高频电子技术（第五版）课件汇 项目1、5-10 初识无线通信系统-认识高频电子线路的反馈

高频电子技术（第五版）项目一初识无线通信系统01PROJECT学习目标项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）知识目标▪了解通信的概念及通信系统的组成。▪熟悉无线电发送和接收设备。▪了解无线电波的传播方式。▪了解天线的作用和分类。▪掌握非线性电路的概念及特点。能力目标▪学会使用Multisim仿真高频电子电路。▪能够设别无线电发送和接收设备中各模块的功能。▪学会根据不同的应用场合选择合适的天线。素质目标▪培养维护国家安全和遵纪守法的意识。▪培养工匠精神,具有专注、精准做事和创新精神。▪培养团队合作能力,提高交流协调方面的素质。▪激发学生的学习兴趣和内生动力。本项目内容项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）011.1项目引入021.2学习情境Multisim仿真实验基础031.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径041.4知识链接二通信与通信系统的组成051.5知识链接三无线电发送与接收设备061.6知识链接四天线的作用、分类和介绍071.7知识链接五线性与非线性电路081.8知识链接五本课程的特点及学习方法11.1项目引入项目一·初识无线通信系统1.1项目引入项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）高频电子技术研究的是高频信号的产生、发射、接收和处理的有关方法和电路,主要解决无线电广播、电视和通信中发射与接收电路的有关技术问题,主要内容包括通信技术基本知识、高频小信号谐振放大器的应用、高频功率放大器的应用、正弦波振荡器的应用、振幅调制器/解调器及混频器的应用、角度调制器和解调器的应用、反馈控制电路的应用等。项目一主要介绍了通信的基本概念及通信系统的组成、无线电发送和接收设备、电波的传播方式、天线的作用和分类、非线性电子线路的特点及分析方法。21.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一·初识无线通信系统1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）读一读Multisim是近年比较流行的仿真软件之一，它在计算机上虚拟出一个元件、设备齐备的硬件工作台。用它进行教学，可以加深学生对电路结构、原理的认识与理解，训练学生熟练地使用仪器、熟悉正确的测量方法。Multisim软件基于Windows操作环境，要用的元件、仪器等所见即所得，只要用鼠标单击有关按钮,就可以随时取来，完成参数设置、组成电路、启动运行、分析测试。本教材利用Multisim仿真软件对各任务的有关电路进行仿真实验和性能测试。但要注意的是，软件仿真只能加深学生对电路原理的认识与理解，实际中要考虑元件的非理想化、引线及分布参数的影响。一、虚拟电路创建1.元件操作(1)元件选用：单击Place出现下拉菜单，在菜单中单击Component，移动鼠标到需要的元件图标上,选中元件，单击“确定”按钮,将元件拖曳到工作区。1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）(2)元件移动：选中后用鼠标拖曳或按←↑→↓确定位置。(3)元件旋转：选中后顺时针按Ctrl+R，逆时针按Ctrl+Shift+R。元件复制：选中后按Copy。元件粘贴：按Paste。元件删除：选中后按Delete。(4)在“元件选用”中就要确定好元件参数。Multisim中元件的型号是美国、欧洲、日本等国的型号，要注意同我国元件的互换关系，注意频率的适用范围。2.导线操作(1)连接：鼠标指向一个元件的端点，出现十字小红点，单击鼠标左键并拖曳导线到另一个元件的端点，出现小红点后再次单击鼠标左键。(2)删除导线：将鼠标箭头指向要选中的导线，单击鼠标左键选中导线，这时导线周围出现多个小方块，按下Delete键将选中的导线删除。1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）试一试1.Multisim界面主窗口如图1-1所示为Multisim菜单栏。图1-1Multisim菜单栏二、虚拟仪器使用通过实际例子介绍主要仪器的使用:1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）2.用万用表测量交、直流电压如图1-2所示为用万用表测量直流电压。如图1-3所示为用万用表测量交流电压。图1-2用万用表测量直流电压图1-3用万用表测量交流电压1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）3.用示波器测量函数信号发生器输出波形如图1-4所示为函数信号发生器和示波器实测显示。图1-4函数信号发生器和示波器实测显示图1-4信号发生器和示波器实测显示1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）图1-5用双踪示波器测量AM、FM信号的电路连接及得到的波形图4.用双踪示波器测量AM、FM信号如图1-5所示为用双踪示波器测量AM、FM信号的电路连接及得到的波形图。图1-5双踪示波器测量AM、FM信号波形图1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）三、虚拟元件库中的常用元件如图1-6所示为虚拟元件库中的常用元件。图1-6虚拟元件库中的常用元件图1-6虚拟元件库中的常用元件1.2学习情境Multisim仿真实验基础项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）想一想1.用双踪示波器测量AM、FM信号得到的波形各有什么特点?2.你能用Multisim软件对一个单管小信号放大器进行仿真测试吗?根据已经学过的模拟电子技术知识，自行设计一个单管小信号放大器进行仿真测试，通过改变偏置电阻，观察饱和与截止失真的情况。31.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一·初识无线通信系统1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）通信的目的是传递信息，信息具有不同的形式，例如:语言、文字、数据和图像等。通信中信息的传送是通过信号来进行的，如:烽火台的狼烟信号、红绿灯信号、电压和电流信号等。信号是信息的载体。在各种各样的通信方式中，利用“电信号”来承载信息的通信方式称为电通信，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，而且几乎不受时间和空间的限制，因而得到了飞速的发展和广泛的应用。一般而言，通信是指由一地向另一地进行信息的传递。人类社会建立在信息交流的基础上，通信是推动人类社会文明进步与发展的巨大动力。从远古时代到现代文明社会，人类社会的各种活动与通信密切相关，特别是当今世界已进入信息时代，通信已渗透到社会各个领域，成为现代文明的标志之一。读一读1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）一、无线电波的波段划分频率从几十千赫至几万兆赫的电磁波都属于无线电波(载波频率为104~1010Hz)。在如此宽广的频率范围内，无线电波虽然具有许多共同的特点，但是随着频率的升高，高频振荡的产生、放大和处理方法等都有所不同，特别是无线电波的传播特点不尽相同。为了便于分析和应用，习惯上将无线电波的频率范围划分为若干个频段，也叫作波段。它可以按频率划分，也可以按波长划分。无线电波在空间传播的速度是每秒3×108km。电波在一个振荡周期T内的传播距离叫作波长，用符号λ表示。波长λ、频率f和电波传播速度c的关系可用式(1-1)表示:

1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）式中，波长λ的单位为米(m)，频率f的单位为赫兹(Hz)，c=3×108m/s为电磁波在自由空间中的传播速度。式(1-1)是电磁波的一个基本关系式。表1-1列出了通信中使用的频段及其频率范围、波长和主要用途。米波和分米波有时合称为超短波,波长小于30cm的又称为微波。1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）表1-1通信频段及主要用途频段名称频率范围用途甚低频VLF3kHz～30kHz音频、电话、数据终端、长距离导航、时标低频LF30～300kHz导航、信标、电力线通信中频MF300kHz～3MHz调幅广播、移动陆地通信、业余无线电高频HF3～30MHz移动无线电话、短波广播、定点军用通信、业余无线电甚高频VHF30～300MHz电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航、集群通信特高频UHF300MHz～3GHz电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移动通信超高频SHF3～30GHz微波接力、卫星和空间通信、雷达极高频EHF30～300GHz雷达、微波接力、射电天文学1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）二、无线电波的传播途径当无线电波(又称电磁波)自波源(天线)发出后，要经过各种可能的途径到达接收天线，几种主要的传播途径如图1-7所示，它们分别为空间波传播、地波传播和天波传播。决定传播方式和特点的关键因素是：无线电波的频率。图1-7电磁波传播的主要途径1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）(1)空间波传播又称视距传播，如图1-7(a)所示。在可视范围内由发送端直接传送到接收端的电磁波称为直射波，而通过地面或四周物体反射到达接收端的电磁波称为反射波。直射波和反射波统称为空间波。由于这种传播途径需要架设高度至少在一个波长以上的天线,故在长、中、短波波段内实现视距传播是困难的。由于地球表面是一个曲面，如果天线高度不够，电波传播时就会受到地面的阻挡，发射和接收天线愈高，能够进行通信的距离也就愈远。理论计算和实验表明:当发射和接收天线各为50m时，视距传播的通信距离约为50km。因此，只有在超短波波段才能采用空间波的传播途径。1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）电磁波沿地球表面传播时，将有一部分能量被消耗掉。波长越长，损耗越小。长波沿地面绕射传播的本领最强。白天的中波广播就是利用地波传播这种传播途径。由于地面的电性能在较短时间内变化不会很大,所以，地波传播比较稳定。晚上，电离层对中波的作用减小，这时中波可借天空波传播到较远的地方，例如某些位于远处的电台，白天听不到，晚间却听得很清楚。(2)地波传播又称表面波传播，如图1-7(b)所示，即电磁波沿地球表面绕射的传播。1.3知识链接一无线电波的波段划分与传播途径项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）当电磁波遇到电离层时，会发生反射与折射，同时也有一部分被电离层吸收。电离层的电离程度越大，对电磁波的反射、折射和吸收作用就越强。此外，波长较长的无线电波容易从电离层反射回地面，而波长较短的无线电波比较容易穿过电离层E传播到电离层F，然后返回地面。我们知道，地球被一层厚厚的大气层包裹着，受到太阳光照射时，大气层上部的气体将发生电离，产生自由电子和离子，这部分大气层叫电离层。电离层中电子和离子的密度与高度有关。对电磁波传播有明显作用的电离层有两层:一层叫E层，距地面100~130km;另一层叫F层，距地面200~400km。电离层的高度以及电子和离子的密度与太阳有密切关系。受太阳活动变化的影响,电离层无时无刻不在变化。(3)利用电离层的反射和折射传播的电磁波称为天空波，又称天波，如图1-7(c)所示。41.4知识链接二通信与通信系统的组成项目一·初识无线通信系统1.4知识链接二通信与通信系统的组成项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）一、通信系统的基本组成所谓通信系统,可以简单称为传输信息的系统，即实现信息传递所需的一切设备和传输媒质的总和。以点对点通信为例，通信系统的组成如图1-8所示。图1-8通信系统方框图图1-8中，信号源的作用是把待传输的原始信息转换成电信号，如话筒可将原始语音信号(20Hz~20kHz)转换成音频电信号。发送设备是将电信号转换成适合在信道中传输的形式———已调波信号。转换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合,调制是常见的转换方式：传输数字信号时，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。1.4知识链接二通信与通信系统的组成项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）信道是指信号传输的通道，可以是电缆线、光导纤维，也可以是自由空间。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其他各处噪声的集合。在接收端，接收设备的功能与发送设备相反,即进行信号的解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出与发送端相对应的电信号。终端装置是将复原的电信号转换成相应的原始信息，如将音频信号还原成声音。二、模拟与数字通信系统按照信道中所传已调波信号的形式不同，通信系统又可分为模拟通信系统和数字通信系统。1.4知识链接二通信与通信系统的组成项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。模拟通信系统的组成可由图1-8略加改变而成，如图1-9所示。这里，图1-8中的发送设备和接收设备分别用调制器和解调器来代替，以突出模拟通信的主要组成设备。图1-9模拟通信系统方框图1.4知识链接二通信与通信系统的组成项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）在模拟通信系统中，主要应用两种转换。将原始信息转换成连续变化的电信号(由发送端信号源完成)和把电信号恢复成最初的连续信号(由接收端终端装置完成)。由于信号源输出的电信号频率较低，不能直接送到信道中去，故模拟通信系统有第二种转换。这一转换由调制器完成，即用电信号(又称调制信号)去控制高频振荡信号(载波)的某一参量，经过调制后的信号称为已调波信号。无线通信系统中常用的已调波信号有调幅、调频和调相信号。在接收端同样要经过相反的转换,它由解调器完成。已调波信号有三个基本特点：一是携带信息，二是适合在信道中传输，三是频谱具有一定带宽，且中心频率远离零频。从信息的发送到信息的恢复，在无线通信系统里还有滤波、放大、高频功放、天线辐射与接收、变频、中频放大、AGC控制和低频功放等环节。1.4知识链接二通信与通信系统的组成项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）第一,数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的，即通过差错控制编码来实现，因此，要在发送端增加一个编码器，而在接收端相应需要一个译码器。第二,当需要实现保密通信时，可对数字信号进行“加密”，相应在接收端就需要进行“解密”。第三,由于数字通信传输的是按一定节拍传送的数字信号，故接收端必须有一个与发送端相同的节拍，否则就会因收发步调不一致而造成混乱，这就是数字通信中的“同步”。信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。数字通信的基本特征是，它的信号具有“离散”或“数字”的特性，从而使数字通信在实现时遇到许多独特的问题。1.4知识链接二通信与通信系统的组成项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）综上所述,点对点的数字通信系统如图1-10所示。图1-10数字通信系统方框图需要说明的是,图1-10中调制器/解调器、编码器/译码器、加密器/解密器等环节,在具体通信系统中是否全部采用,取决于设计要求和条件。但在一个通信系统中，若发送端有调制/编码/加密,则接收端必须有解调/译码/解密。数字通信的主要优点有:抗干扰能力强,差错可控，易于加密及便于与现代电子技术、计算机技术相结合。因此,数字通信将在今后的通信方式中占主导地位。51.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一·初识无线通信系统1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）学一学此处仅以调幅信号为例，简要介绍无线电发送与接收设备的各部分组成和作用。一、调幅发送设备调幅发送设备的组成如图1-11所示。图1-11调幅发送设备方框图1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）1.载波产生电路载波产生电路由高频振荡器、高频放大器及倍频器组成，它的功能是产生高频大功率的正弦波信号。高频振荡器，又称主振器，其主要功能是产生波形纯正、频率稳定的高频正弦波信号。为提高正弦波的频率稳定度，高频振荡器一般用石英晶体振荡器。高稳定度的石英晶体振荡器的振荡频率并不高，因此石英晶体振荡器所产生的正弦波频率往往达不到所要求的载频，故必须对高频振荡器产生的高频正弦波进行放大和倍频，使正弦波信号的幅度增大、频率成倍增加，以满足调幅发送设备对载波的要求。2.调制信号产生电路调制信号产生电路由话筒和低频放大器组成。话筒的功能是将声音转换成音频(低频)信号。由于话筒输出的音频信号很微弱(一般为毫伏级)，远不能满足幅度调制器对调制信号幅度的要求，所以，在话筒与幅度调制器之间，增加一级或多级低频放大器,将调制信号放大到幅度调制器所需要的电平。调幅发送设备各部分的作用如下:1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）423.幅度调制器幅度调制器的功能是将调制信号“装载”到载波的幅度上，使高频正弦波信号的幅度跟随调制信号的变化规律而变化。采用调制方式发送的原因：无线电波通过天线有效辐射的条件和“多路复用”的需要。（1）无线电通信是将已调波信号馈送到天线上，交变的信号在天线四周激起以光速向远处传播的电磁波，称为电波辐射。为了使已调波通过天线有效地辐射出去，已调波信号的载波波长应与天线的尺寸相比拟。比如1000MHz的手机信号，其波长为0.3m，所以手机天线长10cm左右就可以了。而对于1000kHz的中波信号，其波长为300m，天线长度就需几十到一百米。频率比中频低很多的信号是不易辐射的，通常把能有效辐射的几百千赫以上的信号称为射频信号。1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）调制信号多为复杂的非正弦信号，它可分解为一个由许多正弦量组成的频带。例如声音信号的频带为20Hz~20kHz，这是一个低频信号，也称音频信号。用于无线电广播的音频信号(调制信号)的频带为50~4500Hz；用于电视广播的视频信号的频带为0~6MHz。现以视频信号为例来说明调制信号不宜直接发送和接收的原因:视频信号中的低频成分，即零到几百千赫的信号，难以从天线有效地辐射出去。视频信号具有从低频到高频很宽的频率范围，馈送到天线上时，低频和高频辐射效果不同,整个视频信号不可能均匀地、有效地辐射出去；而接收到这样的信号时接收端也不可能通过解调将其恢复成原视频信号。1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）“多路复用”将不同的调制信号调制到不同的载波上，不同的载波被接收端接收，通过解调技术就可以恢复这个载波所携带的音频或视频信号。例如，无线广播的中波波段(即AM波段)频率为535~1605kHz,该波段传送的音频信号频率为50~4500Hz，则在同一地区此波段内最多可以容纳的广播电台数目可计算如下:每个调幅广播电台所占带宽为:2×4500=9000Hz=9kHz

（2）即使不考虑上述两个因素，假设视频信号能从天线辐射，可是一个地区不可能只有一个频道的电视节目，当数个电视节目在0~6MHz频率范围内向空中辐射电磁波时，接收端无法把它们分开，只能全部接收。它们混在一起、相互干扰使人们无法正常收看电视节目。1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）4.高频功率放大器由于幅度调制器输出的功率不大，通常要对其输出的调幅信号进行功率放大，以增大射频信号的覆盖率，即增大发送设备的作用距离，使接收设备在覆盖范围内能有效地接收信号。二、调幅接收设备无论是无线电广播接收机、电视接收机、通信接收机还是雷达接收机，现今都毫无例外地采用超外差式接收机的形式。各类接收机的组成与工作原理基本相似，下面以超外差式收音机为例，对其工作原理做简要分析。超外差式调幅接收设备的组成如图1-12所示。由图可见，调幅接收设备由高频放大器、本地振荡器、混频器、中频放大器、检波器和低频放大器等部分组成。1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）46图1-12超外差式调幅接收设备方框图1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）超外差式接收机的基本工作原理如下：接收天线接收从空中传来的微弱(一般只有几微伏至几十微伏)的电磁波，并通过谐振电路感生出微弱的高频已调波信号，高频放大器从中选出所需的信号并进行放大，得到高频调幅信号，即载波信号us(t)。本地振荡器(又称本机振荡器)产生高频等幅振荡信号，即本振信号uL(t)，它比载波信号us(t)高一个特定的“中频”频率。载波信号us(t)和本振信号uL(t)同时送入混频器进行混频，输出中频信号uI(t)。uI(t)与us(t)相比，其包络的形状不变，这表明uI(t)中承载了调制信号的信息，但载波的频率则转换为本振频率与载波频率之差，这个频率就称为“中频”，故uI(t)为中频调幅信号。uI(t)经中频放大器放大后，送入检波器。检波器从中频调幅信号uI(t)中提取出反映所传送信息的调制信号uΩ(t)，经低频放大器进行功率放大后送到扬声器中转换为声音信号。1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）1.高频放大器高频放大器的主要任务有两个：一是从接收到的众多电台中选出一个所需要的电台信号；二是对所选中的信号进行放大。也就是说，高频放大器是选频放大器，放大器的谐振频率调谐于该电台的载频上，高频放大器可以选出这个电台的已调波信号，并加以放大。为降低整机的噪声，提高整机的灵敏度，高频管应尽量选用低噪声的放大管，高频放大器的选频功能应尽可能好，这类放大器的负载回路一般为LC谐振电路，常称这类放大器为小信号选频放大器。2.本地振荡器本地振荡器又称本振电路，它的功能是为混频器提供高频正弦波信号，以便与接收到的载波信号混频。本振电路常采用互感耦合振荡器或三点式振荡器。3.混频器混频器是超外差式接收机的重要组成部分。混频器的功能是将载波信号与本振信号进行非线性转换，使之变成中频的调幅信号然后输出。1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）若输入混频器的载波信号频率用fc表示，本振信号频率用fL表示，而混频器输出的中频调幅波的频率用fI表示,则:

已调波信号的载频fc是随不同广播电台而异的。例如，广播电台1的载频为1200kHz，而广播电台2的载频为837kHz。无论收音机收听1台节目还是2台节目，混频器输出的中频信号的频率都是不变的，即中频465kHz。这是超外差式接收机的主要特点。既然超外差式接收机的中频频率465kHz不会因接收不同电台信号而改变，那么本振信号频率就应随不同电台而改变。如接收1台信号，本振信号频率应为1665kHz，而接收2台信号时，本振信号频率就应变为1302kHz。可见,高频放大器的输入回路谐振频率应与本振频率保持同步变化,以保持中频不变。1.5知识链接三无线电发送与接收设备项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）4.中频放大器中频放大器的功能是将混频器输出的中频信号进行放大，为检波器提供峰峰值约为1V的调幅信号。由于混频器输出的中频信号通常为毫伏(mV)级甚至更小，故收音机中频放大器的电压增益一般需要60~80dB或更高，中频放大器通常由多级调谐放大器组成。中频放大器是超外差式接收机的重要组成部分。接收机的主要技术指标,如灵敏度、信噪比、选择性和通频带等,在很大程度上取决于中频放大器的性能。5.检波器检波器的主要功能是将中频放大器输出的中频信号解调成音频信号。由此可见，接收设备中的检波器与发送设备中的幅度调制器功能刚好相反，即互为逆转换。6.低频放大器低频放大器的功能是将检波器输出的音频信号进行功率放大，使之具有足够的功率以推动扬声器发声。61.6知识链接四天线的作用、分类和介绍项目一·初识无线通信系统1.6知识链接四天线的作用、分类和介绍项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）一、天线的作用与分类天线是发射机终端和接收机前端的重要器件。无线电通信系统信息的发射和接收是通过天线实现的。发射天线的作用是将发射机输出的高频电流能量转换成电磁波辐射出去。接收天线的作用是发射天线作用的逆过程。其作用是将空间电波信号转换成高频电流能量送给接收机。同一天线既可用于发射也可用于接收,其性能是相同的。天线的主要特性指标有输入阻抗、方向性、增益和效率。性能良好的天线可以改善系统的信噪比,降低比特率，提高辐射功率等。1.6知识链接四天线的作用、分类和介绍项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）无线电通信系统的多样性使得天线种类多种多样。按用途不同,天线可分为通信天线、广播和电视天线、雷达天线、导航和测向天线；按工作波长不同，天线可分为长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。通常将天线按其结构分成两大类：一类是由导线或金属棒构成的线天线，主要用于长波、短波和超短波波段；另一类是由金属面或介质面构成的面天线，主要用于微波波段。随着现代通信技术的迅速发展,天线也各具特色。二、常用天线介绍1.中长波通信天线我国中小功率中波广播发射台站中，常用的发射天线是斜拉线顶负荷的单塔天线。1.6知识链接四天线的作用、分类和介绍项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）图1-13小功率单塔天线小功率单塔天线如图1-13所示，中间直立的为单塔天线，由多节圆钢焊接而成，每节4m或4.5m，竖立在绝缘底座上。单塔天线用12根拉线从三个方向(各相隔120°)加以固定，射频信号通过馈线输入，天线高度约为76m。1.6知识链接四天线的作用、分类和介绍项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）2.短波通信天线短波波段无线电波的频率为3~30MHz，常用的天线有水平对称振子天线、笼形振子短波天线和V形对称振子天线等。它们只是在振子结构上有所不同。如图1-14所示为水平对称振子天线示意图。天线的两臂可用单股或多股铜线做成，长度为一般为3~6mm。两臂之间用高频瓷材料的绝缘子相连，天线两端也通过绝缘子与支架相连。无线电信号通过双馈线从中间输入。水平对称振子天线宜做300km范围内短波通信天线用。图1-14水平对称振子天线1.6知识链接四天线的作用、分类和介绍项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）为提高输出功率，改善输入阻抗特性，拓展带宽,可加粗振子直径，即将6~8根导线排成圆柱形类似两个笼子作为振子的两臂，如图1-15所示，这就构成了笼形振子短波天线。图1-15笼形振子结构图3.电视及调频广播天线电视所用的1~12频道为甚高频(VHF)，其频率为48.5~223MHz，13~68频道为特高频(UHF)，其频率为470~958MHz，由于电波主要以空间波的形式传播，所以，天线要架设在高大建筑物顶端或专用的电视塔上。常用天线有旋转场天线、蝙蝠翼天线、环形天线、引向天线等。1.6知识链接四天线的作用、分类和介绍项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）如图1-16所示为旋转蝙蝠翼天线，如图1-17所示为引向天线，如图1-18所示为羊角拉杆天线和环形天线。图1-16旋转蝙蝠翼天线

图1-17引向天线图

1-18羊角拉杆天线和环形天线71.7知识链接五线性与非线性电路项目一·初识无线通信系统1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）非线性电路在无线电发送与接收设备中具有重要作用，主要用来对输入信号进行处理，以便产生特定波形与频谱的输出信号。一般来说，它与原输入信号的波形、频谱不同。随着科学技术的发展，它们也越来越多地被其他各种电子设备所采用。为了对非线性电路的工作原理有一个基本概念，先对非线性电路的基本特性进行讨论。一、线性与非线性电路全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路称为线性电路;电路中只要有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态的,该电路就称为非线性电路。1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）非线性元器件与线性元器件的主要差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，且其值与外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、三极管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感线圈等都是线性元件。图1-19显示了线性电阻器和非线性电阻器的伏安特性曲线。由图1-19(a)可见,线性电阻器的伏安特性是一条通过坐标原点的直线，即流过电阻器的电流i与加在电阻器两端的电压u成正比，所以它的特性可用斜率G=I/U(电导)或它的倒数R(电阻)来表示，其值为常数。由图1-19(b)可见，非线性电阻器的伏安特性曲线是非线性的，即通过非线性电阻器的电流i与加在其上的电压u不成正比,它所呈现的电导值与外加电压u或通过电流i的大小有关。对于非线性元器件还必须引入一些其他参数(例如交流电导g=Δi/Δu等)，才能比较完整地反映它的特性。1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）图1-19线性与非线性电阻器的伏安特性曲线1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）如果在非线性电阻器的两端加上直流工作点电压UQ和幅度较大的正弦交流电压u1，那么通过该元件的电流i1的波形如图1-20所示，为一非正弦波，用傅里叶级数可将i1分解为直流、基波和各次谐波分量，可见输出电流中出现了原有信号中没有的频率分量，即非线性元器件可产生新的频率分量。如果作用于非线性元器件上的交流电压很小，那么电压、电流的波形如图1-20中u2、i2所示，接近于正弦波，也就是说,当作用信号很小、工作点取得适当时，对信号而言，非线性元器件近似处于线性工作状态，可当作线性元器件。例如二极管、三极管在小信号作用下，非线性元器件在直流工作点Q处可近似地看作线性元器件，线性电路的分析正是以这点为基础的。1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）图1-20非线性电阻器在不同正弦交流电压作用下的电流波形1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）当多个信号同时激励线性电路时,各个激励信号在通过线性电路时是互不相干的，可以分别计算各个信号单独激励时的响应，然后将这些响应相加就是总的响应。这就是分析线性电路行之有效的叠加定理。但对于非线性电路来说,由于激励与响应之间的关系不再是线性的,故叠加定理就不再适用了。若设非线性元器件的特性为

式中,a为常数。在非线性元器件上同时作用两个交流电压u1和u2时,由式(1-3)可得

二、非线性电路的特点1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）若用叠加定理,则

显然式(1-4)和式(1-5)不相等，在式(1-4)中增加了一项由两个电压相乘而产生的电流。正由于出现了两个电压的乘积项，才使非线性电路具有更多的功能。

1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）由式(1-6)可见，输出电流中除了直流成分a(U21m+U22m)外，还产生了两个频率的二次谐波分量2ω1、2ω2以及两个频率的和、差分量。这些都是输入信号中所没有的，说明非线性元器件能够产生新的频率分量，具有频率变换作用。综上所述，由非线性元器件构成的非线性电路有以下基本特点:(1)非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率变换作用。(2)非线性电路分析不适用叠加定理。(3)当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。1.7知识链接五线性与非线性电路项目一初识无线通信系统高频电子技术（第五版）非线性电路可采用图解法和解析法来进行分析，但在实际电路中，常采用工程近似解析法。工程近似解析法的精度虽比较低，但它有助于了解电路工作的物理过程，并能对电路性能做出粗略的估算。所谓工程近似解析法，就是根据工程实际情况，对元器件的数学模型和电路工作条件进行合理的近似，列出电路方程，从而解得电路中的电流和电压，获得具有实用意义的结果。工程近似解析法的关键，是写出比较好的反映非线性元器件特性的数学表达式。不同的非线性元器件特性各不相同，即使是同一个非线性元器件，由于其工作状态不同，近似的数学表达式也不同。非线性电路中,常采用折线、幂级数和开关函数等表达式，这些将在后面各任务中分别加以讨论。高频电子技术（第五版）项目五正弦波振荡器的制作05PROJECT学习目标项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）知识目标▪了解反馈式振荡器的工作原理。▪了解石英晶体振荡器的工作原理。▪掌握三点式正弦波振荡器的工作原理及种类。能力目标▪能够分析XR2206信号发生器电路图原理。▪能够对熟练运用XR2206芯片，能够运用方法对芯片进行检测及质量判别。▪学会XR2206信号发生器硬件的安装与调试。▪了解XR2206信号发生器的测试方法，能对XR2206信号发生器的故障进行检修。素质目标▪培养热爱劳动的意识。▪培养工匠精神，具有专注、精准做事和创新精神。▪培养团队合作能力，提高交流协调方面的素质。▪激发学生的学习兴趣和内生动力。本项目内容项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）015.1项目引入025.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路035.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理045.4知识链接二LC正弦波振荡器055.5知识链接三石英晶体振荡器065.6技能实训XR2206信号发生器的设计制作15.1项目引入项目五·正弦波振荡器的制作5.1项目引入项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）正弦波振荡器主要用于生成高频载波信号，是信号调制与解调的基础。本项目以函数信号发生器为载体，实现了振荡器的正弦波输出、方波输出以及三角波输出，能够为后续更加复杂的高精度高频振荡电路设计奠定理论与实践基础，能够拓宽电路设计思路，培养创新思维和实践能力。25.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五·正弦波振荡器的制作5.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）试一试学习情境一LC正弦波振荡器一、仿真目的1.掌握正弦波振荡器的基本组成、起振条件和平衡条件。2.掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，会计算反馈系数和振荡频率。3.了解互感反馈式振荡器、各种三点式振荡器的特性及优缺点。二、仿真电路如图5-1所示为LC正弦波振荡器电路图。5.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）图5-1LC正弦波振荡器电路图5.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）如图5-2、图5-3所示分别为LC正弦波振荡器振荡频率显示图和LC正弦波振荡器电路波形图。图5-2LC正弦波振荡器振荡频率显示图

图5-3LC正弦波振荡器电路波形图5.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）三、测试内容1.测试振荡器中各元器件的作用，即短路(或开路)该元器件，观察振荡器的工作情况。2.进行LC正弦波振荡器波段工作研究，即测试振荡器在多宽的频率范围内能平稳工作。3.研究LC正弦波振荡器的静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。4.测试LC正弦波振荡器的频率稳定度，即研究电源电压和负载变化对振荡器频率稳定度的影响。5.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）2.研究外界条件(电源电压、负载变化)对振荡器频率稳定度的影响。3.比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。二、仿真电路如图5-4所示为石英晶体振荡器电路图。提示：晶体不需要外接负载电容(因负载电容和晶体组成一个模块)。试一试学习情境二石英晶体振荡器一、仿真目的1.掌握晶体振荡器的基本工作原理。如图5-5、图5-6所示分别为石英晶体振荡器振荡频率显示图和石英晶体振荡器电路波形图。5.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）图5-4石英晶体振荡器电路图5.2学习情境用Multisim仿真测试振荡电路项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）图5-5石英晶体振荡器振荡频率显示图

图5-6石英晶体振荡器电路波形图三、测试内容1.熟悉振荡器中各元器件的作用。2.在直流电源上叠加微变交流电压，观察振荡器的频率稳定度。3.改变C4电容值、改变反馈系数观察振荡器的情况。35.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五·正弦波振荡器的制作5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）读一读振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于这种转换电路不需要外加激励信号，就能自行产生具有一定频率、波形和振幅的交流信号。根据所产生的波形不同，可将振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波；后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。正弦波振荡器在电子技术领域中应用广泛。例如在无线发送设备中，用正弦波振荡器产生运载信息的载波；在超外差式接收机中，产生接收信号变频或解调时所需的本地振荡信号；在电子测量仪器中，产生正弦波的基准信号源等。常用的正弦波振荡器一类是“反馈式振荡器”，主要有LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。其中LC振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波，RC振荡器用于产生低频正弦波。另一类是“负阻式振荡器”，它是利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波的，主要用于微波通信领域。正弦波振荡器的主要技术指标是频率的准确度、稳定度和振幅的稳定度。5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）学一学一、振荡器的组成任何一种反馈式正弦波振荡器，至少应包括以下三个组成部分。(1)放大电路。自激振荡器不但要对外输出功率，而且还要通过反馈网络，供给自身的输入激励信号功率。因此，必须有功率增益。当然，能量的来源与放大器一样，是由直流电源供给的。(2)反馈、选频网络。自激振荡器必须工作在某一固定的频率上。一般在放大器的输出端接有一个决定频率的网络，即只有在指定的频率上，通过输出网络及反馈网络，才有闭环360°相移的正反馈，其他频率不满足正反馈的条件。(3)稳幅环节。自激振荡器必须能自行起振，即在接通电源后，振荡器能从最初的暂态过渡到最后的稳态，并且波形保持一定的幅度。5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）正弦波振荡器的组成方框图如图5-7所示。图中Xo为输出正弦波电压，Xf为反馈网络形成的反馈电压，也就是放大电路的输入电压。图5-7正弦波振荡器组成方框图5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）在高频电子技术中主要通过以下三个指标来衡量高频振荡电路的优劣。(1)振荡频率。高频电子技术研究无线电波的产生、发送、变换和接收，所涉及的振荡频率都比较高，例如在获得广泛应用的甚高频至特高频频段，无线电波的频率在30MHz至3GHz之间。某种振荡电路能否获得应用，取决于这个电路能否产生如此高频率的正弦波，因此振荡频率自然就成为高频振荡电路的重要特性指标。(2)振荡频率的稳定性。无线收发系统对振荡频率的稳定性有很高的要求。一个振荡电路的频率稳定性可以用一定温度范围内频率的相对变化量来表示，也可以用振荡频率的温度系数来表示。(3)振荡频率的可调节性。无线通信时，收发电路的频率必须相等才能有较好的通信效果。在生产时却很难做到这一点，完全相同的设计图纸所生产出来的发射或接收电路的频率也可能有较大的差异。如果振荡电路的频率可以通过某个元器件，例如可变电容来调节，发射电路和接收电路频率相等就很容易实现了。因此，一个振荡电路的频率是否可调，频率的调节是否方便也成为高频振荡电路的重要指标之一。5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）二、振荡器的平衡条件和起振条件首先，假定振荡已经建立，下面研究电路应满足什么条件，才能维持振荡，即振荡器的平衡条件。如图5-7所示的方框图中，用A表示放大电路的放大倍数，用F表示反馈网络的反馈系数，Xo表示输出电压，Xf表示反馈电压，也是放大电路的输入电压。根据电路的放大倍数的定义，在达到稳定后(即振荡电路有稳定的输出电压Xo)，有放大器

反馈网络

5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）将式(5-2)代入式(5-1)，可得

上式称为正弦波振荡器的平衡条件，表明正弦波振荡电路形成稳定输出后，放大电路的放大倍数和反馈网络的反馈系数的乘积等于1。式(5-3)是相量式，它包含两层意思，其一，式(5-3)两边的模应该相等，即振荡电路的幅值平衡条件为：

其二，式(5-3)两边的相位也应该相等，因此放大倍数的相位φA(即放大电路输出电压与输入电压之间的相位差)和反馈系数的相位φF(即反馈电压与放大电路输出电压之间的相位差)之和应等于2π的整数倍，即振荡电路的相位平衡条件为：

5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）幅值平衡条件式(4-4)表明，假如振荡电路已经有一个稳定的输出，只要满足平衡条件式(5-4)，振荡电路就能维持该输出不变。现在的问题是振荡电路接通电源以前以及接通电源的瞬间，其输出为零，过了一段时间之后输出电压才达到稳定值，输出电压从零变化到稳定值显然有一个逐渐升高的过程，这个过程称为振荡电路的起振。起振过程中，输出电压不断升高，这时反馈系数和放大倍数幅值的乘积就不能等于1，而应该大于1，即

否则振荡电路输出电压就不可能逐渐变大。起振时应满足的式(5-6)称为振荡电路的起振条件。由电阻、电容和电感组成的反馈网络没有放大功能，因此反馈系数F的幅值一定小于1，根据式(5-6)，放大倍数A的幅值就一定要大于1。例如，一个振荡电路F的值等于1/3，该电路的放大倍数A就应该大于3。不同的振荡电路，反馈系数大小不等，所要求的放大电路的放大倍数也不同，因此就有不同的起振条件。下面分析振荡器起振条件。5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）振荡电路起振后输出电压不断增大，由于放大电路的非线性，这种增大的趋势不会一直持续下去，输出幅度增加到一定程度时，放大倍数开始减小，输出的增加就受到抑制，直到满足式(5-4)后，输出维持稳定。三、振荡的稳定条件1.振幅稳定条件在实际振荡电路中，不可避免地存在各种电的扰动，如电源电压、温度等外界因素的变化引起三极管和回路参数变化等。当振荡器达到平衡状态后，上述原因均可能破坏平衡条件，使电路频率发生变化或自激、停振等。5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）如图5-8所示为电压增益Au-Ube曲线图。图中Au为放大器电压增益，1/Fu为反馈系数的倒数。由于反馈系数与输入电压Ube的大小无关，所以在图中1/Fu为一平行于横轴的直线。图5-8电压增益A_{u}-U_{be}曲线图当Ube较小时，随着Ube的增大，Au逐渐增大，这时晶体管工作在甲类状态；达到最大值后，Au又将随Ube的增大而减小，此时晶体管工作在乙类状态。Au曲线与1/Fu直线有两个交点:Q'和Q点。在两个交点处，Au·Fu=1，都是平衡点。在Q'点处，若Ube增大，Au增大，Au·Fu>1，振荡越来越强。反之，若Ube减小，Au减小，Au·Fu<1，振荡减弱。因此，Q'是不稳定平衡点。在Q点处，若Ube增大，Au减小，Au·Fu<1，于是振荡振幅减弱，又回到Q点；若Ube减小，Au增大，这时Au·Fu>1，于是振荡振幅自动增大，又回到Q点。因此，Q点是稳定平衡点。所以振幅稳定的条件是:在稳定平衡点附近，随着Ube的增加，Au减小。或者说，Au对Ube的斜率是一负值。从以上分析可知，起振时Ube应大于Q'点对应的横坐标，这样才能起振，并将稳定平衡点建立在稳定的Q点。5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）2.相位稳定条件由于电路中存在扰动，暂时破坏了相位平衡条件，即∑φ≠2nπ，使振荡频率发生变化，当扰动离去后，振荡频率还能否回到原来的稳定平衡点?图5-9两种相频特性曲线5.3知识链接一反馈式振荡器的工作原理项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）图5-9所示为两种相频特性曲线。图5-9(a)中的曲线。设原来的振荡频率为f01，由于外界干扰而引入+Δφh时，频率提高到f02，频率的变化量为Δf0。此频率变化量通过其负载的相频特性引起的相位变化量为+Δφ。由此可见，相移变化的趋势将加剧，而不是减弱，这势必引起振荡的相位平衡被破坏，因此不是稳定平衡。图5-9(b)中的曲线，频率的变化量Δf0，通过负载的相频特性，引起的相位变化量为-Δφ，它与+Δφh符号相反，可以互相补偿，如果补偿的结果使+Δφh+(-Δφ)=0，就达到了新的平衡点，即频率稳定在新的振荡频率f02处。因此，当相频特性的形状如图5-9(b)所示时，受到扰动后振荡将在原来的平衡点附近重新达到平衡。相位的稳定条件是：随着频率的提高，相位减小。或者说，相频特性的斜率是负值。45.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五·正弦波振荡器的制作5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）一、互感反馈式振荡器如图5-10所示为互感反馈式振荡器。图中反馈电压通过电感L1和L2的互感耦合经电容到基极，反馈的极性取决于两个互感绕组的方向，图中黑点表示两个电感线圈的同名端，按图中所示的绕组方向所形成的为正反馈，可用瞬时极性判别法验证如下:假设初始时刻基极电压极性为正，则集电极电压极性为负，经L1和L2的互感耦合，在L2中形成反馈电压，按照“同名端同极性”的原则，反馈电压极性下负上正，耦合到基极的电压极性为正，与原极性相同，因此形成正反馈。图5-10互感反馈式振荡器5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）互感反馈式振荡器的频率近似等于C1、L1并联谐振回路的谐振频率:

互感反馈式振荡器容易起振，输出电压幅度较大，结构简单，调节频率方便，且调节频率时输出电压变化不大。因此在一般广播收音机中常用作本地振荡器。但是工作在高频段时，分布电容影响较大，输出波形含有杂波，频率稳定性也差，因此，在高频段很少采用。5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）二、三点式振荡器的工作原理三点式振荡器是指晶体管的三个电极分别与LC谐振回路的三个端点连接组成的一种振荡器。三点式振荡器电路用电感耦合或电容耦合代替互感耦合，可以克服互感耦合工作频率低的缺点，是一种应用广泛的振荡电路，其工作频率可从几兆赫到几百兆赫。三点式振荡器的电路原理图如图5-11所示。LC谐振回路中的三个电抗元件分别应具有什么性质，才能满足正反馈的相位条件而使振荡器工作呢?图5-11三点式振荡器的电路原理图5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）设LC谐振回路由纯电抗元件组成，其电抗值分别为Xbe、Xce和Xcb，忽略晶体管的输入与输出电抗效应。则当LC回路谐振时，回路呈纯电阻性质，有：

LC回路中，Xbe两端的电压是反馈电压，用Uf表示。由于Uf是Uc在Xbe、Xcb支路中Xbe上的分压，所以有

5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）根据三极管放大器极性的判断，输出电压Uc与输入电压Ui相位差为π，要满足正反馈的相位条件，Uc与Uf应反相，所以Xbe

Xce即Xbe、Xce

必须是同性质的电抗，而Xcb必须与Xbe、Xce性质相反。若Xbe、Xce为电容，则Xcb为电感，构成电容三点式振荡器，如图5-12(a)所示；若Xbe、Xce为电感，则Xcb为电容，构成电感三点式振荡器，如图5-12(b)所示。图5-12电容和电感三点式振荡器5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）例4-1振荡器电路如图5-13(a)所示，试画出其交流等效电路，并判断电路在什么条件下起振，属于什么类型的振荡器?图5-13振荡器电路及其等效电路5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）解:(1)根据画交流等效电路的原则，将所有偏置视为开路，将耦合电容、交流旁路电容视为短路，则该电路的交流等效电路如图5-13(b)所示。(2)根据交流等效电路可知，因Xbe为容性电抗，为了满足三点式振荡器的相位平衡条件，Xce也必须为容性，且Xcb应为感性。根据任务2并联谐振回路的相频特性，设并联回路L1C1、L3C3的固有频率分别为f1、f3，当振荡频率f0>f1时，回路L1C1呈容性；当f0<f3时，回路L3C3呈感性，即f1<f0<f3时，振荡器电路才能振荡，等效为电容三点式振荡电路，其条件可写为

即L1C1>L3C35.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）学一学三、电感三点式振荡器(Hartley)如图5-14所示为电感三点式振荡器及其等效电路。图5-14(a)中，L1、L2和C组成LC并联谐振回路，作为集电极交流负载；电阻Rb1、Rb2、Re起直流偏置作用；Cb、Cc为隔直电容，Ce为旁路电容。图5-14(b)是其交流等效电路。图5-14电感三点式振荡器及其等效电路5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）振荡器的振荡频率可近似用并联谐振回路的谐振频率来表示，即

式中，若电感L1和L2存在互感，则用L=L1+L2+2M来表示，M为L1、L2间的互感量；若L1和L2互相屏蔽不存在互感，则L=L1+L2。电感三点式振荡器的优点是容易起振，输出电压幅度较大，而且用一只可变电容器就可以方便地调整振荡频率，调整时不影响反馈，因此可以在较宽的频段内调整频率。缺点是反馈电压取自电感支路，对高次谐波阻抗大，振荡信号含有的谐波成分多，输出波形较差，因此振荡频率不宜很高，一般最高只能为几十兆赫。5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）如图5-15(a)所示是电容三点式振荡器，又称考毕兹(Colpitts)振荡器，图中C1、C2是谐振回路电容，L是谐振回路电感，电阻Rb1、Rb2、Re起直流偏置作用，Cc、Cb分别为高频旁路电容和自给偏压电容。图5-15(b)是其交流等效电路。图5-15电容三点式振荡器及其等效电路四、电容三点式振荡器(Colpitts)5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）振荡器的振荡频率可近似用并联谐振回路的谐振频率来表示，即

式中，C为回路总电容

电容三点式振荡器的特点是输出波形好，振荡频率很高，可以达到100MHz以上。缺点是频率的调节不方便，通过电容C2的改变来调节振荡频率时，电容C1和C2间的比例随之变化，电路的起振条件也会受到影响。5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）电容三点式振荡器是一种性能优良的振荡电路。但它有两个主要缺点:其一是频率调整范围窄；其二是振荡器的频率稳定性不好。为了克服这两个缺点，提出了改进型电容三点式振荡器。1.串联改进型电容三点式振荡器(Clapp)如图5-16(a)所示是串联改进型电容三点式振荡器，又称克拉泼(Clapp)振荡器，图4-16(b)是其交流等效电路。可以看出，此电路与普通电容三点式电路的区别仅仅是在b、c间的电感支路中串联一个小电容C3，这就是串联改进型电容三点式振荡器的命名原因。电路中，满足C3≪C1、C3≪C2时，C∑主要取决于C3。五、改进型电容三点式振荡器电路的总电容5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）

这种电路的总电容C∑≈C3，因此振荡频率f0为图5-16克拉泼振荡器及其交流等效电路电路的总电容为5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）

可见，Co和Ci对f0几乎没有影响。这是因为对于串联电路而言，小电容起主要作用，Co和Ci即使发生变化，对回路的影响也很小。因此，这种电路的晶体管与回路是弱耦合，频率稳定性较好。从通信系统的频率范围来看，波段振荡器要求在一定波段范围内频率可调，且振荡幅值保持不变。由于克拉泼电路在改变振荡频率时需调整C3，当C3改变时，晶体管c、e两端的负载阻抗将发生变化，使环路增益发生变化，从而使振荡幅值也发生变化。所以克拉泼电路克拉泼电路不适合用作波段振荡器。只适宜于作固定频率振荡器或波段覆盖系数较小的可变频率振荡器。所谓波段覆盖系数是指振荡器可以在一定波段范围内连续振荡的最高工作频率与最低工作频率之比。一般克拉泼电路的波段覆盖系数为1.2~1.3。5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）2.并联改进型电容三点式振荡器(Seiler)并联改进型电容三点式振荡器，又称西勒(Seiler)振荡器。图5-17(a)是其电路原理图，图5-17(b)是其交流等效电路。由图可见，西勒电路是在克拉泼电路的基础上，在电感L两端并联了一个电容C4，因此称为并联改进型电路。电路中，元件取值满足C1、C2远大于C3，C1、C2远大于C4，因此晶体管与回路之间耦合较弱，频率稳定性好。在一些短波通信机中，常选可变电容C4为20~360pF，而C3为一二百皮法，用于微调振荡频率。图5-17西勒振荡器及其交流等效电路5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）从图5-17可以看出，回路总电容C∑的计算公式为

振荡频率的计算公式为由于西勒电路的振荡频率高，频率稳定性好，波形好，振幅平稳，频率覆盖范围较大，其波段覆盖系数为1.6~1.8，因此应用广泛。

5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）图5-18高频头本机振荡器电路1.高频头本振电路如图5-18所示是松下TC-183型彩色电视机甚高频电调谐高频头中本机振荡器电路，它由分立元件组成。练一练六、LC振荡器电路识读5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）在高频头中，本机振荡器(本振)的作用是产生一个与输入电视图像载频相差一个中频(38MHz)的高频正弦波信号。甚高频电视频道范围为1~12频道，其中1~5频道(L频段)图像载频为49.75~85.25MHz，6~12频道(H频段)图像载频为168.25~216.25MHz。图5-18中开关二极管D1受频段选择的控制。L频段时，BS=30V，BV=12V，D1反偏截止，交流等效电路如图5-19(a)所示。H频段时，BS=0V，BV=12V，D1导通，L2被短路(因2.2nF电容对高频信号短路)，交流等效电路如图5-19(b)所示。Cj1、Cj2是变容二极管，其电容量受电压BT、AFC控制。改变BT、AFC电压，就改变了Cj1、Cj2的电容量，也就改变了本振频率。5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）由图5-19可见，图5-18所示电路是压控西勒电路。由于整个甚高频波段覆盖系数为4.2，数值较大，分成L和H两个频段后，波段覆盖系数均下降为1.7，正好在西勒电路的调整范围之内。图5-19本振交流等效电路5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）2.单边带频率合成电路。如图5-20所示为某单边带电台频率合成器中所用的55~65MHz压控振荡器实际电路，是由分立元件组成的。图5-2055~65MHz压控振荡器实际电路5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）将图5-20中的变容二极管等效为回路可变电容时，显然，该电路是西勒电路。为了获得纯净的频谱和稳定性好的振荡频率，振荡管应选用噪声系数低、特征频率较高和β较大的硅高频管。为了减小负载影响，采用了松耦合输出至射随器。两个变容二极管背靠背地串联，是为了使变容二极管的总电容不受偏置电压上叠加的交流信号的影响，从而减小了寄生调制。当然，这样连接的电路其压控也相应有所降低。为提高回路Q值，回路电感线圈采用镍锌磁芯，使其在工作频率下的空载Q值在200以上。C6、L3、C10组成π型电源去耦滤波电路，目的是防止其他电路的噪声干扰经电源串入而产生寄生调制。5.4知识链接二LC正弦波振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）图5-21变容二极管扫频振荡器电路3.扫频振荡器电路。如图5-21所示为BT-4型低频频率特性测试仪中的变容二极管扫频振荡器电路。这是一个串联改进型电容三点式振荡器(Clapp)电路，振荡频率由L1与C4、C5及两个变容二极管共同决定。锯齿波电压通过R6加至变容二极管两端，以控制变容二极管电容的大小，从而使振荡频率随锯齿波电压改变。55.5知识链接三石英晶体振荡器项目五·正弦波振荡器的制作5.5知识链接三石英晶体振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）读一读LC振荡电路的优点是振荡频率较高，可以在100MHz以上，缺点是频率稳定性不好，即使采取稳频措施后，频率稳定度也只能达到10-5。在需要频率稳定性更好的场合，一般采用石英晶体作谐振回路的元件，并称这种振荡器为石英晶体振荡器。由石英晶体组成的正弦波振荡电路，频率稳定度可以为10-8~10-6，一些产品甚至可以为10-11~10-10，因此它广泛应用于要求频率稳定度高的设备中，例如，标准频率发生器、脉冲计数器和电子计算机的时钟信号发生器等。5.5知识链接三石英晶体振荡器项目五正弦波振荡器的制作高频电子技术（第五版）1.石英晶体的结构将二氧化硅晶体按一定的方向切割成很薄的晶片，再在晶片的两个表面涂覆银层并作为两极引出管脚，加以封装，即成为石英晶体振荡器，简称石英晶体。石英晶体已经制成各种规格的产品。石英晶体的结构、电路符号及产品外形如图5-22所示，其中图5-22(a)是石英晶体的结构，图5-22(b)是电路符号，图5-22(c)是几种产品的外形。图5-22石英晶体振荡器结构、电路符号及产品外形学一学一、石英晶体的基本特性与等效电路5.5知识链接三石英晶体振荡器项目五正弦波振