高频电子线路10课件

1、第十次课晶体振荡器线性电路、非线性电路指数函数、折线函数、幂级数分析法频率变换电路单向开关函数差分对管电路双向开关函数第十次课晶体振荡器复习与提问振荡器可分为哪些类型？（根据产生的波形、采用的选频元件、反馈放大器的元件等方面）反馈振荡器的起振条件是什么？平衡条件、稳定条件分别是什么？为什么互感耦合振荡器的波形不理想？三点式振荡器的组成法则是什么？复习与提问振荡器可分为哪些类型？（根据产生的波形、采用的选频图 4.4.1 石英晶体谐振器(a) 符号； (b) 基频等效电路； (c) 完整等效电路 4.4晶 体 振 荡 器4.4.1 石英晶体及其特性图 4.4.1 石英晶体谐振器4.4晶 体 振

2、荡 器4. 图4.1是石英晶振的符号和等效电路。其中： 安装电容C0约pFF 动态电感Lq约10-3H102 H 动态电容Cq约10-4pF10-1pF 动态电阻rq约几十欧到几百欧 图4.1是石英晶振的符号和等效电路。其由以上参数可以看到： ） 石英晶振的值和特性阻抗都非常高。值可达几万到几百万, 因为（ 2） 由于石英晶振的接入系数n=Cq(C0+Cq)很小, 所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。 综合以上两点, 不难理解石英晶振的频率稳定度是非常高的。 由以上参数可以看到：并联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率串联谐振频率标称频率N，是指石英晶振两端并接某一规定负载电容L时石英晶振的振

3、荡频率。CL通常为30pF(高频晶体), 或100pF(低频晶体), 或标示为(指无需外接负载电容, 常用于串联型晶体振荡器)。 图 4.4.2 石英晶振的电抗频率特性 标称频率N，是指石英晶振两端并接某一规定负载电容L时石英4.4.2晶体振荡器电路 将石英晶振作为高值谐振回路元件接入正反馈电路中, 就组成了晶体振荡器。一类是将其作为等效电感元件用在三点式电路中, 工作在感性区, 称为并联型晶体振荡器； 另一类是将其作为一个短路元件串接于正反馈支路上, 工作在它的串联谐振频率上, 称为串联型晶体振荡器。 4.4.2晶体振荡器电路 . 皮尔斯（）振荡电路 并联型晶体振荡器的工作原理和三点式振荡器

4、相同, 只是将其中一个电感元件换成石英晶振。石英晶振可接在晶体管、极之间或、极之间, 所组成的电路分别称为皮尔斯振荡电路和密勒振荡电路。 . 皮尔斯（）振荡电路图 4.4.3 皮尔斯振荡电路 图 4.4.3 皮尔斯振荡电路 由图4.（）可以看出, 皮尔斯电路类似于克拉泼电路, 但由于石英晶振中q极小, q极高, 所以皮尔斯电路具有以下一些特点： （） 振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。晶体管、端, 、端和、端的接入系数分别是: 以上三个接入系数一般均小于-3-4, 所以外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小, 提高了回路的标准性。 由图4.（）可以看出, 皮尔斯电路类 （） 振荡频率几乎由

5、石英晶振的参数决定, 而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。 振荡频率 其中L是和晶振两端并联的外电路各电容的等效值, 即根据产品要求的负载电容。在实用时, 一般需加入微调电容, 用以微调回路的谐振频率, 保证电路工作在晶振外壳上所注明的标称频率N上。 （） 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定, 而石英晶振本 （） 由于振荡频率0一般调谐在标称频率N上, 位于晶振的感性区内, 电抗曲线陡峭, 稳频性能极好。 （） 由于晶振的值和特性阻抗 都很高, 所以晶振的谐振电阻也很高, 一般可达10以上。这样即使外电路接入系数很小, 此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大, 使晶体管的电压增益能满足振幅起

6、振条件的要求。 （） 由于振荡频率0一般调谐在标称频率N上, 例 4.5 图例4.（）是一个数字频率计晶振电路, 试分析其工作情况。 解: 先画出V1管高频交流等效电路, 如图例4.（）所示, .F电容较大, 作为高频旁路电路, V2管作射随器。 由高频交流等效电路可以看到, V1管的c、e极之间有一个回路, 其谐振频率为: 例 4.5 图例4.（）是一个数字频率图例4.5 图例4.5 所以在晶振工作频率MHz处, 此回路等效为一个电容。可见, 这是一个皮尔斯振荡电路, 晶振等效为电感, 容量为pFpF的可变电容起微调作用, 使振荡器工作在晶振的标称频率MHz上。 所以在晶振工作频率MHz处,

7、 此回路等效为 . 密勒（）振荡电路 图4.4.4是场效应管密勒振荡电路。 石英晶体作为电感元件连接在栅极和源极之间, 并联回路在振荡频率点等效为电感, 作为另一电感元件连接在漏极和源极之间, 极间电容gd作为构成电感三点式电路中的电容元件。由于gd又称为密勒电容, 故此电路有密勒振荡电路之称。 密勒振荡电路通常不采用晶体管, 原因是正向偏置时高频晶体管发射结电阻太小, 虽然晶振与发射结的耦合很弱, 但也会在一定程度上降低回路的标准性和频率的稳定性, 所以采用输入阻抗高的场效应管。 . 密勒（）振荡电路图 4.4.5 并联型泛音晶体振荡电路及LC1回路的电抗特性(a) 并联型泛音晶体振荡电路；

8、 (b) LC1回路的电抗特性 . 泛音晶振电路图 4.4.5 并联型泛音晶体振荡电路及LC1回路的电抗特性图4.4.6 串联型晶体振荡电路 串联型晶体振荡器图4.4.6 串联型晶体振荡电路 串线性放大电路非线性电路线性放大电路从时域上讲, 输出信号波形与输入信号波形相同, 只是在幅度上进行了放大； 从频域上讲, 输出信号的频率分量与输入信号的频率分量相同。否则为非线性电路。频率变换电路其输出信号的频谱中产生了一些输入信号频谱中没有的频率分量, 即发生了频率分量的变换。频率变换电路属于非线性电路。5.1概述线性放大电路非线性电路5.1概述 频率变换电路属于非线性电路, 其频率变换功能应由非线性

9、元器件产生。 在高频电子线路里, 常用的非线性元器件有非线性电阻性元器件和非线性电容性元器件。 频率变换电路属于非线性电路, 其频率变换功能应5.2 非线性元器件频率变换特性的分析方法1. 指数函数分析法 (5.2.1)5.2 非线性元器件频率变换特性的分析方法1. 指数函数分输入 u=UQ+Uscosst输出频率分量： o=ns n=0, 1, 2, (5.2.3) 输入2. 折线函数分析法iC=IC0+Ic1mcost+Ic2mcos2t+Icnmcosnt+ iC=g(uBE-Uon) uBEUon 0 uBEUon (3.2.6) iC(3.2.7)2. 折线函数分析法iC=IC0+I

10、c1mcost+I3.幂级数分析法3.幂级数分析法输入输出输入输出若输入电压：uB=UQ+u1+u2 其中u1=Um1cos1t, u2=Um2cos2t输出 iC=a0+a1(u1+u2)+a2(u1+u2)2+an(u1+u2)n+其中频率分量： o=|p1q2| p、q=0, 1, 2, (5.2.6) 若输入电压：uB=UQ+u1+u2输出5.3 频率变换电路的要求与实现方法线性频率变换电路 ：又被称为频谱搬移电路。非线性频率变换电路：如调频电路与鉴频电路。 5.3 频率变换电路的要求与实现方法线性频率变换电路 ：线性时变工作状态两个不同频率的信号同时输入，满足u2u1。 因为u2很小

11、, 故可以忽略u2的二次及以上各次谐波分量, 由此简化为: iCf(UQ+u1)+f(UQ+u1)u2=I0(t)+g(t)u2 (5.3.1)其中I0(t)=f(UQ+u1), g(t)=f(UQ+u1)I0(t)与g(t) 被称为时变静态电流与时变电导（或时变跨导）。这种工作状态称为线性时变工作状态线性时变工作状态 因为u2很小, 故可以忽略输出频率分量：|n12| (n=0, 1, 2, )(5.3.4)若u1=Um1cos1t, u2=Um2cos 2t, 则输出频率分量：(5.3.4)若u1=Um1cos1t,开关工作状态 若u1的振幅足够大时, 晶体管的转移特性可采用两段折线表示,

12、 如图5.3.2所示。设UQ=0, 则晶体管半周导通半周截止, 完全受u1的控制。这种工作状态称为开关工作状态, 单向开关函数：(5.3.5)开关工作状态(5.3.5)图 5.3.2 工作于开关状态时I0(t)与g(t)的波形 图 5.3.2 工作于开关状态时I0(t)与g(t)的波形图 5.3.3 单向开关函数 图 5.3.3 单向开关函数 频率分量：|(2n-1)12| (n=1, 2, ) 利用单向开关函数表达式, 参照图5.3.2, 此时的集电极电流(5.3.6)频率分量： 利用单向开关函数表达式, 参照图5图 5.3.5 双向开关函数双向开关函数K2(1t):(5.3.9)输出频率分

13、量：|(2n-1)12| (n=1, 2, 3, )。 图 5.3.5 双向开关函数双向开关函数K2(1t):(5 例 5.4 在图例5.4所示差分对管中, 恒流源I0与控制电压u2是线性关系, 有I0=A+Bu2, A、B均为常数, 分析差分对管输出电流i=iC1-iC2中的频率分量。已知u1=Um1cos1t,u2=Um2cos2t。 例 5.4 在图例5.4所示差分对管中, 解：根据晶体三极管转移特性的指数函数表达式,当其工作在放大区时分别写出其中Ies是发射极反向饱和电流。因为 解：根据晶体三极管转移特性的指数函数表达式,当其工作故同理可得所以故同理可得所以图 5.3.4 与u的关系 图 5.3.4 与令当，有近似公式所以，当u1较小时 (5.3.8)令当，有近似公式所以，当u1较小时 (5.3.8)所以, 当u1较大时(Um1260 mVi(A+BUm2cos2t)K2(1t)(5.3.9)(5.3.10) 由于K2(