高频电子线路-第4章--习题答案

第4章正弦波振荡器4.1分析图P4.1所示电路，标明次级数圈的同名端，使之满足相位平衡条件，并求出振荡频率。[解](a)同名端标于二次侧线圈的下端60126110.87710Hz0.877MHz2π2π3301010010fLC(b)同名端标于二次侧线的圈下端6061210.77710Hz0.777MHz2π1401030010f(c)同名端标于二次侧线圈的下端6061210.47610Hz0.476MHz2π5601020010f4.2变压器耦合LC振荡电路如图P4.2所示，已知360pFC，280μHL、50Q、20μHM，晶体管的fe0、5oe210SG，略去放大电路输入导纳的影响，试画出振荡器起振时开环小信号等效电路，计算振荡频率，并验证振荡器是否满足振幅起振条件。[解]作出振荡器起振时开环Y参数等效电路如图P4.2(s)所示。略去晶体管的寄生电容，振荡频率等于061211Hz=0.5MHz2π2π2801036010fLC略去放大电路输入导纳的影响，谐振回路的等效电导为5661121042.7μS502π0.51028010eoeoeoGGGGSSQL由于三极管的静态工作点电流EQI为12100.712330.6mA3.3kEQVI所以，三极管的正向传输导纳等于/0.6/260.023SfemEQTYgIUmAmV因此，放大器的谐振电压增益为omuoeiUgAGU而反馈系数为foUjMMFjLLU这样可求得振荡电路环路增益值为60.023203842.710280megMTAFGL由于T1，故该振荡电路满足振幅起振条件。4.3试检查图P4.3所示振荡电路，指出图中错误，并加以改正。[解](a)图中有如下错误：发射极直流被fL短路，变压器同各端标的不正确，构成负反馈。改正图如图P4.3(s)(a)所示。(b)图中有如下错误：不符号三点式组成原则，集电极不通直流，而CCV通过L直接加到发射极。只要将1C和L位置互换即行，如图P4.3(s)(b)所示。4.4根据振荡的相位平衡条件，判断图P4.4所示电路能否产生振荡？在能产生振荡的电路中，求出振荡频率的大小。[解](a)能；6012610.1910Hz0.19MHz47002π10300102f(b)不能；(c)能；6012610.42410Hz0.424MHz2π47010(100200)10f4.5画出图P4.5所示各电路的交流通路，并根据相位平衡条件，判断哪些电路能产生振荡，哪些电路不能产生振荡(图中BC、EC、CC为耦合电容或旁路电容，CL为高频扼流圈)。[解]各电路的简化交流通路分别如图P4.5(s)(a)、(b)、(c)、(d)所示，其中(a)能振荡；(b)能振荡；(c)能振荡；(d)不能振荡。4.6图P4.6所示为三谐振回路振荡器的交流通路，设电路参数之间有以下四种关系：(1)112233LCLCLC；(2)112233LCLCLC；(3)112233LCLCLC；(4)112233LCLCLC。试分析上述四种情况是否都能振荡，振荡频率与各回路的固有谐振频率有何关系？[解]令010203112233111,,2π2π2πfffLCLCLC(1)112233LCLCLC，即010203fff当01ff时，1X、2X、3X均呈感性，不能振荡；当0102fff时，1X呈容性，2X、3X呈感性，不能振荡；当0203fff时，1X、2X呈容性，3X呈感性，构成电容三点式振荡电路。(2)112233LCLCLC，即010203fff当03ff时，1X、2X、3X呈感性，不能振荡；当0302fff时，3X呈容性，1X、2X呈感性，构成电感三点式振荡电路；当0201fff时，2X、3X呈容性，1X呈感性，不能振荡；当01ff时，1X、2X、3X均呈容性，不能振荡。(3)112233LCLCLC即010203fff当0102()fff时，1X、2X、3X均呈感性，不能振荡；当010203()ffff时，1X、2X呈容性，3X呈感性，构成电容三点式振荡电路；当03ff时，1X、2X、3X均呈容性，不振荡。(4)112233LCLCLC即010203fff0203()fff时，1X、2X、3X均呈感性；020301()ffff时，2X、3X呈容性，1X呈感性；01ff时，1X、2X、3X均呈容性，故此种情况下，电路不可能产生振荡。4.7电容三点式振荡器如图P4.7所示，已知LC谐振回路的空载品质因数60Q，晶体管的输出电导5oe2.510SG，输入电导3ie0.210SG，试求该振荡器的振荡频率0f，并验证CQ0.4mAI时，电路能否起振？[解](1)求振荡频率0f，由于12123001000pF=231pF3001000CCCCC所以061211Hz=1MHz2π2π1101023110fLC(2)求振幅起振条件66122261222261332120.4/26S=0.0154S26112410S/6011010/231103001000241040.6μS10001300120010//10001210//3610mCQpppieieBBgIGSQLCCCGGSCCGGCRR33162S28μS1/1/210S0.510S500μS(40.62850025)μS594μS0.01543007.81594101000ccepiecoemeGRGGGGGgCTGC故满足振幅起振条件。4.8振荡器如图P4.8所示，它们是什么类型振荡器？有何优点？计算各电路的振荡频率。[解](a)电路的交流通路如图P4.8(s)(a)所示，为改进型电容三点式振荡电路，称为克拉泼电路。其主要优点是晶体管寄生电容对振荡频率的影响很小，故振荡频率稳定度高。061211Hz=2.25MHz2π2π501010010fLC(b)电路的交流通路如图P4.8(s)(b)所示，为改进型电容三点式振荡电路，称为西勒电路。其主要优点频率稳定高。061213.3pF=4.86pF1112.28.21511Hz=9.6MHz2π2π57104.8610CfLC4.9分析图P4.9所示各振荡电路，画出交流通路，说明电路的特点，并计算振荡频率。[解](a)交流通路如图P4.9(s)(a)所示。606121125pF=30.83pF1111510551=12.8210Hz=12.82MHz2π51030.8310Cf电容三点振荡电路，采用电容分压器输出，可减小负载的影响。(b)交流通路如图P4.9(s)(b)所示，为改进型电容三点式LC振荡电路(西勒电路)，频率稳定度高。采用电容分压器输出，可减小负载的影响。6061211pF=38.625pF11111200200511005.11=9.0610Hz=9.06MHz2π81038.62510Cf4.10若石英晶片的参数为：q4HL，3q6.310pFC，o2pFC，q100r，试求(1)串联谐振频率sf；(2)并联谐振频率pf与sf相差多少？(3)晶体的品质因数Q和等效并联谐振电阻为多大？[解](1)6312111.00310Hz=1.003MHz2π2π46.31010sqqfLC(2)31261206.3101011111.00310210qpssCfffC31.5810Hz=1.58kHz(3)652π2π1.0031042.5210100qsqqqLfLQrr202200003126312126.310104631063M(26.310)10210100qqqqpqqqqLLCCLCCRCCrCrCCCr4.11图P4.11所示石英晶体振荡器，指出他们属于哪种类型的晶体振荡器，并说明石英晶体在电路中的作用。[解](a)并联型晶体振荡器，石英晶体在回路中起电感作用。(b)串联型晶体振荡器，石英晶体串联谐振时以低阻抗接入正反馈电路。[解]该电路的简化交流通路如图P4.12(s)所示，电路可以构成并联型晶体振荡器。若要产生振荡，要求晶体呈感性，11LC和22LC呈容性。所以201fff。4.12画出图P4.12所示各晶体振荡器的交流通路，并指出电路类型。[解]各电路的交流通路分别如图P4.13(s)所示。4.13图P4.13所示为三次泛音晶体振荡器，输出频率为5MHz，试画出振荡器的交流通路，说明LC回路的作用，输出信号为什么由2V输出？[解]振荡电路简化交流通路如图P4.14(s)所示。LC回路用以使石英晶体工作在其三次泛音频率上。2V构成射极输出器，作为振荡器的缓冲级，用以减小负载对振荡器工作的影响，可提高振荡频率的稳定度。4.14试用振荡相位平衡条件判断图P4.15所示各电路中能否产生正弦波振荡，为什么？[解](a)放大电路为反相放大，故不满足正反馈条件，不能振荡。(b)1V为共源电路、2V为共集电路，所以两级放大为反相放大，不满足正反馈条件，不能振荡。(c)差分电路为同相放大，满足正反馈条件，能振荡。(d)通过RC选频网络构成负反馈，不满足正弦振荡条件，不能振荡。(e)三级RC滞后网络可移相180，而放大器为反相放大，故构成正反馈，能产生振荡。4.15已知RC振荡电路如图P4.16所示。(1)说明1R应具有怎样的温度系数和如何选择其冷态电阻；(2)求振荡频频率0f。[解](1)1R应具有正温度系数，1R冷态电阻215k2R(2)03611971Hz2π2π8.2100.0210fRC4.16RC振荡电路如图P4.17所示，已知110kR，CCEE12VVV，试分析2R的阻值分别为下列情况时，输出电压波形的形状。(1)210kR；(2)2100kR；(3)2R为负温度系数热敏电阻，冷态电阻大于20k；(4)2R为正温度系数热敏电阻，冷态电阻值大于20k。[解](1)因为21123RR停振，0ou；(2)因为211001111310RR，输出电压为方波；(3)可为正弦波；(4)由于2113RR，却随ou增大越大于3，故输出电压为方波。4.17设计一个频率为500Hz的RC桥式振荡电路，已知0.047μFC，并用一个负温度系数20k的热敏电阻作为稳幅元件，试画出电路并标出各电阻值。[解]可选用图P4.17电路，因没有要求输出幅度大小，电源电压可取CCEE10VVV。由于振荡频率较低，可选用通用型集成运放741。由012πfRC确定R的值，即60116.8k2π2π5000.04710RfC由2113RR可确定1R的值，即2120k10k22RR可根据输出幅度的大小，选择小于10k的电阻，1R取小值，输出幅度可增大。现取16.8kR。4.18图4.5.4所示RC桥式振荡电路中，210kR，电路已产生稳幅正弦波振荡，当输出电压达到正弦波峰值时，二极管的正向压降约为0.6V，试粗略估算输出正弦波电压的振幅值omU。[解]稳幅振荡时电路参数满足113FRR，即1228.2k16.4kFR