高频电子线路杨霓清答案第三章-正弦波振荡器.doc

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
相位起振条件 （n=0,1,…）
(2) 平衡条件：
振幅平衡条件 AF=1
相位平衡条件 （n=0,1,…）
（3） 平衡的稳定条件：
振幅平衡的稳定条件
相位平衡的稳定条件
振幅起振条件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（n=0,1,…），它表明反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。
振幅平衡的稳定条件/<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/<0表示振荡回路的相移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==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。是由放大器的参数决定，除于工作点有关外，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、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。当时，平衡状态时放大器工作于乙类；当时，平衡状态时放大器工作于丙类；当时，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和反馈系数有关。
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（、分别为、回路的谐振频率），即回路呈容性，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，组成电容三点式振荡电路；
（f）可能产生振荡。当、(、分别为并联谐振回路、串联谐振回路的谐振频率)时，回路成容性，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，、、、为交流旁路电容或隔直流电容，为高频扼流圈，偏置电阻、、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）的管子发射结电容成为回路电容之一；（e）为电感是三点式振荡电路；（g），电路同时存在两种反馈，其中通过形成正反馈，通过R形成负反馈。由于串联振荡回路在其谐振频率上呈现最小的阻抗，正反馈最强，因而在上产生振荡。
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、、均为旁路电容或隔直流电容，、、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）中改为，改为，构成电容三点式振荡电路。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，消除对回路影响，加 和以保证基极交流接地并隔断电源电压；改为构成电容三点式振荡电路。
图（c）中改为，构成电容三点式电路；去掉原电路中的，保证栅极通过形成之流通路。
图（d）中反馈线中串接隔直电容隔断，使其不能直接加到基极上。
图（e）中改为串接电路，构成电容三点式振荡电路。
图（f）去掉，以满足相位平衡条件。
312 在题3.12图所示的三点式振荡电路中，已知L=1.3µH，=51pF，=2000pF，=100，=1k，=500。试问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
共基极电容三点式振荡器的起振条件

式中
因为 ，
所以
应大于时振荡器才能振荡。
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：，，。回路元件参数为300pF，60pF，5µH，
（1）画出振荡器的共射交流等效电路；
（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，设法求出等效到晶体管c、e两端的值）

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

振荡频率
反馈系数
（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

其中

，

所以，电路的起振条件为：

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1.5µH，要使振荡频率为49.5MHz，则应调到何值？

题3.14图
解：（1）各元件的作用：
、、、、确定偏执工作点，高频旁路电容使放大器为共基放大。Ｌ、、、、组成振荡回路。和构成反馈支路，提供正反馈。输出耦合电容。
（2）振荡回路总电容为

因为回路谐振频率要求为49.5MHz，则
所以
3.15 题3.15图所示的电容反馈振荡电路中，100pF，300pF，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。

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

振荡频率
反馈系数
维持振荡所必须的最小电压放大倍数
3.16 题3.16图所示振荡电路的振荡频率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
3.17题3.17图所示是一电容反馈振荡器的实际电路，已知50pF，100pF，10~260pF，要求工作在波段范围，即10～20MHz，试计算回路电感L和电容。设回路空载100，负载电阻500，晶体管输入电阻，若要求起振时环路增益3，问要求的跨导必须为多大？

题3. 17图
解：因为
所以
而
于是 代入已知数值得

，
反馈系数
当时，要求
而 ，
其中
所以
3.19题3.19图所示为克拉泼振荡电路。已知L＝2µH，＝1000pF，=4000pF，70pF, =100，，＝10pF，，试估算振荡角频率值，并求满足起振条件时的。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，，因而振荡角频率近似为

已知
，
求得

又 ，
根据振幅起振条件，，即，求得。
3.20 在上题所示电路中，若调整工作点，使=5mA，并将分别减小到60pF、40pF，调节L使不变，设＝100，试问电路能否振荡？
解：已知，将起振条件改写为，由上题得。
当=5mA时，=192.31mS，据此求得起振时允许的最大为

当时，
，，能起振。
当时，，，
，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：

3.22 晶体振荡电路如题3.22图所示，已知，试分析电路能否产生正弦波振荡；若能振荡，试指出与、之间的关系。

题3.22图
解、电路的交流通路

若能振荡，与、之间的关系为

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。

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、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，、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。
3.27 试求题3.27图所示串并联移相网络振荡器的振荡角频率及维持振荡所需
最小值的表示式。已知：（1）0.05µF，＝5k，＝10k；（2）＝＝10k，＝0.01µF，＝0.1µF。

题3.27图
解：因为串并联网络的传输特性

（式中=）
根据相位平衡条件，得

（1）已知，，，=
，得
所以
因为 ，
根据振幅起振条件，二反向放大器增益应大于3倍，即
，
所以
（2），，； =
所以
因为 ，
二级反向放大器总增益应大于13倍，求得
3.28 题3.28图所示文氏电桥电路音频振荡器的频率范围为20Hz～20kHz，共分为三挡。如果双链可变电阻器的阻值范围是1k~10k,试求、、的值，以及每挡的频率范围。

题3.28图
解： 因为
所以

每挡的频率范围为20kHz～2kHz，2kHz～200Hz，200Hz～20Hz。
3.29 试用振荡相位平衡条件判断题3.29图所示各电路能否产生正弦波振荡，为什么?

题3.29图
解：（a）不能，为负反馈；(b)不能，RC引入的是负反馈；(c)可以产生振荡；d)不能，RC引入的是负反馈；(e)可以；

3.30 在题3.30图中：
（1）判断电路是否满足正弦振荡的相位平衡条件。如不满足，修改电路连线使之满足（画在图上）
（2）在图示参数下能否保证起振条件？如不能，应调节哪个参数，调到什么值？
（3）起振以后，振荡频率应为多少？
（4）如果希望提高振荡频率，可以改变哪些参数，增大还是减小？
（5）如果要求改善输出波形，减小非线性失真，应调哪个参数，增大还是减小？

题3.30图
解：（1）电路不满足正弦振荡的相位平衡条件。修改后的电路为

（2）若使电路满足起振条件，应有，而在时，，
所以，图示基本放大器的电压增益应满足的条件；而
不满足起振条件；
为了满足起振条件，应调节参数，
（3）起振以后，振荡频率
（4）如果希望提高振荡频率，可以减小或的值。
（5）如果要求改善输出波形，减小非线性失真，增大的值。
3.31 在题3.31图中：
（1）要组成一个文氏电桥RC振荡器，图中电路应如何连接（在图中画出连线）？
（2）当10k,0.1µF时，估算振荡频率是多少(忽略负载效应)？

题3.31图
解：（1）要组成一个文氏电桥RC振荡器，电路连线如图示：

或

（2）当10k,0.1µF时，振荡频率

3.32 为了提高带负载能力，改善输出电压的波形，试在题3.31图电路中引入一个适当的负反馈，请画在图上。
解：为了提高带负载能力，改善输出电压的波形，电路中引入的负反馈如图所示

3.33一压控负阻振荡器如题3.33（a）图所示，并设负阻特性如题3.33（b）图所示。已知：负阻支架电容5pF，其他参数：3V，0.01µF，25pF，0.36µH，5k。
（1）画出直流等效电路，选择，以保证正确的工作点。
（2）画出交流等效电路，计算振荡频率和回路压降幅度。

题3.33图
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