實(shí)用的無(wú)線發(fā)射電路應(yīng)包括正弦波振蕩電路、調(diào)制電路、高頻功率放大電路和天線。
本章逐一討論振蕩電路、功放電路、天線等單元電路結(jié)構(gòu)、工作原理和特性,調(diào)制電路在第3章討論。
一、正弦波振蕩電路組成
X0-輸出正弦波電壓
Xf-反饋電壓,即放大電路的輸入電壓
接下來(lái)推導(dǎo)正弦波振蕩的平衡條件
電路達(dá)到穩(wěn)定后(即振蕩電路有穩(wěn)定的輸出)應(yīng)有:
反饋電壓等于:
由此求得:
稱為正弦波振蕩的平衡條件,表明正弦波振蕩電路形成穩(wěn)定輸出后,放大電路的放大倍數(shù)和反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)的乘積等于1。
是相量式 兩邊的模應(yīng)該相等,求得!
稱為幅值平衡條件
兩邊相位也應(yīng)該相等,得稱為相位平衡條件
根據(jù)上述兩個(gè)平衡條件可以導(dǎo)出正弦波振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定輸出所需要滿足的3個(gè)條件:
**(1)起振條件 **
振蕩電路接通電源以前以及剛接通電源時(shí)的輸出為零,這表明振蕩電路輸出電壓從零變化到穩(wěn)定值有一個(gè)逐漸升高的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程即為振蕩電路的起振。
起振過(guò)程中,輸出電壓不斷升高,反饋系數(shù)和放大倍數(shù)幅值的乘積就應(yīng)該大于1,即
稱為振蕩電路起振條件。
既要滿足平衡條件,又要滿足起振條件,有矛盾嗎?
放大倍數(shù)A是一個(gè)隨工作狀態(tài)變化的量,起振時(shí),放大電路工作于線性區(qū),A的數(shù)值較大,隨輸出電壓的增加,進(jìn)入非線性區(qū)域后,A的數(shù)值隨放大電路輸出信號(hào)振幅變化,振幅變大,A變小,穩(wěn)定時(shí)A滿足平衡條件,振幅趨于穩(wěn)定。
(2)形成正反饋
相位平衡條件式滿足時(shí),振蕩電路的反饋電壓就會(huì)形成正反饋
假設(shè)初始時(shí)刻放大電路輸入電壓的極性為“正”,如圖,經(jīng)過(guò)放大電路,產(chǎn)生相位移動(dòng)φA,經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)又產(chǎn)生相位移動(dòng)φF,因此所形成的反饋電壓與初始輸入電壓之間的相位差等于φA+ φF,根據(jù)相位平衡條件,兩者之和等于2π的整數(shù)倍,這表明反饋電壓和初始電壓相位相同,因此振蕩電路所形成的為正反饋。
**(3)必須有一個(gè)選頻的環(huán)節(jié) **
按照相位和振幅平衡條件,各種不同頻率的信號(hào)都可能在輸出端形成穩(wěn)定的輸出,這樣一來(lái),振蕩電路輸出的就不是正弦波電壓,而是各種頻率合成的振蕩信號(hào)。
為了獲得正弦波電壓輸出,就必須有一個(gè)選頻的環(huán)節(jié)。
高頻電子技術(shù)中用到多種選頻電路,我們以LC諧振回路為例進(jìn)行說(shuō)明。
LC并聯(lián)電路的特性曲線如下圖,(a)是LC并聯(lián)電路,(b)是幅頻特性曲線,(c)為相頻特性曲線。
(b)表示輸入信號(hào)頻率等于諧振頻率f0時(shí),回路表現(xiàn)為很高的阻抗:
用LC回路組成反饋選頻網(wǎng)絡(luò)
圖中只有頻率等于f0的正弦波信號(hào)才在LC回路兩端形成最大的輸出電壓,對(duì)其他頻率的信號(hào),LC回路是低阻抗,建立不起高的電壓,因此輸出端得到的就是頻率等于f0的正弦波電壓。
反饋電壓取自輸出電壓并進(jìn)行倒相,形成的是正反饋
二、正弦波振蕩電路主要性能指標(biāo)
高頻電子技術(shù)中主要通過(guò)以下三個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量正弦波振蕩電路的優(yōu)劣。
1、振蕩頻率
高頻電子技術(shù)所涉及的振蕩頻率都比較高,例如在獲得廣泛應(yīng)用的甚高頻至特高頻段,無(wú)線電波的頻率在30MHz至3000MHz之間。某種振蕩電路能否獲得應(yīng)用,決定于這個(gè)電路能否產(chǎn)生如此高頻的正弦波電壓輸出,因此振蕩電路的振蕩頻率自然就成為電路的重要特性指標(biāo)。
2、振蕩頻率的穩(wěn)定度
振蕩電路的頻率穩(wěn)定性常用穩(wěn)定度表示。若振蕩器頻率為f0,由于溫度變化等原因發(fā)生了Δf的變化,則用(Δf/ f0)×100%來(lái)表示穩(wěn)定度。實(shí)用上,頻率穩(wěn)定度又分短期穩(wěn)定度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度。頻率的突變一般由電源電壓或外界干擾變化引起,緩慢的頻率變化,則由環(huán)境溫度變化、元件參數(shù)變化所致。因此,表示振蕩電路穩(wěn)定度時(shí),有時(shí)用(Δf/ f0)/時(shí),即一小時(shí)內(nèi)頻率變化百分之幾;有時(shí)也用(Δf/ f0)/月,即一個(gè)月內(nèi)頻率變化百分之幾。
3、振蕩頻率的可調(diào)節(jié)性
無(wú)線通信時(shí),收發(fā)電路的頻率必須相等才會(huì)有較好的通信效果。在生產(chǎn)時(shí)卻很難做到這一點(diǎn),完全相同的設(shè)計(jì)圖紙所生產(chǎn)出來(lái)的發(fā)射或接收電路的頻率也可能有較大的差異。如果振蕩電路的頻率可以通過(guò)某個(gè)元件,例如可變電容來(lái)調(diào)節(jié),就可以方便地使發(fā)射電路和接收電路的頻率相等。可見(jiàn),一個(gè)振蕩電路的頻率是否可調(diào)、調(diào)節(jié)范圍多大、調(diào)節(jié)是否方便等也是振蕩電路的重要指標(biāo)之一。
三、振蕩電路的分類
常用的正弦波振蕩電路有以下5類,其中RC振蕩電路頻率過(guò)低,高頻電路中不使用,本章首先介紹LC振蕩電路、石英晶體諧振器振蕩電路和聲表面波諧振器振蕩電路。陶瓷諧振器組成的正弦波振蕩電路將在下一章介紹。
(1)RC振蕩電路
(2)LC振蕩電路
(3)石英晶體振蕩電路
(4)聲表面波諧振器振蕩電路
(5)陶瓷諧振器振蕩電路
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