态：功率管工作在临界饱和线上ucemin=Ec-Uc1m工作状态的判别n ucemin=Ucesn ucemin Ucesce
36、minCc1mC1C1()c mCcmaxCuEUEIREIR 功放的工作状态与EC，EB，Ubm和Rc有关。临界状态过压状态欠压状态C类调谐功放的工作原理Rc，EC，EB和Ubm的变化对C类调谐功放工作状态的影响u改变Rc，EC，EB和Ubm中的一个量，保持其他三个量不变 Rc 改变:负载特性 EC 改变:集电极调制特性 EB 改变:基极调制特性 Ubm改变:放大特性负载特性欠压状态负载特性临界状态Uc2m不是二次谐波分量负载特性过压状态Uc3m不是三次谐波分量三种工作状态下的负载特性Uc1m Uc2m Uc3m不是谐波成分负载特性曲线电流电压DCcc0PEIPc=PDC-Poutoutc1
37、mc1m12PUIoutcDCPP三种工作状态的特点u欠压状态：效率c低，晶体管耗散功率PC大，负载不得短路，否则功率管有烧坏的风险。此状态可用作不失真放大或基极调幅。u临界状态：输出功率Pout最大，效率c较高，是最佳最佳工作状态。u过压状态：在微过压状态时，效率达到最大。输出电压近似恒定，可用作限幅或集电极调幅。集电极调制特性 EB，Ubm和Rc保持不变，改变EC 基极调制特性 EC，Ubm和Rc保持不变，改变EB 放大特性 EC，EB和Rc保持不变，改变Ubmubemax=-EB+UbmC类调谐功放的集电极馈电电路串联馈电并联馈电C类调谐功放的偏置电路发射极偏置电路发射极偏置电路基极偏置
38、电路基极偏置电路C类调谐功放的实际电路第3章 正弦波振荡器 概 述1 1、用途：、用途：(1)发射机中产生载波；(2)接收机中产生本地振荡信号；(3)电子测试设备中产生测试信号；(4)电脑和石英钟中产生时钟信号。2、特点：、特点：(1)也是一种能量转换器，将直流电源提供的能量转换为一定频率、幅度和波形的交变能量；(2)与放大器的区别：无需外加激励信号，自动实现能量转换。概 述3、组成原理：、组成原理：(1)利用正反馈放大器或负阻器件补充能量；(2)选频网络：LC谐振回路、石英晶体、RC串并联网络4、分类：、分类：(1)按波形分：正弦波振荡器和非正弦振荡器；(2)按工作方式分：反馈振荡器和负阻振
39、荡器；(3)按选频网络分：LC振荡器、晶体振荡器和RC振荡器。5、性能指标、性能指标：主要是频率稳定度，指振荡频率随外界因素变化的相对变化量。从调谐放大器到反馈振荡器 反馈振荡器是由反馈放大器演变而来。如图所示，当开关K拨向“1”时，电路为调谐放大器。调整互感M及同 名端以及回路参数，可以使 uf=ui。此时，若将开关K快速拨向“2”点，则集电极电路和基极电路都维持开 关K接到“1”点时的状态。这时，调谐放大器就变为反馈振荡器。反馈振荡器的组成框图 若uf=ui，则放大器依靠来自于输出端的反馈电压工作。此时即使没有输入信号，放大器仍然有电压输出，放大器变为振荡器。因为 ，所以 。iofuAFu
40、Fu1FA 振荡的建立过程 在电源开关闭合的瞬间，存在各种电的扰动。突变的电流包含着许多谐波成分，它们通过LC谐振回路，在它两端产生电压，并通过互感耦合变压器反馈到基极回路，这就是激励信号。起始振荡信号十分微弱，但是由于不断对它进行放大选频反馈再放大等多次循环，于是一个与振荡回路固有频率相同的自激振荡便由小到大地建立起来。振荡的起振波形 由于晶体管特性的非线性，振荡信号的振幅不会无限地增大，会自动稳定到一定的幅度。起振条件 起振时，uf ui，因此振荡器的起振条件为：AF12(0,1,)AFnn1FA 平衡条件 平衡状态时，ufui，所以振荡器的平衡条件为 AF12(0,1,)AFnn1FA
41、稳定条件1.稳定平衡和不稳定平衡稳定平衡和不稳定平衡 （a）不稳定平衡 （b）稳定平衡2.振幅稳定条件振幅稳定条件 在平衡点附近，放大倍数A随振幅的变化特性为负斜率，即：0dd1FAuA 放大器增益A随输入电压的变化曲线 (a)(b)相位稳定条件 由于相位的变化势必会带来频率的变化，故相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能重新稳定在原有频率上的条件，即相频特性曲线在工作频率附近的斜率是负的：00ffdd f 振荡条件的进一步分析 1.六个条件都必须满足，缺一不可。在实际振荡电路中，必须满足起振和平衡条件，而稳定条件则是隐含在电路结构中。2.如果电路结构合理，只要满足起振条件，就能自动
42、进入平衡状态，产生持续振荡。3.6个振荡条件可归纳为3个判据：（1）正反馈；（2）AF1；（3）选频网络具有负斜率相频特性。振荡条件的进一步分析4.振荡器的分析可分为定性和定量两个方面。定性分析判断电路结构是否合理，包括电路中是否有选频网络，选频网络的相频特性是否为负斜率，电路中是否具有正反馈。定量分析仅需分析电路是否满足振幅起振条件AF1，由于起振时，振荡管处于线性放大状态，且输入信号很微弱，可以采用微变等效电路的方法进行分析。LC反馈型振荡器的组成原理 LC回路引出三个端点，分别同晶体管的三个电极相连，分为电容反馈型和电感反馈型两种。射同集（基）反与发射极相连的元件电抗性质相同，与集电极、
43、基极相连的元件的电抗性质相反。“射同集（基）反”原则的证明 忽略三极管的输入和输出阻抗，且回路品质因数足够高，则当回路谐振即Xbe+Xce+Xcb=0时，回路呈纯阻。为了满足相位平衡条件：（1）Xbe和Xce必须为同性质电抗；（2）Xcb为异性质电抗。ocebeocbbebef)(UXXUXXjjXU 电容反馈型LC振荡器（考必兹电路）1.电路电路:（1）反馈信号从哪儿来？来自C2两端，并送回放大器输入端。（2）是否满足振荡的相位平衡条件？是的，满足“射同集基反”原则。电容反馈型LC振荡器（考必兹电路）2.反馈系数反馈系数:3.振荡频率振荡频率:其中12CFC012fLC1212C CCCC
44、电容反馈型LC振荡器（考必兹电路）4.优点优点（1）振荡波形好，因为反馈电压是在电容上获得；（2）电路的频率稳定度较高（10-3），且适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响；（3）振荡频率高，可直接利用晶体管的输入、输出电容作为回路的振荡电容，所以振荡频率可达到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。5.缺点缺点 调整C1或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。虽然可以通过在L两端并上一个可变电容器，并令C1与C2为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数，但是这将限制振荡频率的提高。电感反馈型LC振荡器（哈特莱电路）1.电路电路:（1）反馈信号从哪儿取得？取自L
45、2两端，并送回放大器输入端。（2）是否满足振荡的相位平衡条件？是的，满足“射同集基反”原则。电感反馈型LC振荡器（哈特莱电路）2.反馈系数反馈系数:3.振荡频率振荡频率:其中其中:21LMFLM012fLC122LLLM 电感反馈型LC振荡器（哈特莱电路）4.优点优点 L1、L2之间有互感，反馈较强，容易起振；振荡频率调节方便，只要调整电容C的大小；C的改变基本上不影响电路的反馈系数。5.缺点缺点 振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；振荡频率不能做得太高，这是因为当频率太高，极间电容影响加大，可能使支路电抗性质改变，从而不
46、能满足相位平衡条件。例题 3.1如图所示的振荡器交流通路中，已知三个LC并联回路的谐振频率分别为：，试问f1、f2和f3满足什么条件时，该振荡器能正常工作？11112fLC22212fL C33312fL C 例题3.1的解答解：该电路要能振荡，有以下两种可能性：若构成电容反馈型LC振荡器，则在振荡频率fosc处，L1C1回路和L2C2回路要呈现为容性，即fosc应大于f1和f2，而L3C3回路要呈现为感性，即fosc应小于f3。所以，振荡条件是 f1f2 fosc f3 或者 f2f1 fosc foscf3 或者 f2f1 fosc f3。改进型电容反馈式振荡器1.电容反馈型电容反馈型LC
47、振荡器的不足之处：振荡器的不足之处：影响反馈系数F和振荡频率的因素都是 和 。io21i2o10)(1CCCCCCCCL1012i2CCCFCCC1C2C 改进型电容反馈式振荡器 2.改进办法改进办法:1）把决定振荡频率的主要元件与决定反馈系数F的 主要元件分开；2）使振荡频率不受晶体管输入和输出电容的影响。io21i2o10)(1CCCCCCCCL1012i2CCCFCCC 改进型电容反馈式振荡器3.如何减小如何减小Co、Ci 的影响以提高频率稳定度？的影响以提高频率稳定度？表面看来，加大回路电容C1与C2的电容量，可以减弱由于Co、Ci的变化对振荡频率的影响。但是这只适用于频率不太高，C1
48、 和C2较大的情况。当频率较高时，过分增加C1和C2，必然减小L的值（维持振荡频率不变），这就导致回路的Q值下降，振荡幅度下降，甚至会使振荡器停振。这就有待于在电路上做进一步改进。串联改进型电容反馈式振荡器（克拉泼电路）1.电路特点电路特点:把考必兹电路中的电感串接一个小电容C3。2.振荡频率振荡频率:令 ，即 ，频率几乎与C1和C2无关，稳定度可提高到10-4或10-5。31CC 32CC 3CC 301LC 串联改进型电容反馈式振荡器（克拉泼电路）3.电容C3对振荡电路的影响 ，其中：可见，降低C3的值以提高频率稳定度是以牺牲环路增益为代价的（等效负载R减小）。2Rn R0RQL12331
49、2/()C CnCCCC1212311+C CCCC（）串联改进型电容反馈式振荡器（克拉泼电路）4.不足之处：不足之处：1）C1、C2 如过大，则振荡幅度就太低。2）当减小C3来提高 f0 时，振荡幅度显著下降；当C3减到一定程度时，可能停振，因此限制了f0 的提高。3）波段范围不宽，频率覆盖系数小，一般约为 1.21.3。另外波段内输出幅度不均匀，不易起 振。并联改进型电容反馈式振荡器（西勒电路）1.电路特点：电路特点：把克拉泼电路中的电感再并接一个小电容C4。2.振荡频率：振荡频率：，其中012LC343i2o141111CCCCCCCCC 并联改进型电容反馈式振荡器（西勒电路）3.C4对
50、振荡电路的影响 可见，西勒电路的n与克拉泼电路的n相同，与C4无关。因此，可以调整C4来改变振荡频率，但是n和R不会改变，所以放大器的电压增益和振荡信号的幅度也不会改变。2Rn R123312/()C CnCCCC 并联改进型电容反馈式振荡器（西勒电路）4.优点：优点：（1）波段内振幅比较稳定；（2）调谐范围比较宽，频率覆盖系数较大，一 般约为 1.61.8，实际中常用于宽波段工作 系统中。振荡器的频率稳定度 一、频率稳定度的定性分析一、频率稳定度的定性分析 1.绝对频率稳定度绝对频率稳定度 它是在一定条件下实际振荡频率f与标称频率f0的偏差值。2.相对频率稳定度相对频率稳定度 它是在一定条件
