完整版高频电子线路杨霓清答案第三章正弦波振荡器doc.docx

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完整版高频电子线路杨霓清答案第三章正弦波振荡器doc

1

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

A0F

1

相位起振条件

A

F

2n

（2）

平衡条件：

振幅平衡条件

AF=1

相位平衡条件

A

F

2n

（3）

平衡的稳定条件：

（n=0,1,）

（n=0,1,）

A

振幅平衡的稳定条件0

U0

相位平衡的稳定条件Z0

振幅起振条件A0F1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

馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。

AF2n（n=0,1,），它表明反馈是正反

振幅平衡的稳定条件A/U0<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

Z/<0表示振荡回路的相移

Z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A

F=YF

Z=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。

A0是由放大器的参数决定，除于工作点IeQ

2

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C1、C2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A0F2时，平衡状态时放大器工作于乙类；当A0F2时，

平衡状态时放大器工作于丙类；当1A0F2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A0和反馈系数F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1osc2（1、2分别为L1C1、L2C2回路的谐振频

率），即L1C1回路呈容性，L2C2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Cb'e，组成电容三点式振荡电路；

（f）可能产生振荡。

当1、2osc（1、2分别为L1C1并联谐振回路、L2C2串

联谐振回路的谐振频率）时，L1C1回路成容性，L2C2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，CB、CC、CE、CD为交流旁路电容或隔直流电容，LC为高频

3

扼流圈，偏置电阻RB1、RB2、RG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

Cb'e成为回路电容之一；（e）

为电感是三点式振荡电路；（g）osc

01/

LC，电路同时存在两种反馈，其中通

过LC形成正反馈，通过R形成负反馈。

由于

LC串联振荡回路在其谐振频率

0上呈

现最小的阻抗，正反馈最强，因而在

0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

CB、CD、CE均为

4

旁路电容或隔直流电容，LC、LE、LS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L改为C1，C1改为L1，构成电容三点式振荡电路。

Lc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CE，消除CE对回路影响，加CB和Cc以保证基极交流接地并隔断电源

电压Vcc；L2改为C1构成电容三点式振荡电路。

5

图（c）中L2改为C1，构成电容三点式电路；去掉原电路中的C1，保证栅极通过L1形

成之流通路。

图（d）中反馈线中串接隔直电容CB隔断Vcc，使其不能直接加到基极上。

图（e）中L改为C1L1串接电路，构成电容三点式振荡电路。

图（f）去掉C2，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，

C1

C2

Q0

RL=1k，RE=500

。

试问IEQ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

C1C2

C1

51pF

C

C2

C1

C1

C1

51

n

C2

C2

0.0255

C1

2000

共基极电容三点式振荡器的起振条件

1

gm

ngL

nge

gL

gL

geo

1

1

C

10

3

1

5110

6

式中

RL

Q0

L

100

1.3

1.06（ms）

gm

1

ge

IEQ

因为

re

，

26

所以

IEQ

26

1

gL

1

26

1

1.06

103

1.11（mA）

1

n

n

0.0255

0.0255

IEQ应大于1.11mA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：

gie

2mS，

g

oe

20μS

yfe

20.6mS

回路元件参数为

C

300pF，C

60pF，

L

5

μH，

，

。

（1）画出振荡器的共射交流等效电路；

6

（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gie等效到晶体管c、e两端的值gie）

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

C1C2

60

300

60（pF）

C

C2

300

60

C1

振荡频率

fosc

1

1

2

LC

9.19（MHz）

6.285106601012

反馈系数

kf

C1

60

1

C2

300

5

（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

7

其中

n1

C1

60

1

C1

C2

300

60

6

n2

C2

300

5

C1

C2

300

60

6

gie

n12

gi

n12

（gie

1）

1

2.1

0.058ms

25

10

36

goe

n22goe

20

13.9

s

36

&

1

&

，

（y

&

&

Vf

Vf

6Vf

V）nyV

n1

fei

2

fei

geo

1

C

1

60

0.035ms

Q0

L1005

所以，电路的起振条件为：

n1n2yfe

geo

goe

gie

yfe

1

（geo

goe

gie）

36（0.0350.0140.058）

0.77

n1n2

5

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

L1.5μH，要使振荡频率为49.5MHz，则C4应调到何值？

题3.14图

解：

（1）各元件的作用：

Rc、Rb1、Rb2、Re、Rf确定偏执工作点，Cb高频旁路电容使放大器为共基放大。

8

Ｌ、C1、C2、C3、C4组成振荡回路。

C1和C2构成反馈支路，提供正反馈。

Cp输出

耦合电容。

（2）振荡回路总电容C为

C

C1C2C3

C4

C2C3C1C3

C1C2

6.2303

C4

6.2

30

30

3

3

6.2

因为回路谐振频率要求为

49.5MHz，则

C

1

1

=6.899pF

f0）2L

（2

49.5

106）21.5

106

（2

所以

C4C

1.894

=6.899

1.894=5.005pF

3.15题3.15图所示的电容反馈振荡电路中，

C1

100pF，C2

300pF，L

。

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

Amin。

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

C1C2

100

300

C

300

75（pF）

C1C2

100

9

振荡频率

fosc

1

1

2.6（MHz）

LC

6.28

50106

2

751012

反馈系数

C1

100

1

kf

300

3

C2

Amin

1

维持振荡所必须的最小电压放大倍数

3

kf

3.16题3.16图所示振荡电路的振荡频率

fosc

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

C

8.2

8.2

20

8.2

4

3.3

15

2.2

12.6

8.2

20

8.2

20

8.2

15

2.2

25330

25330

0.8（μF）

L

502

12.6

fosc2C

3.17题3.17图所示是一电容反馈振荡器的实际电路，已知

C150pF，C2

100pF，

C310~260pF，要求工作在波段范围，即

f

10～20MHz，试计算回路电感

L和电容

C0。

设回路空载Q0100，负载电阻RL

500

，晶体管输入电阻Ri

500

，若要

求起振时环路增益AF3，问要求的跨导

gm必须为多大？

10

题3.17图

解：

因为

kd

fmax

Cmax

20

fmin

Cmin

2

10

所以

Cmax

kd2

4

Cmin

而

C

C1C2

C3

C0

C1

C2

C1C2

C3max

C0

Cmax

C1

C2

于是

4

代入已知数值得

Cmin

C1C2

C3min

C0

C1

C2

C0

40pF

Cmin

C1C2

C3min

C0

100

5010

40

250（pF）

C1

C2

100

50

3

L

25330

25330

0.76（H）

fmax2Cmin

2

250

20

3

Cmax

C1C2

C3max

C0

100

50

26040

1000

C1

C2

100

50

333（pF）

3

geo

1

Cmax

1

333

Q0

L

100

0.21ms

0.76

gL

1

1

2ms，

gi

1

1

2ms

RL

500

Ri

500

反馈系数

kf

C1

50

1

C1

C2

100

50

3

当Akf

3时，要求A

31

9

kf

11

而

A

gm

，

gi

gL

geo

其中

gin2gi

（

C1

）2gi

（

50

）2

2

2ms

C1C2

100

50

9

所以

gm

9（gi

gL

geo）

9

（2

20.21）

22ms

9

3.19题3.19图所示为克拉泼振荡电路。

已知L＝2μH，C1＝1000pF，C2=4000pF，C370pF,

Q0=100，RL

15k

，Cbe＝10pF，RE

500

，试估算振荡角频率

osc值，并求满

足起振条件时的

IEQmin。

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

C1

C3，C2

C3，因而振荡角频率

近似为

osc

1

84.25

106rad/s

LC3

已知

Re0

oscLQ0

16.9k

RL'RL//Re0

7.95k

，

C2'

C2

Cb'e

4010pF

求得

C1,2

C1

C2

'

C1

800.4pF

C2

n2

C3

0.08,RL"

n22RL'

50.88

C3

C1,2

C1

0.2，gi

1

1

1

IEQ

IEQ

gm

又n

C2'

RE

re

RE

VT

VT

C1

根据振幅起振条件，

1

g"L

IEQ

g"L

，求得IEQ

3.21mA。

gm

ngi，即

n（1

n）

n

VT

3.20在上题所示电路中，若调整工作点，使

IEQ=5mA，并将C3分别减小到

60pF、40pF，

12

调节L使

osc不变，设

Q0＝100，试问电路能否振荡？

解：

已知

1

1

1

1

gi

RE

re

re

gm，将起振条件改写为gm（1n）

ngL，由上题得

n

0.2。

IEQ

=192.31mS，据此求得起振时允许的最大

gL为

当IEQ=5mA时，

VT

gL

n（1

n）gm=30.77mS

当C3

60pF时，Re0

19.7k

RL

RL

//Re0

8.5k

，gL

（C3C1

2）2gL

22mS30.77mS，能起振。

C3

当C3

40pF时，Re0

29.58k，RL

9.95k

，

gL

43.48mS

30.77mS，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：

13

3.22晶体振荡电路如题

3.22图所示，已知1

1

1

2

，试分析电路能否产

L1C1

L2C2

生正弦波振荡；若能振荡，试指出

osc与

1、

2之间的关系。

题3.22图

解、电路的交流通路

若能振荡，osc与1、2之间的关系为

1

1

1

osc

2

L1C1L2C2

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。

14

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D1、D2

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，D1、

D2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。