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第3章_正弦波振荡器.doc

第3章_正弦波振荡器

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2011-07-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第3章_正弦波振荡器doc》,可适用于高等教育领域

正弦波振荡器典型例题分析一、选择题(将一个正确选项前的字母填在括号内).在自激振荡电路中下列哪种说法是正确的(C)A.LC振荡器、RC振荡器一定产生正弦波B.石英晶体振荡器不能产生正弦波C.电感三点式振荡器产生的正弦波失真较大D.电容三点式振荡器的振荡频率做不高.正弦振荡器中选频网络的作用是(A)A.产生单一频率的正弦波B.提高输出信号的振幅C.保证电路起振.在高频放大器中多用调谐回路作为负载其作用不包括(D)A.选出有用频率B.滤除谐波成分C.阻抗匹配D.产生新的频率成分.正弦波振荡器中正反馈网络的作用是(A)A.​ 保证产生自激振荡的相位条件B.​ 提高放大器的放大倍数使输出信号足够大C.​ 产生单一频率的正弦波.电容三点式LC正弦波振荡器与电感三点式LC正弦波振荡器比较优点是(B)A.电路组成简单B.输出波形好C.容易调节振荡频率D.频率稳定度高.如图所示电路以下说法正确的是(C)A.​ 该电路由于放大器不能正常工作不能产生正弦波振荡B.​ 该电路由于无选频网络不能产生正弦波振荡C.​ 该电路由于不满足相位平衡条件不能产生正弦波振荡D.​ 该电路满足相位平衡条件可能产生正弦波振荡.在波形上它的包络与调制信号形状完全相同的是(A)A.AMB.DSBC.SSBD.VSB.改进型电容三点式振荡器的主要优点是(C)A.容易起振B.振幅稳定C.频率稳定度较高D.减小谐波分量.如图所示电路以下说法正确的是(C)E.​ 该电路可以产生正弦波振荡F.​ 该电路不能产生正弦波振荡原因在于振幅平衡条件不能满足G.​ 该电路不能产生正弦波振荡原因在于相位平衡条件不能满足H.​ 该电路不能产生正弦波振荡原因在于振幅平衡、相位平衡条件均不能满足.如图所示为示波器测量正弦波波形参数的画面若“TIMEDIV”的指示值是μs则所测正弦波的频率为(B)A.kHzB.kHzC.kHzD.kHz.振荡器的相位平衡条件和振幅起振条件为(C)A.​ φT(ω)=nлT(jω)=B.​ φT(ω)=T(jω)=C.​ φT(ω)=nлT(jω)>.石英晶体谐振于fp时相当于LC回路的(B)A.串联谐振现象B.并联谐振现象C.自激现象D.失谐现象.判断下图是哪一类振荡器(C)A.考毕兹电路B.哈特莱电路C.西勒电路D.克拉泼电路.如图所示为示波器测量正弦波波形参数的画面若“VOLTSDIV”的指示值是V则所测正弦波的有效值(D)A.VB.VC.VD.V.石英晶体振荡器的主要优点是(C)A.容易起振B.振幅稳定C.频率稳定度高D.减小谐波分量、石英晶体谐振器工作在(A)时的等效阻抗最小。A)串联谐振频率fsB)并联谐振频率fp.C)串联谐振频率fs与并联谐振频率fp之间D)工作频率、(D)振荡器的频率稳定度高。A)互感反馈B)克拉泼电路C)西勒电路D)石英晶体二、填空题.石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电和反压电效应工作的其频率稳定度很高通常可分为串联型晶体振荡器和并联型晶体振荡器两种。.电容三点式振荡器的发射极至集电极之间的阻抗Zce性质应为容性发射极至基极之间的阻抗Zbe性质应为容性基极至集电极之间的阻抗Zcb性质应为感性。.反馈式振荡器的振荡平衡条件是 ∑Ф=nп 和  Uf=Ui  。三点式振荡器判别法则是Xbe和Xce电抗性质相同,Xcb和它们电抗性质相反 。、正弦振荡电路由有源器件、选频网络、限幅机构、稳幅机构组成。、AGC电路的作用是稳定电路的输出电平,AFC电路的作用是自动调整振荡器的频率使振荡器的频率稳定在某一预期的标准频率附近。三、简答题.试问仅用一只三用表如何判断电路是否振荡?解:由上一题分析可知通过测试三极管的偏置电压uBEQ即可判断电路是否起振。短路谐振电感令电路停振如果三极管的静态偏置电压uBEQ增大说明电路已经振荡否则电路未振荡。.一反馈振荡器若将其静态偏置电压移至略小于导通电压处试指出接通电源后应采取什么措施才能产生正弦波振荡为什么?解:必须在基极加一个起始激励信号使电路起振否则电路不会振荡。、检查下列电路能否产生振荡?若能振荡写出振荡类型不能振荡是何原因?(分)()()()()解:()不能振荡,因为晶体管b极e极短路,放大电路无法正常工作()​ 能振荡,是电感三点式振荡器()​ 不能振荡,不满足相位平衡条件()​ 不能振荡,不满足相位平衡条件.试问仅用一只三用表如何判断电路是否振荡?解:由上一题分析可知通过测试三极管的偏置电压uBEQ即可判断电路是否起振。短路谐振电感令电路停振如果三极管的静态偏置电压uBEQ增大说明电路已经振荡否则电路未振荡。.一反馈振荡器若将其静态偏置电压移至略小于导通电压处试指出接通电源后应采取什么措施才能产生正弦波振荡为什么?解:必须在基极加一个起始激励信号使电路起振否则电路不会振荡。四、计算题、().试画出石英谐振器的电路符号、等效电路以及电抗曲线并说明它在f<fs、f=fs、fs<f<fp、f>fp时的电抗性质。().石英晶片之所以能做成谐振器是因为它具有什么特性?().常用的石英晶体振荡电路有几种?(分)解:石英谐振器的电路符号、等效电路如下图(a)、(b)f<fs电抗呈容性f=fs电抗呈阻性fs<f<fp电抗呈感性f>fp电抗呈容性.石英晶片之所以能做成谐振器是因为它具有压电和反压电特性.常用的石英晶体振荡电路有串联型和并联型两种、石英晶体振荡电路如图所示:.​ 说明石英晶体在电路中的作用是什么?.​ Rb、Rb、Cb的作用是什么?.​ 电路的振荡频率f如何确定?(分)解:石英晶体在电路中的作用是作为短路元件只有当LC调谐回路谐振在石英晶体的串联谐振频率时该石英晶体呈阻性满足振荡器相位起振条件。.Rb、Rb的作用是基极偏置电阻Cb的作用是高频旁路电容.、某收音机中的本机振荡电路如图所示。.​ 在振荡线圈的初、次级标出同名端以满足相位起振条件.​ 试计算当L=μHC=pF时在可变电容C的变化范围内电路的振荡频率可调范围。(分)解:端和端为同名端.解得:C=~pFfo=~MHz.振荡器的振荡特性和反馈特性如图所示试分析该振荡器的建立过程并判断A、B两平衡点是否稳定。解:根据振荡器的平衡稳定条件可以判断出A点是稳定平衡点B点是不稳定平衡点。因此起始输入信号必须大于UiB振荡器才有可能起振。图                                 图.具有自偏效应的反馈振荡器如图所示从起振到平衡过程uBE波形如图所示试画出相应的iC和Ic波形。解:相应的和波形如图所示。图                                   图.振荡电路如图所示试分析下列现象振荡器工作是否正常:()图中A点断开振荡停振用直流电压表测得VB=VVE=V。接通A点振荡器有输出测得直流电压VB=VVE=V。()振荡器振荡时用示波器测得B点为余弦波且E点波形为一余弦脉冲。解:()A点断开图示电路变为小信号谐振放大器因此用直流电压表测得VB=VVE=V。当A点接通时电路振荡由图所示的振荡器从起振到平衡的过程中可以看出具有自偏效应的反馈振荡器的偏置电压uBEQ从起振时的大于零等于零直到平衡时的小于零(也可以不小于零但一定比停振时的uBEQ小)因此测得直流电压VB=VVE=V是正常的说明电路已振荡。()是正常的因为振荡器振荡时ube为余弦波而ic或ie的波形为余弦脉冲所示E点波形为一余弦脉冲。.振荡电路如图所示试画出该电路的交流等效电路标出变压器同名端位置说明该电路属于什么类型的振荡电路有什么优点。若L=μHC=pFC的变化范围为~pF求振荡器的最高和最低振荡频率。                                                    图 解:画交流通路时只需将耦合电容、旁路电容短路电源接地即可如图所示。根据振荡器相位平衡条件变压器的同名端标注的位置见图。该电路属于共基调射型变压器反馈式振荡器具有结构简单、易起振、输出幅度较大、调节频率方便、调节频率时输出幅度变化不大和调整反馈时基本上不影响振荡频率等优点。因为(pF)(pF)所以振荡器的最高振荡频率和最低振荡频率分别为(MHZ)(MHZ).试将图所示变压器耦合反馈式振荡器交流通路画成实际振荡电路并注明变压器的同名端。解:参考的实际振荡电路如图所示。.试从振荡的相位平衡条件出发分析如图所示的各振荡器的交流通路中的错误并说明应如何改正。解:图(a)为反馈式振荡器同名端位置错误。图(b)、(c)、(d)、(e)、(f)为三点式振荡器不满足三点式振荡器组成原则。改正后的交流通路(参考)如图所示。                                                        图                                                       图.电路如图所示已知L=μHL=μHM=μHC=pF。()画出其交流通路(偏置电路和负载电路可不画出)并用相位条件判别该电路能否振荡。图中电容CB、CE、CC和CL为隔直、耦合或旁路电容。()电路如能振荡试指出电路类型并计算振荡器的振荡频率f。()说明图中L在电路中的作用。解:()交流通路如图所示。该电路满足相位平衡条件有可能振荡。()电路类型为电感三点式振荡器其振荡频率为()图中L为高频扼流圈对直流提供通路可接近短路对交流接近开路从而减小这一支路对谐振回路的影响。                       图                                图.画出图所示振荡器的交流通路指出电路的振荡类型并估算其振荡频率。图解:交流通路如图所示。该电路为改进型电容三点式振荡器(西勒振荡器)。(pF)(MHZ)                     图                                      图.图为三谐振回路振荡器的交流通路设三回路的谐振频率分别为f、f和f。试分析在电路参数满足下述关系的情况下该电路能否振荡?若能振荡则属于哪种类型的振荡器?比较其振荡频率f与f、f、f的大小。()LC>LC>LC()LC=LC<LC()LC>LC>LC。解:()能振荡属电容三点式振荡器。因为LC>LC>LC则f<f<f当f<f<f<f时LC回路、LC回路都呈容性LC呈感性因此电路能振荡。()能振荡属电感三点式振荡器。因为LC=LC<LC则f=f>f当f=f>f>f时LC回路、LC回路都呈感性LC呈容性因此电路能振荡。()不能振荡。.试分析影响LC振荡器频率稳定度的原因及稳频措施。解:()影响振荡器振荡频率变化的原因:温度、湿度、电源电压、负载的变化以及机械振动、元件器的老化、周围磁场等都会使振荡频率发生变化而温度是其中最重要的因素。这是因为LC振荡器的振荡频率主要取决于振荡回路的参数:电感L、电容C、品质因数Qe和串联损耗电阻r(其中主要的是L、C)而管子的参数和寄生参数对振荡频率也有一定的影响。此外电路中任一相位的变化(主要回路相位φ的变化)也会使振荡频率发生变化。因此温度、湿度、电源电压、负载的变化以及机械振动、元件器的老化、周围磁场等外部因素都有可能引起决定振荡频率的回路元件参数(L、C、Qe、r)、管子的参数和相位(主要回路相位φ的变化)的变化从而使振荡频率发生变化后者是引起频率不稳定的内因。()稳频措施为一是减少外界因素的变化。例如将振荡器或回路元件置于恒温槽内来减小温度的变化采用密封工艺来减小湿度的变化采用高稳定的稳压电源来减小电源电压的变化采用减振装置来减小机械振动采用屏蔽罩来减小周围磁场的影响在振荡器与负载之间插入跟随器来减小负载变化等。二是合理选择元器件。例如选择fT高且性能稳定可靠的振荡管不但有利于起振(因在振荡频率上β较高)而且由于极间电容小相移小使振荡频率更接近回路的固有谐振频率有利于提高频率稳定度选择温度系数小、Q值高的回路电感L(如在高频瓷骨架上用烧渗银法制成的电感)和电容C一方面使L和C在温度改变时变化很小振荡频率的变化也很小另一方面由于Q值高其频率稳定度也高采用贴片元器件可减小分布参数的影响有利于振荡频率的稳定。此外L一般具有正温度系数若选用适当负温度系数的电容(如陶瓷电容器)进行温度补偿就可以使温度改变时振荡频率的变化大大减小。为了防止元器件老化带来的振荡频率变化在组装电路前应对元器件进行老化处理。三是合理设计振荡电路。例如减小管子与回路之间的耦合如采用部分接入法可有效减小管子参数和分布参数对回路的影响使回路电感和电容变化小且Q值下降很少起到稳定振荡频率的作用适当增加回路总电容可减小管子的输入、输出电容在总电容中的比重从而提高回路总电容的稳定性则频率的稳定度也提高了采用稳定静态工作点的偏置电路可减小振荡管参数和工作状态的变化也可使振荡频率的变化减小。.振荡电路如图所示已知L=μHQ=C=pFC=pFC为可变电容且调节范围为~pF试求振荡器振荡频率f的变化范围。解:此电路为克拉泼振荡器。图(MHZ)(MHZ).石英晶片的参数为:Lq=HCq=×-pFC=pFrq=Ω求:()串联谐振频率fs。()并联谐振频率fp与fs相差多少并求它们的相对频差。解:()(MHZ)()(MHZ)fp-fs=-=(MHZ)=(kHZ)或(kHZ)相对频差为.如图所示电路为五次泛音(晶体基频为MHZ)晶体振荡器输出频率为MHz。()试画出振荡器的交流等效电路()说明LC回路的作用()输出信号为什么要由V输出。                  图                                     图解:()振荡器的交流通路如图所示。()此电路为并联型晶体振荡器晶体等效为一个大电感。由L和C组成的并联谐振回路其谐振频率为(MHZ)晶体的基频为MHZ则振荡器若振荡在其五次泛音即MHZ频率上此时LC回路呈容性符合振荡器的相位平衡条件。()输出信号由V的射极输出是利用V组成的射极输出器起到隔离负载对电路影响的作用。.晶体振荡电路如图所示已知试分析电路能否振荡若能振荡试指出振荡频率f与f、f之间的关系。解:能振荡。晶体振荡电路的交流通路如图所示可见此电路如能振荡一定为并联型晶体振荡器即晶体等效为电感LC并联回路呈容性LC串联回路也必须呈容性。这就要求f>f>f。                                    图                            图.试分析图所示电路能否产生正弦波振荡?若能产生振荡其振荡频率是多少?图解:在图(a)所示电路中LC串联网络接在运放的输出端与同相输入端之间引入反馈。当f等于LC串联网络的谐振频率时其阻抗最小且呈纯电阻特性电路将引入较深的正反馈。调节R当正反馈作用强于R引入的负反馈作用时电路将产生正弦振荡。振荡频率为图(b)所示电路中LC并联网络引入负反馈但是还有电阻R接在运放输出端与同相输入端之间引入正反馈。对于频率等于LC并联谐振频率f的信号该网络发生并联谐振阻抗最大负反馈作用被削弱若其作用比R引入的正反馈弱电路就可以产生正弦振荡。其振荡频率为.试判断图所示各RC振荡电路中哪些能振荡哪些不能振荡并改正错误使之能振荡。图解:由于一节RC移相网络移相不超过°三节RC移相网络移相不超过°。因此图(a)电路不能振荡同相放大器加小于°相移不满足相位平衡条件改正后见图(a)图(b)电路可能振荡V发射极的输出电压与V基极的电压反相三节RC移相网络可移相°满足相位平衡条件图(c)电路不能振荡差分对管组成同相放大器三节RC移相网络的相移小于°不满足相位平衡条图件改正后见图(c)图(d)电路不能振荡RC串并联网络在时的相移为°必须与同相放大器一起才可构成振荡器而VV组成反相放大器可见电路不能振荡改正后见图(d)。.如图所示电路为RC文氏电桥振荡器要求:()计算振荡频率f。()求热敏电阻的冷态阻值。()Rt应具有怎样的温度特性。解:()kHZ图()由起振条件可知运放构成的同相放大器的增益Au必须大于即Rf>Rt也就是要求热敏电阻的冷态电阻Rt应小于kΩ。()Rt应具有随温度升高其阻值增大的温度特性即Rt为正温度系数的热敏电阻。这是因为振荡器起振后随着振荡幅度的增大Rt上消耗的功率增大致使其温度升高阻值相应地增大放大器的增益Au随之减小直到Rt=Rf(或Au=)时振荡器才可以进入平衡状态。.如图所示RC桥式振荡器的振荡频率分为三挡可调在图中所给的参数条件下求每挡的频率调节范围(设RP、RP阻值的变化范围为~kΩ)并说明场效应管V的作用。解:()由图可知第一挡R=~kΩC=μF频率调节范围为(kHZ)(kHZ)第二挡R=~kΩC=μF频率调节范围为(kHZ)(kHZ)同理第三挡R=~kΩC=μF频率调节范围为(kHZ)(kHZ)图()此电路是利用场效应管进行稳幅的文氏电桥振荡器。由于场效应管工作在变阻区时它的漏源电阻RDS是一个受UGS控制的可变电阻因此可利用场效应管的可变电阻特性进行稳幅。图中场效应管V的RDS和R串联代替图中的Rf负反馈支路由Rp和RDS、R组成。输出电压经二极管V整流和R、C滤波后再通过R和Rp为场效应管提供一个与振荡幅度成比例的负栅压UGS适当调节Rp可保证场效应管工作在变阻区。当振荡振幅增大时|UGS|也随之增大(或UGS减小)管子的RDS增大负反馈增强放大倍数Au减小反之当振荡幅度减小时RDS也减小负反馈减弱Au增大。这样就达到稳幅的目的。

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