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1、1.反馈型正弦波自激振荡器基本原理第1页/共80页 1.反馈型正弦波自激振荡器基本原理振荡的建立和起振条件(1).振荡的建立过程 在电源开关闭合的瞬间,存在各种电的扰动。突变的电流包含着许多谐波成分,它们通过LC谐振回路,在它两端产生电压,并通过互感耦合变压器反馈到基级回路,这是激励信号。起始振荡信号十分微弱,但是由于不断对它进行放大选频反馈再放大等多次循环,于是一个与振荡回路有频率相同的自激振荡便由小到大地建立起来。由于晶体管特性的非线性,振幅会自动稳定到一定的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。通信电子电路动画演示4-41.swf第2页/共80页 (2).起振条件 起振时uf ui,因此,振
2、荡器的起振条件为 物理意义:振幅起振条件要求反馈电压幅度要一次比一次大,而相位起振条件则要求环路保持正反馈。第3页/共80页(3)振荡器的平衡条件 所谓平衡条件是指振荡已经建立,为了维持自激振荡必须满足的幅度与相位关系。平衡时ufui,因此,振荡器的平衡条件为 在平衡条件下,反馈到放大管的输入信号正好等于放大管维持振荡所需要的输入电压,从而保持反馈环路各点电压的平衡。振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件第4页/共80页(4)振荡器的稳定条件 1.稳定平衡和不稳定平衡 通信电子电路动画演示4-71.swf 2.振幅稳定条件 在平衡点附近,放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率。3.相位
3、稳定条件 相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时,线路本身能重新稳定在原有频率上的条件。相位稳定条件是:相位特性曲线在工作频率附近的斜率是负的。通信电子电路动画演示4-81.swf第5页/共80页(5)对振荡三条件的讨论 1.三个条件都必须满足,缺一不可。在实际振荡电路中,必须满足起振和平衡条件,而稳定条件则是隐含在电路结构中。2.如果电路结构合理,只要满足起振条件,就能自动进入平衡状态,产生持续振荡。3.振荡器的分析可分为定性和定量两个方面。定性分析判断电路结构是否合理,包括电路中是否有选频网络,选频网络的相频特性是否为负斜率,电路中是否具有正反馈。定量分析仅需分析电路是否满足起振条件,由于起
4、振时,振荡管处于线性放大状态,且输入信号很微弱,可以采用微变等效电路的方法进行分析。第6页/共80页2.三点式LC振荡器(1).三点式LC振荡器组成法则(相位平衡条件)1.1.电路 LC回路引出三个端点,分别同晶体管的三个电极相连,分电容三点式和电感三点式两种。2.特点 射同集(基)反与射极相连的元件电抗性质相同,与集电极、基极相连的元件的电抗性质相反。第7页/共80页(2)电容三点式振荡器(考毕兹电路)1.电路通信电子电路动画演示4-91.swf通信电子电路动画演示4-101.swf反馈信号从哪取得?从电容C2两端取得,送回放大器输入端。能否满足自激振荡的相位平衡条件呢?满足“射同集(基)反
5、”第8页/共80页 2.反馈系数 3.振荡频率其中第9页/共80页(3)电感三点式振荡器(哈特莱电路)1.1.电路 通信电子电路动画演示4-121.swf2.反馈系数 3.振荡频率其中第10页/共80页参考练习 1.1.利用相位平衡条件,判断图示电路哪些可能振荡?属于哪种类型的振荡电路,并说明振荡条件。第11页/共80页 2.2.图示三回路振荡器的交流等效电路,假定有以下六种情况:1 1)L1C1L2C2L3C3 2 2)L1C1L2C2L3C3 5 5)L1C1L3C3L1C1 试问哪几种情况可能振荡?等效为哪种类型的振荡电路?其振荡频率与各回路的固有谐振频率之间有什么关系?第12页/共80
6、页3.串联改进型电容三点式振荡器(克拉泼电路)1.电路特点 把基本型的电容三点式振荡器集电极-基极支路的电感改用L-C串联回路代替。2.振荡频率 选择 ,时,振荡频率注意C的改变对输出电压的影响。(101页)第13页/共80页电容C对振荡电路的影响 课本101页推导 ,再利用 ,可得 可见,减小C来提高回路标准性是以牺牲环路增益为代价的。第14页/共80页并联改进型电容三点式振荡器(西勒电路)1.1.电路特点 除了采用两个容量较大的 C1、C2 外,主要是把基本型的电容反馈线路集电极-基极支路改用LC并联回路再与 C3串联。2.2.振荡频率第15页/共80页电容C对振荡电路的影响通信电子电路动
7、画演示4-181.swfn 和C 无关,当调节C 来改变振荡频率时,n不变。,再利用 ,可得 可见,当改变C时,n、L、Q都是常数,R仅随0一次方增长,易于起振。第16页/共80页4.石英晶体振荡器电路 并联型晶振电路并联型晶振电路晶体工作于晶体工作于略高于串联谐振频率略高于串联谐振频率f fss呈感性的频段(呈感性的频段(f fss f f 1时,包络出现过零点,上下包络不反映调制信号的变化,称为过调幅。第25页/共80页课堂练习 第26页/共80页 (3).调幅信号的频谱两点结论:1 1)调制的过程是实现频谱线性搬移的过程;2 2)载频仍保持调制前的频率和幅度,因此它没有反映调制信号信息,
8、只有两个边带携带了调制信号的信息。调幅信号的带宽 B2F 思考题:多音调制,已调波的频谱宽度 B?第27页/共80页 (4).调幅波的功率 载波功率 边频功率(上边频或下边频)因此,在调制信号一周期内,调幅信号的平均功率为 因为ma1,所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。调幅波中至少有2/3的功率不含信息,从有效地利用发射机功率来看,普通调幅波是很不经济的。第28页/共80页(5)抑制载波双边带调幅(DSB)为了克服普通调幅波效率低的缺点,提高设备的功率利用率,可以不发送载波,而只发送边带信号。单音调制时,DSB的表达式为 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍,即BDSB=
9、2Fmax。第29页/共80页波形特点:1 1)上下包络不再反映调制信号的变化形状;2 2)在调制信号为零的两旁,已调波的相位发生180180突变。第30页/共80页(6)抑制载波单边带调幅 上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息,可以只发送单个边带信号,称为单边带通信(SSB)。由通过边带滤波器后,可得上边带或下边带:下边带信号 上边带信号 其频带宽度BSSB=Fmax。第31页/共80页表5-1 三种调幅波时域、频域波形第32页/共80页2.普通调幅波的产生电路一、引言 1.1.叠加波调幅波 调幅波的共同之处是在调幅前后产生了新的频率分量,因此需要用非线性器件来完成频率变换。2.2.调
10、幅的方法 1 1)二、三极管 2 2)大、小信号 3 3)高、低电平 高电平调幅一般置于发射机的最后一级,是在功率电平较高的情况下进行调制。低电平调幅一般置于发射机的前级,再由线性功率放大器放大已调幅信号,得到所要求功率的调幅波。4 4)从哪个极加入(基极、集电极、发射极调幅)第33页/共80页(1)、大信号基极调幅电路 1.1.电路 2.2.基本工作原理 思路:u相当于一个缓慢变化的偏压,使icmax按调制信号的大小而变化,从而引起基波电流振幅Ic1m的变化,最后使得输出回路两端电压也跟随u变化。u第34页/共80页设计要求 (1 1 1 1)关于放大器的工作状态)关于放大器的工作状态 欠欠
11、压压状状态态,设设计计时时应应使使放放大大器器最最大大工工作作点点(调调幅幅波波幅值幅值最大处)处于临界状态。最大处)处于临界状态。(2 2 2 2)晶体管的选择)晶体管的选择 放放大大器器的的工工作作状状态态随随调调制制信信号号而而变变化化,应应根根据据最最困困难条难条件选管子。件选管子。I ICMCM(I Icmaxcmax)maxmax B BVVceoceo 2 2E Ecc P PCMCM (P PCC)c c 载载波波状状态态(传传送送语语言言或或音音乐乐信信息息的的休休止止时间)时间)集电极损耗功率集电极损耗功率 第35页/共80页(2)、集电极调幅电路 1.电路 电路特点:1)
12、Ecc=Ec+u,综合电源电压;2)R1、C1是基极自给偏压环节。u第36页/共80页 设计要点 (1)放大器的工作状态 最大工作点设计在临界状态,其余时间都处于过压状态。(2)晶体管的选择 ICM(Icmax)max BVceo 4Ec PCM(PC)av 图518 集电极瞬时电压波形第37页/共80页3 普通调幅波的解调电路 调幅波的解调又称为检波。(1 1).性能指标 检波效率(电压传输系数)检波效率定义为输出低频电压幅值与输入高频调幅波包络幅值之比。第38页/共80页 检波失真(非线性失真)线性失真:各频率成分的比例关系发生变化 非线性失真:产生新的频率分量 输入阻抗 检波器的Rin是
13、中频放大器的负载,影响中放性能。2.2.解调(检波):调制的逆过程 平方律检波:利用具有平方律特性的非线性器件;包络检波:从已调波的包络中提取调制信号,只适用普通调幅波;同步检波:利用与载波同频同相的本振信号与已调波相乘,适合各种调幅波。第39页/共80页(2)、大信号峰值包络检波(一)工作原理 1.1.大信号检波电路,利用二极管的单向导电性和检波负载RLC的充放电作用。特点:快充慢放 ui(t)uo(t)(导通),C充电,时间常数=CrD第40页/共80页 音频成分有用输出;高频滤去 直流成分隔直流电容滤去,可用于AGC(自动增益控制电路)。当输入信号很大时,设法把管子发射结偏压降低一些。(
14、二)检波效率()1.1.电路参数(cCRL、RL、rD)对 的影响 (1 1)一定RL下,cCRL(=)大,放电变慢,高;(2 2)一定cCRL下,RL大,充电加快,高;(3 3)rD小,充电快,高。(二).uo(t)的成分第41页/共80页 输入信号小,则检波二极管rD大,降低。(三)输入电阻(Rin)输入电阻定义为输入高频电压振幅对二极管电流中基波分量振幅的比值。设输入为高频等幅信号 ,相应输出为直流电压Uo,检波器从输入信号源获得的高频功率为经二极管变换作用,一部分转换为有用输出功率 由于V的导通时间很短,近似认为PLPi,而Uo Ucm,因此 2.信号强度对 的影响第42页/共80页(
15、四)检波失真 1.1.割底失真 (1 1)不产生割底失真的条件 设 ,则不产生割底失真的条件 ma愈大或检波器交直流负载电阻比值愈小,愈容易产生割底失真。第43页/共80页第44页/共80页 (2)改进电路 思路:减小交、直流负载电阻值的差别 常取 RL1/RL20.10.2第45页/共80页 2.对角线失真(放电失真,惰性失真)(1 1)失真原因 放电慢,包络线下降快。(2 2)不失真条件 C通过RL的放电速度大于或等于包络的下降速度。(3 3)易产生对角线失真的情况 放电慢 调制深,包络线下降快 周期短,包络线下降快第46页/共80页 七、第6章 角度调制与解调1.概述2.调角波的性质3.
16、调频信号的产生4.调频电路5.调频波的解调第47页/共80页1概述 1.非线性调制 任何一个简谐信号,总是由振幅、频率和相位三个基本参数来描述的。线性调制频谱的线性搬移(调幅)非线性调制:频率调制 相位调制 2.非线性调制中,瞬时频率和瞬时相位之间的关系 设载波 ,调制后 瞬时频率 瞬时相位 瞬时相位是瞬时频率的积分瞬时相位是瞬时频率的积分瞬时频率是瞬时相位的导数瞬时频率是瞬时相位的导数第48页/共80页6.1 概述第49页/共80页2.调角波的性质(1 1)调频及其数学表达式 1.1.定义 载波信号的瞬时频率随调制信号线性变化。Kf调频系数,是一个由调频电路决定的常数。瞬时相位 调频信号的数
17、学表达式第50页/共80页第51页/共80页 (2).参数 角频率的最大偏移(最大频偏)调频指数(最大相移)第52页/共80页(3)调相及其数学表达式 1.1.定义 载波信号的瞬时相位随调制信号线性变化。Kp调相系数,取决于调相电路。瞬时频率 调相信号的数学表达式 2.2.参数 角频率的最大偏移(最大频偏)调相指数(最大相移)第53页/共80页第54页/共80页表61 调频信号和调相信号比较(单音调制)调频信号调频信号调相信号调相信号瞬时频率瞬时频率瞬时相位瞬时相位最大频偏最大频偏最大相移最大相移数学表达数学表达式式第55页/共80页(4)调角波的频谱与有效频带宽度 讨论单音调制的情况 【1
18、1】.窄带调频(NBFM):mf1其中,这里,Jn(mf)是以mf为参数的n阶第一类贝塞尔函数,其值有曲线和函数表可查。B=2(mf+1)F=2(f+F)第57页/共80页【3】调角信号频谱与调制信号的关系 对于FM波 当mf1时,B=2(mf+1)F2f,由于f与F无关,所以B近似与F无关。因此,FM被称为恒定带宽调制。对于PM波 当mp1时,B2f,此时f=KpUm,与成正比,即PM信号的带宽随调制信号频率而近似线性变化。因此,在模拟调制时,除利用调相来获得FM信号外,很少采用PM调制。第58页/共80页(5).调角波的功率 单音调制时,因此,调角波的平均功率利用贝塞尔函数的性质,则调角波
19、的平均功率为 因此,调制的过程是一个信号功率重新分配的过程。第59页/共80页3.调频信号的产生一、调频方法 【1 1】.直接调频 调制信号直接控制决定振荡器振荡频率的某个参数,使振荡器瞬时频率随调制信号大小线性变化。直接调频的电路基础是一个振荡器电路。其优点是能够获得较大的频偏,缺点是频率稳定度较低。第60页/共80页 【2】.间接调频 间接调频就是利用调相来实现调频,其框图为 间接调频的振荡器和调制器是分开的,因此可以获得较高的频率稳定度。但受线性调制的限制,相移、最大频偏都较小,通常不能满足要求,因此需加倍频器,以扩展频偏。积分器积分器相位调制器相位调制器倍频器倍频器载波载波第61页/共
20、80页4。调频电路(1 1)变容二极管调频电路 1.1.变容二极管 利用PN结的势垒电容随反偏压大小而变化的特性而制成的一种半导体二极管,它是一种电压控制可变电抗元件。2.2.结电容与反向电压u的关系 其中,u0时的结电容,PN结的势垒电位差,变容指数,取决于PN结的工艺结构。第62页/共80页 (2).变容二极管调频原理 由于变容二极管接在振荡器回路中,其结电容成为回路电容的一部分。当调制电压u加在变容二极管上 使加在变容二极管上的反向电压受u控制;从而使得变容二极管的结电容Cd受u控制;则回路总电容C也要受u控制;最后使得振荡器的振荡频率受u控制,即瞬时频率随u的变化而变化。第63页/共8
21、0页 【1】变容二极管作为振荡回路总电容第64页/共80页 【2】变容管部分接入振荡回路(小频偏)C2的作用:使变容二极管部分接入振荡回路,提高中心频率的稳定性;由于C2的分压,加到变容二极管上的高频振荡电压也相应减小。问题:电容C1可不可以不加,为什么要加C1?因为高频电路中存在分布电容,加大C1提高稳定性,但频偏减小。第65页/共80页 分析思路:变容二极管上需加固定偏压及u;变容二极管是高频振荡电路的一部分。C2 对音频和直流容抗大,可看作开路。ZL 对音频和直流容抗忽略不计,可看作短路。【3】.变容二极管调频原理电路第66页/共80页音频时等效电路高频时等效电路第67页/共80页(3)
22、.晶体振荡器调频电路 1.1.调频原理 用调制信号控制变容二极管的结电容,以引起晶体等效电抗的变化,从而使振荡频率受调制信号控制。第68页/共80页 2.应用举例高频通路 第69页/共80页5.调频波的解调 实现鉴频的方法:1.1.将调频波通过频率-幅度变换网络变成幅度随瞬时频率变化的调幅调频波,再经包络检波器检出调制信号。2.2.将调频波通过频率-相位变换网络变成调频调相波,然后通过相位检波器检出调制信号。第70页/共80页(1)斜率鉴频器 1.1.斜率鉴频器的理论模型 2.2.单失谐回路斜率鉴频器 (1 1)电路形式与工作原理 调频调幅变换器实际上是一个以LCLC回路为负载的调谐放大器,但
23、回路失谐;波形变换原理:利用谐振回路对不同频率呈现不同阻抗的传输特性。第71页/共80页图627 斜率鉴频器的工作原理第72页/共80页 (2)鉴频特性分析 鉴频灵敏度的大小与变换器幅频特性f0处的斜率成正比斜率鉴频器;变换器幅频特性线性范围较窄,若要增大,就要降低LC回路的Q值,但又使鉴频灵敏度降低;对输入信号寄生调幅没有抑制作用。第73页/共80页 3.参差调谐鉴频器(双失谐回路斜率鉴频器)(1 1)电路 初级LC回路调谐在输入调频信号的中心频率fc上,次级上下两个回路分别调谐在f1和f2上。设f1fc,f2 fc时,Uo1Uo2,Uo为正值;f fc时,Uo1Uo2,Uo为负值。第74页
24、/共80页 (3)鉴频特性曲线第75页/共80页(2)相位鉴频器 相位鉴频器由两部分组成:将调频信号的瞬时频率变化变换到附加相移上的频相转换网络;检出附加相移变化的相位检波器。相位检波器又称鉴相器,有乘积型和叠加型两种实现电路。频相频相变换变换包络包络检波器检波器频相频相变换变换低通低通滤波器滤波器第76页/共80页 【1】.电感耦合相位鉴频器 (1 1)电路频相频相变换变换包络包络检波器检波器第77页/共80页 (2)工作原理变,U2对U1的相位差随变;检波器输入电压Ud1、Ud2的大小随变;每一检波器的输出电压Uo1、Uo2也随变;总的检波器输出电压Uo随变。第78页/共80页 【2】.电容耦合相位鉴频器第79页/共80页感谢您的观看!第80页/共80页