任务任务4 4 调幅接收机变频电路制作调幅接收机变频电路制作了解正弦波振荡器组成；会分析振了解正弦波振荡器组成；会分析振荡器的起振、平衡和稳定条件；掌握三荡器的起振、平衡和稳定条件；掌握三点式振荡电路形式和特点；理解石英晶点式振荡电路形式和特点；理解石英晶体振荡器的电抗特性，了解晶体振荡器体振荡器的电抗特性，了解晶体振荡器的电路组成结构、类型和特点。的电路组成结构、类型和特点。要 求 ：任务任务4 4 调幅接收机变频电路制作调幅接收机变频电路制作v正 弦 波 振 荡 器 组 成 及 工 作 条 件正 弦 波 振 荡 器 组 成 及 工 作 条 件v幅 度 条 件 和 相 位 条 件幅 度 条 件 和 相 位 条 件v三 点 式 振 荡 电 路三 点 式 振 荡 电 路v石 英 晶 体 振 荡 器石 英 晶 体 振 荡 器知识点：vL C 振 荡 器 的 分 析振 荡 器 的 分 析v石 英 晶 体 振 荡 器 的 应 用石 英 晶 体 振 荡 器 的 应 用重点和难点学习情境一学习情境一LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 仿真目的仿真目的 图4-1 LC正弦波振荡器电路图 学习情境一学习情境一LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 仿真电路仿真电路如图如图4-14-1所示为所示为LCLC正弦波振荡器电路图正弦波振荡器电路图。 如图如图4-24-2、图、图4-34-3所示分别为所示分别为LCLC正弦波振荡器振荡频率显示图正弦波振荡器振荡频率显示图和和LCLC正弦波振荡器电路波形图。正弦波振荡器电路波形图。图4-2 LC正弦波振荡器振荡频率显示图学习情境一学习情境一LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器图4-3 LC正弦波振荡器电路波形图学习情境一学习情境一LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器学习情境一学习情境一LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 测试内容测试内容 4. 4.测试测试LCLC振荡器的频率稳定度，振荡器的频率稳定度，即研究电源电压和负载变化对振即研究电源电压和负载变化对振荡器频率稳定度的影响。荡器频率稳定度的影响。 1. 1.测试振荡器各元件的作用，测试振荡器各元件的作用，即短路（或开路）该元件，观察即短路（或开路）该元件，观察振荡器的工作情况。振荡器的工作情况。 3. 3.研究研究LCLC振荡器的静态工作点、振荡器的静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影反馈系数以及负载对振荡器的影响。响。 2. 2.进行进行LCLC振荡器波段工作研究，振荡器波段工作研究，即测试振荡器在多宽的频率范围即测试振荡器在多宽的频率范围内能平稳工作。内能平稳工作。学习情境二石英晶体振荡器学习情境二石英晶体振荡器u 仿真目的仿真目的掌握晶体振荡器的基本工作原理；掌握晶体振荡器的基本工作原理；研究外界条件（电源电压、负载变化）对振荡器研究外界条件（电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响；频率稳定度的影响；比较比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。 图4-4 石英晶体振荡器电路图 学习情境二石英晶体振荡器学习情境二石英晶体振荡器u 仿真电路仿真电路如图如图4-44-4所示为石英晶体振荡器电路图。提示：晶体不需外接负载电容所示为石英晶体振荡器电路图。提示：晶体不需外接负载电容（因负载电容和晶体组成一模块）。（因负载电容和晶体组成一模块）。图4-5 石英晶体振荡器振荡频率显示图学习情境二石英晶体振荡器学习情境二石英晶体振荡器图4-6 石英晶体振荡器电路波形图学习情境二石英晶体振荡器学习情境二石英晶体振荡器学习情境二石英晶体振荡器学习情境二石英晶体振荡器u 测试内容测试内容3.改变改变4 4电容值、改变反馈系数观察振荡器的情况。电容值、改变反馈系数观察振荡器的情况。2在直流电源上叠加微变交流电压，观察振荡器的频率稳在直流电源上叠加微变交流电压，观察振荡器的频率稳定度。定度。 1熟悉振荡器各元件的作用。熟悉振荡器各元件的作用。学习情境二石英晶体振荡器学习情境二石英晶体振荡器知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于这种转换电路不需外加激励信号，就能自行产生别在于这种转换电路不需外加激励信号，就能自行产生具有一定频率、波形和振幅的交流信号。具有一定频率、波形和振幅的交流信号。根据所产生的波形不同，可将振荡器分为正弦波振根据所产生的波形不同，可将振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波；后荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波；后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。本任务仅介绍正者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。本任务仅介绍正弦波振荡器。弦波振荡器。知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理正弦波振荡器在电子技术领域中应用广泛。例如在无线发送设正弦波振荡器在电子技术领域中应用广泛。例如在无线发送设备中，用正弦波振荡器产生运载信息的载波；在超外差式接收机中，备中，用正弦波振荡器产生运载信息的载波；在超外差式接收机中，产生作为接收信号变频或解调时所需的本地振荡信号；在电子测量产生作为接收信号变频或解调时所需的本地振荡信号；在电子测量仪器中，产生正弦波的基准信号源等。仪器中，产生正弦波的基准信号源等。常用的正弦波振荡器是常用的正弦波振荡器是“反馈型振荡器反馈型振荡器”，主要有振荡器、振，主要有振荡器、振荡器和晶体振荡器等类型。其中振荡器和晶体振荡器用于产生高频荡器和晶体振荡器等类型。其中振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波，振荡器用于产生低频正弦波。另外一类是正弦波，振荡器用于产生低频正弦波。另外一类是“负阻型振荡器负阻型振荡器”，它是利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波，主要用于微波，它是利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波，主要用于微波通信领域。通信领域。任何一种反馈式正弦波振荡器，至少应包括以下三个组成部分。任何一种反馈式正弦波振荡器，至少应包括以下三个组成部分。1. 放大电路放大电路。自激振荡器不但要对外输出功率，而且还要通过反馈网络，供给自身的输入激励信号功率。因此，必须有功率增益。当然，能量的来源与放大器一样，是由直流电源供给的。2. 反馈、选频网络反馈、选频网络自激振荡器必须工作在某一固定的频率上。一般在放大器的输出端接有一个决定频率的网络，即只有在指定的频率上，通过输出网络及反馈网络，才有闭环相移的正反馈，其它频率不满足正反馈的条件。 3. 稳幅环节稳幅环节自激振荡器必须能自行起振，即在接通电源后，振荡器能从最初的暂态过度到最后的稳态，并保持一定幅度的波形。知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理u 一振荡器的组成一振荡器的组成知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理高频电子技术研究无线电波的产生、发射、变换和接收，所涉高频电子技术研究无线电波的产生、发射、变换和接收，所涉及的振荡频率都比较高，例如在获得广泛应用的甚高频至特高频段，及的振荡频率都比较高，例如在获得广泛应用的甚高频至特高频段，无线电波的频率在无线电波的频率在30MHz至至3000MHz之间，某种振荡电路能否获得之间，某种振荡电路能否获得应用，决定于这个电路能否产生如此高频的正弦波电压输出，因此应用，决定于这个电路能否产生如此高频的正弦波电压输出，因此振荡电路的振荡频率自然就成为电路的重要特性指标。振荡电路的振荡频率自然就成为电路的重要特性指标。（ 1 ） 振 荡 频 率） 振 荡 频 率知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理无线收发系统对于振荡频率的稳定性有很高的要求。假如收发无线收发系统对于振荡频率的稳定性有很高的要求。假如收发系统所使用的无线电波频率为系统所使用的无线电波频率为433.0MHz，将发射电路和接收电路的，将发射电路和接收电路的频率都调整到频率都调整到433.0MHz，这样收发系统能正常地工作。现在，由于，这样收发系统能正常地工作。现在，由于发射电路环境温度升高了发射电路环境温度升高了20（例如从海面进入沙漠），如果发射（例如从海面进入沙漠），如果发射电路中振荡电路的频率稳定性很差，受温度变化的影响，发射电路电路中振荡电路的频率稳定性很差，受温度变化的影响，发射电路振荡频率升高了振荡频率升高了0.1%，即从，即从433.0MHz变化到变化到433.4MHz，这时接收，这时接收电路仍调谐于电路仍调谐于433.0MHz，接收电路可能根本无法接收无线电信号，接收电路可能根本无法接收无线电信号，即使能接收到，由于频率偏移，接收灵敏度下降，信号质量将很差，即使能接收到，由于频率偏移，接收灵敏度下降，信号质量将很差，收发系统的工作就不正常。一个振荡电路的频率稳定性可以用一定收发系统的工作就不正常。一个振荡电路的频率稳定性可以用一定温度范围内频率的相对变化量来表示，也可以用振荡频率的温度系温度范围内频率的相对变化量来表示，也可以用振荡频率的温度系数来表示。数来表示。（2）振荡频率的稳定度）振荡频率的稳定度知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理无线通信时，收发电路的频率必须相等才会有较好的通信效果。无线通信时，收发电路的频率必须相等才会有较好的通信效果。在生产时却很难做到这一点，完全相同的设计图纸所生产出来的发在生产时却很难做到这一点，完全相同的设计图纸所生产出来的发射或接收电路的频率也可能有较大的差异。如果振荡电路的频率可射或接收电路的频率也可能有较大的差异。如果振荡电路的频率可以通过某个元件，例如可变电容来调节，实现发射电路和接收电路以通过某个元件，例如可变电容来调节，实现发射电路和接收电路频率相等就容易做到。因此，一个振荡电路的频率是否可调，频率频率相等就容易做到。因此，一个振荡电路的频率是否可调，频率的调节是否方便也就成为高频电路中振荡电路的重要指标之一。的调节是否方便也就成为高频电路中振荡电路的重要指标之一。（3）振荡频率的可调节性）振荡频率的可调节性首先，假定振荡已经建立，下面研究电路应满足什么条件，才能维持振荡，即振荡器平衡条件。如图47所示中，用表示放大电路的放大倍数，用表示反馈系数，表示输出电压，表示反馈电压，也是放大电路的输入电压，根据电路的放大倍数的定义，在达到稳定后（即振荡电路有稳定的输出），则放大器 （4-1）反馈网络 （4-2）将式（4-2）代入式（4-1），可得（4-3）知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理u 二振荡的平衡条件和起振条件二振荡的平衡条件和起振条件上式称为正弦波振荡的平衡条件，表明正弦波振荡电路形成稳定输出后，放大电路的放大倍数和反馈网络的反馈系数的乘积等于1。式（4-3）是相量式，它包含两层意思，其一，等式（4-3）两边的模应该相等，即 （4-4）表明平衡时反馈系数和放大倍数幅值的乘积应等于1，这一式子称为幅值平衡条件。式（4-3）两边相位也应该相等，因此放大倍数的相位（即放大电路输出电压与输入电压之间的相位差）和反馈系数相位（即反馈电压与放大电路输出电压之间的相位差）之和应等于2的整数倍，即 （n为正整数） （4-5）知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理幅值平衡条件式（4-4）表明，假如振荡电路已经有一个稳定的输出，只要平衡条件式（4-4）满足，振荡电路就能维持该输出不变。现在的问题是振荡电路接通电源以前以及接通电源的瞬间，其输出为零，过了一段时间之后输出电压才达到稳定值，输出电压从零变化到稳定值显然有一个逐渐升高的过程，这个过程称为振荡电路的起振。起振过程中，输出电压不断升高，这时反馈系数和放大倍数幅值的乘积就不能等于1，而应该大于1，即 1 （4-6）知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理1. 振幅稳定条件振幅稳定条件在实际振荡电路中，不可避免地存在各种电的扰动，如电源电压、温度等外界因素的变化引起三极管和回路参数变化等。当振荡器达到平衡状态后，上述原因均可能破坏平衡条件，使电路频率发生变化或自激、停振等。如图4-8所示为电压增益曲线图。图中为放大器电压增益，1/为反馈系数的倒数。由于反馈系数与输入电压的大小无关，因此在图中为一平行于横座标的直线。当较小时，随着的增大，逐渐增大，这时晶体管工作在甲类状态；达到最大值后，又将随的增大而减小，此时晶体管工作在甲乙类状态。曲线与直线有两个交点，和点。在两个交点处，都是平衡点。在点，若增大，增大，1，振荡越来越强。反之，若减小，减小，1，振荡减弱。因此，是不稳定平衡点。在点，若增大，减小，1，于是振荡振幅减弱，又回到点；若减小，增大，这时1，于是振荡振幅自动增大，又回到点。因此，点是稳定平衡点。所以振幅稳定条件是：在稳定平衡点附近，随着的增加，减小。或者说，对的斜率是一负值。从以上分析可见，起振时应大于点对应的横轴，这样才能起振，并将平衡点建立在稳定的点。知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理u 三振荡的稳定条件三振荡的稳定条件图4-8 振幅稳定条件知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理2. 相位稳定条件相位稳定条件 由于电路中的扰动，暂时破坏了相位平衡条件，即由于电路中的扰动，暂时破坏了相位平衡条件，即 ，使振荡频，使振荡频率发生变化，当扰动离去后，振荡频率还能否回到原来的稳定频率点。率发生变化，当扰动离去后，振荡频率还能否回到原来的稳定频率点。 如图如图4-9所示为两种相频特性曲线，先研究图所示为两种相频特性曲线，先研究图4-9（a）的曲线。设）的曲线。设原来的振荡频率为，由于外界干扰引入时，频率提高到，频率的变化量为。原来的振荡频率为，由于外界干扰引入时，频率提高到，频率的变化量为。此频率变量，通过其负载的相频特性，引起的相位变量为。由此可见，相移此频率变量，通过其负载的相频特性，引起的相位变量为。由此可见，相移变化的趋势将加剧，而不是减弱，这势必引起振荡的相位平衡被破坏，因此变化的趋势将加剧，而不是减弱，这势必引起振荡的相位平衡被破坏，因此不是稳定平衡。而对于图不是稳定平衡。而对于图4-9（b）曲线。频率的变化量，通过负载的相频特）曲线。频率的变化量，通过负载的相频特性，引起的相位变量为。它与符号相反，可以互相补偿，如果补偿的结果使性，引起的相位变量为。它与符号相反，可以互相补偿，如果补偿的结果使+（）（）= 0时，达到了新的平衡点，即频率稳定在新的振荡频率处。因此，当时，达到了新的平衡点，即频率稳定在新的振荡频率处。因此，当相频特性的形状如图相频特性的形状如图4-9（b）所示时，受到扰动后振荡将在原来的平衡点附）所示时，受到扰动后振荡将在原来的平衡点附近重新达到平衡。近重新达到平衡。知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理 相位稳定平衡的条件是：随着频率的提高，相位减小。或者说，相频特性的斜率是负值。图4-9 相位稳定条件(a）不稳定平衡 （b）稳定平衡知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理知识链接一知识链接一 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器选频网络采用谐振回路的反馈式正弦选频网络采用谐振回路的反馈式正弦波振荡器，称为正弦波振荡器，按照反馈波振荡器，称为正弦波振荡器，按照反馈耦合网络的不同，振荡器可分为互感反馈耦合网络的不同，振荡器可分为互感反馈式振荡器和三点式振荡器。式振荡器和三点式振荡器。图4-10为互感反馈式振荡器。图中反馈电压通过电感和的互感耦合经电容到基极，反馈的极性决定于两个互感绕组的方向，图中黑点表示两个电感线圈的同名端，按图中所示的绕组方向，所形成的为正反馈，可用瞬时极性判别法验证如下：假设初始时刻基极电压极性为正，则集电极电压极性为负，经和L2之间互感的耦合，在中形成反馈电压，按照“同名端统同极性”的原则，反馈电压极性下负上正，因此耦合到基极的电压极性为正，与原极性相同，因此形成正反馈。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 一互感反馈式振荡器一互感反馈式振荡器图4-10 互感反馈式振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器互感反馈式振荡器的频率近似等于1 、1并联谐振回路的谐振频率： （4-7） 互感反馈式振荡器容易起振，输出电压幅度较大，结构简单，调节频率方便，且调节频率时输出电压变化不大。因此在一般广播收音机中常用作本地振荡器。但是工作在高频段时，分布电容影响较大，输出波形含有杂波，频率稳定性也差，因此，在高频段很少采用。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 二三点式振荡器的工作原理二三点式振荡器的工作原理三点式振荡器是指晶体管的三个电极分别与三点式振荡器是指晶体管的三个电极分别与LC谐谐振回路的三个端点连接组成的一种振荡器。三点式振振回路的三个端点连接组成的一种振荡器。三点式振荡器电路用电感耦合或电容耦合代替互感耦合，可以荡器电路用电感耦合或电容耦合代替互感耦合，可以克服互感耦合工作频率低的缺点，是一种应用广泛的克服互感耦合工作频率低的缺点，是一种应用广泛的振荡电路，其工作频率可从几兆赫到几百兆赫。振荡电路，其工作频率可从几兆赫到几百兆赫。图4-11 三点式振荡器的组成知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器设LC回路由纯电抗元件组成，其电抗值分别为 和 ，忽略晶体管的输入与输出电抗效应。则当LC回路谐振时，回路呈纯电阻性质，有 因此 （4-8） LC 回路中， 两端的电压是反馈电压，用 表示。由于 是 在 支路中 上的分压，有 (4-9)知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器（a） （b）图4-12 电容和电感三点式振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 三电感三点式振荡器（三电感三点式振荡器（HartleyHartley）图图4-14为电感三点式振荡器。图（为电感三点式振荡器。图（a）中，）中，L1、L2和和C组成组成LC并联谐振回路，作为集电极交流负载；电并联谐振回路，作为集电极交流负载；电阻阻R1、R2、Re起直流偏置电阻；起直流偏置电阻；Cb和和Ce为隔直电容为隔直电容和旁路电容。图（和旁路电容。图（b）是其交流等效电路。）是其交流等效电路。图4-14 电感三点式振荡器及其等效电路知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器振荡器的振荡频率可近似用并联谐振回路的谐振频率来表示，振荡器的振荡频率可近似用并联谐振回路的谐振频率来表示，即即 （4-11）式中，若电感式中，若电感L1和和L2存在互感时，用存在互感时，用L=L1+L2+2M来表示，来表示，M为为L1、L2间的互感；若间的互感；若L1和和L2互相屏蔽不存在互感，则互相屏蔽不存在互感，则L=L1+L2。电感三点式振荡器的优点是容易起振，输出电压幅度较大，而电感三点式振荡器的优点是容易起振，输出电压幅度较大，而且用一只可变电容器就可以方便地调整振荡频率，调整时不影响反且用一只可变电容器就可以方便地调整振荡频率，调整时不影响反馈，因此可以在较宽的频段内调整频率。缺点是反馈电压取自电感馈，因此可以在较宽的频段内调整频率。缺点是反馈电压取自电感支路，对高次谐波阻抗大，振荡波形含有的谐波成份多，输出波形支路，对高次谐波阻抗大，振荡波形含有的谐波成份多，输出波形较差，因此振荡频率不宜很高，一般最高只达几十兆赫。较差，因此振荡频率不宜很高，一般最高只达几十兆赫。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 四电容三点式振荡器（四电容三点式振荡器（ColpittsColpitts）图图4-15（a）是电容三点式振荡器，又称考毕兹）是电容三点式振荡器，又称考毕兹（Colpitts）振荡器，图中）振荡器，图中C1、C2是谐振回路电容，是谐振回路电容，L是谐振回路电感，电阻是谐振回路电感，电阻R1、R2、Re起直流偏置作用，起直流偏置作用，Cc、Cb为高频旁路电容和自给偏压电容。图（为高频旁路电容和自给偏压电容。图（b）是）是其交流等效电路。其交流等效电路。图4-15 电容三点式振荡器及其等效电路知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器振荡器的振荡频率可近似用并联谐振回路的谐振频率来表示，即 （4-12）式中，为回路总电容电容三点式振荡器的特点是输出波形好，振荡频率可以很高，可以达到100MHz以上。缺点是频率的调节不方便，通过C2电容量的改变来调节振荡频率时，电容C1和C2间的比例随之变化，电路的起振条件也会受到影响。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器电容三点式振荡器是一种性能优良的振荡电路。电容三点式振荡器是一种性能优良的振荡电路。但它有两个主要缺点：其一是频率调整范围窄；其二但它有两个主要缺点：其一是频率调整范围窄；其二是振荡器的频率稳定度不高。为了克服这两个缺点，是振荡器的频率稳定度不高。为了克服这两个缺点，提出了改进型电容三点式振荡器。提出了改进型电容三点式振荡器。u 五改进型电容三点式振荡器五改进型电容三点式振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器1. 串联改进型电容三点式振荡器（串联改进型电容三点式振荡器（Clapp）图图4-16（a）是串联改进型电容三点式振荡器，又称克）是串联改进型电容三点式振荡器，又称克拉泼（拉泼（Clapp）振荡器，图（）振荡器，图（b）是其交流等效电路。可以）是其交流等效电路。可以看出，此电路与普通电容三点式电路的区别仅仅是在看出，此电路与普通电容三点式电路的区别仅仅是在（bc）间的电感支路中串联一个小电容）间的电感支路中串联一个小电容C3，这就是串联改，这就是串联改进型电路的命名原因。电路中，满足进型电路的命名原因。电路中，满足C3C1,C3C2时，时，主要决定于主要决定于C3。图4-16 克拉泼振荡器及其等效电路 知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器克拉泼电路振荡回路的总电容C由下式决定 （4-13）这种电路的总电容CC3，因此振荡频率为 （4-14）可见，C0和Ci对f0几乎没有影响。这是因为对于串联电路，小电容起主要作用， C0和Ci即使发生变化，对回路影响也很小。因此，这种电路的晶体管与回路是弱耦合，频率稳定度较高。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器2. 并联改进型电容三点式振荡器（并联改进型电容三点式振荡器（Seiler）为了克服克拉泼电路的上述缺陷，出现了另一种改进为了克服克拉泼电路的上述缺陷，出现了另一种改进型电路。即并联改进型电容三点式振荡器，又称西勒型电路。即并联改进型电容三点式振荡器，又称西勒（Seiler）振荡器。图）振荡器。图4-17（a）是其原理电路图，图）是其原理电路图，图（b）是其交流等效电路。由图可见，西勒电路是在克拉泼）是其交流等效电路。由图可见，西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感电路基础上，在电感L两端并联了一个电容两端并联了一个电容C4。因此称为。因此称为并联改进型电路。电路中，元件取值满足并联改进型电路。电路中，元件取值满足C1、C2远大于远大于C3，C1、C2远大于远大于C4，因此晶体管与回路之间耦合较弱，频，因此晶体管与回路之间耦合较弱，频率稳定度高。在一些短波通信机中，常选可变电容率稳定度高。在一些短波通信机中，常选可变电容C4在在20 pF360 pF之间，而之间，而C3约在一、二百皮法的量级，微调振约在一、二百皮法的量级，微调振荡频率。荡频率。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器（a） （b）图4-17 西勒振荡器及其等效电路知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器由于西勒电路的振荡频率高，频率稳定度高，波形好，由于西勒电路的振荡频率高，频率稳定度高，波形好，振幅平稳，频率覆盖较宽，其波段覆盖系数为振幅平稳，频率覆盖较宽，其波段覆盖系数为1.61.8左左右，因此应用广泛。右，因此应用广泛。以上介绍的五种振荡器均是采用以上介绍的五种振荡器均是采用LC元件作为选频网元件作为选频网络。由于络。由于LC元件的标准性较差，而且谐振回路的值较低，元件的标准性较差，而且谐振回路的值较低，空载空载Q值一般不超过值一般不超过300，有载，有载Q值就更低，所以振荡器的值就更低，所以振荡器的频率稳定度不高，一般只有数量级频率稳定度不高，一般只有数量级10-3，即使用克拉泼，即使用克拉泼电路或西勒电路也只能达到电路或西勒电路也只能达到10-3 10-5数量级。如果需要数量级。如果需要频率稳定度更高的振荡器，可以采用晶体振荡器。频率稳定度更高的振荡器，可以采用晶体振荡器。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器u 六六 LCLC振荡器电路识读振荡器电路识读图4-18是松下TC-183型彩色电视机甚高频电调谐高频头中本机振荡器电路，是由分立元件组成。在高频头中，本振的作用是产生一个与输入电视图像载频相差一个中频（38 MHz）的高频正弦波信号。甚高频电视频道范围为112频道，其中15频道（L频段）图像载频范围为49.7585.25 MHz，612频道（H频段）图像载频为168.25216.25 MHz。1. 高频头本振电路高频头本振电路图4-18 高频头本振电路知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器图图4-19中开关二极管中开关二极管D1受频段选择的控制。受频段选择的控制。L频段时，频段时，BS=30V，BV=12V，D1反偏截止，交流等效电路如图反偏截止，交流等效电路如图4-19（a）所示。）所示。H频段时，频段时，BS=0V，BV=12V，D1导通，导通，L2被短路（因被短路（因2.2nF电容对高频信号短路），交流等效电电容对高频信号短路），交流等效电路如图路如图4-19（b）所示。）所示。D2、D3是变容二极管，其电容量是变容二极管，其电容量受电压受电压BT、AFC控制。改变控制。改变BT、AFC电压，就改变了电压，就改变了D2、D3的电容量，也就改变了本振频率。的电容量，也就改变了本振频率。由图可见，这是压控西勒电路。由于整个甚高频波由图可见，这是压控西勒电路。由于整个甚高频波段覆盖系数为段覆盖系数为4.2，数值较大，分成，数值较大，分成L和和H两个频段后，波两个频段后，波段覆盖系数均下降为段覆盖系数均下降为1.7，正好在西勒电路的调整范围之，正好在西勒电路的调整范围之内。内。知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器图4-19 本振交流等效电路知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器图4-20为某单边带电台频率合成器中所用的5565 MHz的压控振荡器实际电路，是由分立元件组成。将图4-20中的变容二极管等效为回路可变电容时，显然，该电路是西勒电路。为了获得纯净的频谱和高稳定的振荡频率，振荡管应选用噪声系数低、特征频率较高和较大的硅高频管。为了减小负载影响，采用了松耦合输出至射随器。两个变容二极管背靠背地串联连接，是为了使变容二极管的总电容不受偏置电压上叠加的交流信号的影响，从而减小了寄生调制。当然，这样连接的电路其压控也相应有所降低。为提高回路Q值，回路电感线圈采用镍锌磁心，使其在工作频率下线圈的空载Q值高达200以上。C6、L3、C10组成形电源去耦滤波电路，目的是防止其它电路的噪声干扰经电源串入而产生寄生调制。 2. 单边带频率合成电路单边带频率合成电路图4-20 5565MHz压控振荡器电路知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器图4-21是BT-4型低频频率特性测试仪中的变容二极管扫频振荡器电路。这是一个串联改进型电容反馈三点式振荡器（Clapp）电路，振荡频率由L1与C4、C5及两个变容管内容共同决定。锯齿波电压通过R6加至变容二极管两端，以控制变容管的电容大小，从而使振荡频率随锯齿波电压改变。3. 扫频振荡器电路扫频振荡器电路图4-21 5565MHz压控振荡器电路知识链接二知识链接二 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器 LC振荡电路的优点是振荡频率较高，可以达到振荡电路的优点是振荡频率较高，可以达到100MHz以上，缺点是频率稳定性不高，即使采取稳频以上，缺点是频率稳定性不高，即使采取稳频措施后，频率稳定度也只能达到措施后，频率稳定度也只能达到10-5。在需要频率稳定。在需要频率稳定度更高的场合，一般采用石英晶体作谐振回路的元件，度更高的场合，一般采用石英晶体作谐振回路的元件，并称这种振荡器为石英晶体振荡器。由石英晶体组成的并称这种振荡器为石英晶体振荡器。由石英晶体组成的正弦波振荡电路，频率稳定度可以达到正弦波振荡电路，频率稳定度可以达到10-610-8，一，一些产品甚至高达些产品甚至高达10-1010-11，因此它广泛应用于要求，因此它广泛应用于要求频率稳定度高的设备中，例如，标准频率发生器、脉冲频率稳定度高的设备中，例如，标准频率发生器、脉冲计数器和电子计算机的时钟信号发生器等。计数器和电子计算机的时钟信号发生器等。知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器u 一石英晶体的基本特性与等效电路一石英晶体的基本特性与等效电路将二氧化硅晶体按一定的方向切割成很薄的晶片，再在晶片的两个表面涂覆银层并作为两极引出管脚，加以封装，即成为石英晶体谐振器，简称石英晶体，石英晶体谐振器已经制成各种规格的产品。石英晶体的结构、电路符号和晶体产品外形如图4-22所示，其中(a)所示的是石英晶体结构，(b)为电路符号，(c)是几种产品的外形。1.石英晶体的结构石英晶体的结构图4-22 石英晶体谐振器结构及电路符号知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器石英晶片之所以能作成谐振器，是因为它具有压电效应和反压电效应。当机械力作用于晶片时，晶片两面将产生电荷；反之，当在晶片两面加不同极性的电压时，晶片的几何尺寸将压缩或伸长。因此，当石英谐振器两端加上高频交流电压时，如图4-23（a）所示， 晶片将随交流信号的变化而产生机械振动。晶片本身有一固有的机械振动频率，频率的高低取决于晶片的几何尺寸、形状和切割方位，若外加高频交流信号频率与晶片固有机械振动频率相等时，将产生谐振，此时机械振动最强，外电路高频电流也最大。2.压电效应及等效电路压电效应及等效电路（a）晶体振荡器电路 （b）等效电路 （c）电抗特性曲线图4-23 石英晶体的等效电路及电抗特性曲线 知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器石英谐振器的等效电抗与频率的关系曲线如图4-23（c）所示。当频率很低时，感抗接近于零，而容抗增大，等效电路为Cq与C0并联，等效电路呈容性。当f=fs时， LqCq支路发生串联谐振，X=0；当f=fp时，发生并联谐振，此时X ；当f fp 以后，等效电路呈容性，从图4-23（c）可见，石英谐振器有两个谐振频率fs和fp ，在fs和fp之间石英谐振器等效为电感，而在f fs或f fp频率范围等效为电容。 由图4-23(b)可求得石英晶体串联谐振频率fs和并联谐振频率fp （4-17） （4-18）知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器u 二石英晶体振荡器电路二石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器常用有并联型晶体振荡器和串联石英晶体振荡器常用有并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。在并联型晶体振荡器中，用晶体置换型晶体振荡器。在并联型晶体振荡器中，用晶体置换电路的电感元件，晶振工作频率在电路的电感元件，晶振工作频率在fs和和fp之间；在串联之间；在串联型晶体振荡器中，振荡器工作在串联谐振频率型晶体振荡器中，振荡器工作在串联谐振频率fs上，晶上，晶体呈低阻抗起选频短路线作用。体呈低阻抗起选频短路线作用。知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器图4-24（a）为并联型晶体振荡电路。又称为皮尔斯（Pierce）振荡电路。图（a）中Lb为高频扼流圈，Cb为旁路电容。石英晶体接在集电极与基极之间，和C1、C2构成类似电容三点式振荡电路。图（b）是其高频等效电路。 1. 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器（a） 原理图 （b） 等效电路 （c） 石英晶体等效电路图4-24 皮尔斯振荡电路知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器图图4-254-25（a a）为并联型晶体振荡电路的另一种电路形式，也称为）为并联型晶体振荡电路的另一种电路形式，也称为密勒振荡电路。图（密勒振荡电路。图（a a）中石英晶体接在晶体管的）中石英晶体接在晶体管的b b、e e之间，它等效之间，它等效为一个电感元件为一个电感元件LeLe。由于晶体管的集电极电路中有并联回路。由于晶体管的集电极电路中有并联回路L L1 1C C1 1，该，该电路属于双谐振回路振荡器。由三点式振荡器的工作原理可知，电路属于双谐振回路振荡器。由三点式振荡器的工作原理可知， L L1 1C C1 1回路应呈电感性，因此的谐振频率应略高于振荡器的工作频率。回路应呈电感性，因此的谐振频率应略高于振荡器的工作频率。从等效电路可以看出，此电路是电感三点式振荡电路。由于输出回从等效电路可以看出，此电路是电感三点式振荡电路。由于输出回路中接有路中接有L L1 1C C1 1谐振回路，故输出波形较好。此外可变电容谐振回路，故输出波形较好。此外可变电容C C1 1还可用来还可用来调节振荡幅度。图（调节振荡幅度。图（b b）是其高频等效电路。）是其高频等效电路。知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器（a） 原理图 （b） 等效电路 图4-25 密勒振荡电路知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器如图4-26所示为串联型非正弦波晶体振荡器。图中，V1和V2组成两级共射放大器，石英谐振器X1和电容CL构成正反馈网络。当发生串联谐振时，串联阻抗最小，正反馈最强。由于等效串联回路的Q值很高，所以振荡频率很稳定。该电路选取不同的晶体，可产生工作频率在几十千赫到几百千赫的方波信号。2. 串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器图4-26 串联型非正弦波晶体振荡器如图如图4-274-27（a a）所示，为串联型正弦波晶体振荡器电路，图）所示，为串联型正弦波晶体振荡器电路，图（b b）是它的等效电路。这是一种电容反馈三点电路，电容）是它的等效电路。这是一种电容反馈三点电路，电容C3C3与与C1C1 、 C2C2并联电路的中间抽头是经过石英谐振器接在晶体管发射极的，并联电路的中间抽头是经过石英谐振器接在晶体管发射极的，构成了正反馈通路。构成了正反馈通路。 C1C1和和C2C2并联，再与并联，再与C3C3串联，并与串联，并与L L组成振荡回组成振荡回路。该振荡器振荡频率较高。图中的晶体为路。该振荡器振荡频率较高。图中的晶体为1 MHz1 MHz，改变电路参数，改变电路参数(L(L、 C3C3和发射极电阻的数值和发射极电阻的数值) )，可使振荡频率高达几十兆赫。，可使振荡频率高达几十兆赫。知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器图4-27 串联型非正弦波晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器石英谐振器频率越高，石英晶片的厚度越薄。频率很高时，晶片的厚度太薄，加工困难，且机械强度差，容易振碎。因此一般晶体振荡频率最高不超过25 MHz，为了获得更高的振荡频率，可采用泛音晶体振荡器。图4-28（a）是一种并联型泛音晶体振荡电路。如果电路的振荡频率是基频的5次泛音，则L1C1回路应调谐在3和5次泛音之间。这样，当频率低于L1C1并联谐振频率时，由图4-28（b）可见， L1C1回路呈感性，不满足三点式振荡电路的相位平衡条件，所以不能产生振荡。 而对于比5次泛音高的7次及其以上泛音来说， L1C1回路呈容性，但等效容抗非常小，反馈系数太小，不满足振荡电路的起振条件，也不能产生振荡。若将L1C1回路调谐在5和7次泛音之间，则该电路可以在7次泛音上产生振荡。 3. 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器(a) 交流等效电路 (b) 并联谐振回路的电抗特性图4-28 并联型泛音晶体振荡电路知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器晶体振荡器具有很高的频率稳定度，但必须正确使用石英谐振器，才能充分发挥它的稳频作用，若使用不当，不但达不到预期效果，还会损坏石英谐振器。正确使用石英谐振器必须注意下列事项：u1. 石英晶体出厂时外壳印有标称频率，这个频率一般介于串联谐振与并联谐振频率之间。当晶体工作于标称频率时，频率稳定度最高。标称频率是在石英谐振器两端并联负载电容条件下测得的，实际使用时负载电容必须符合规定的数值。为了保持晶振的稳定性和抵消电路中分布参数的影响，这个电容大都采用微调电容，以便调整。知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器u 三使用石英谐振器注意事项三使用石英谐振器注意事项u2. 晶体振荡器中，晶体起等效电感作用或从感性区接近串联谐振频率点，容性区是不能使用的，因为石英晶片失效后静态电容（）还存在，电路仍可能满足振荡条件而振荡，但石英晶体已失去稳频作用。u3. 石英谐振器的激励电平应在规定范围内。激励电平过大、过小都不符合规定，激励电平过大，石英谐振器消耗的功率增加，晶体温度升高，石英晶片的老化效应和频率漂移增大，频率稳定度显著变坏，甚至会因振动过强，将晶片振碎；激励电平过小，将使振荡器输出很小，严重时，甚至不能维持正常振荡。u 4. 由于石英谐振器在一定的温度范围内才具有很高的频率稳定度。因此，当频率稳定度要求高时，应采用恒温设备。u5. 晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率，当要求在波段中得到可选择的许多频率时，就要求采取其它措施，如频率合成器。知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器u 四石英振荡器电路识读四石英振荡器电路识读图4-29(a)是某通信接收机9.5kHz的本振电路,图（b）为其等效电路。图中发射极由C6旁路接地， C5为输出耦合电容，稳压二极管D1是用来稳定集电极电源电压。 C1 、C2 、C3 、 C4和晶体构成振荡回路，由于C3比C1和C2小很多，故晶体管与振荡回路之间的耦合很弱，从而减小了晶体管参数对回路的影响。从图4-29（b）交流等效电路可以看出，它就是以前所讨论的西勒电路，只不过是用石英晶体振荡器取代了西勒电路中的电感而已。1.某接收机本振电路某接收机本振电路图4-29 9.5kHz本振电路知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器 图4-30为某载波机中所用9 kHz晶振电路。它也是串联型晶体振荡器，与图4-26电路原理基本一样。9kHz石英谐振器串联在两级共发射极放大器的正反馈电路之间，而V1的负载为L1 C1谐振回路，谐振在9 kHz。用L1 C1回路代替电阻负载可获得较好的正弦波形。微调100 pF电容可把振荡频率调到所需数值。2. 串联型晶振实用电路串联型晶振实用电路图4-30 串联型晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器图4-31（a）是带温补的集成晶体振荡器的内部电路。V1产生自激振荡经V2放大，再从射随器V3输出。振荡电路的交流等效电路如图（b）所示，它是一个并联型晶体振荡器皮尔斯振荡电路，电路中与晶体串联的微调电容采用变容二极管D1。当变容二极管的电容改变时，振荡器的频率便发生变化。这时若在变容二极管上施加一个随温度变化而变化的反向偏置电压，这个电压由外接直流电源（从频率微调电压引出端接入）经热敏电阻Rt1、 Rt2以及其它分压电阻R1 、 R2 、 R3供给，这些电阻组成一个温度补偿网路。当温度变化时，由于Rt1、 Rt2的变化，使变容管D1反向偏置电压改变，随之结电容变化引起频率变动，以补偿晶体频率的变化，这样，整个振荡器的频率受温度变化影响便大大减小，使晶体振荡器频率稳定度得到提高。 3.带温度补偿的晶体振荡器带温度补偿的晶体振荡器图4-31 ZWB-1型晶体振荡器电路知识链接三石英晶体振荡器知识链接三石英晶体振荡器知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路非线性电子线路在无线电发送与接收设备中具有重非线性电子线路在无线电发送与接收设备中具有重要作用，主要用来对输入信号进行处理，以便产生特定要作用，主要用来对输入信号进行处理，以便产生特定波形与频谱的输出信号。一般说来，它与原输入信号波波形与频谱的输出信号。一般说来，它与原输入信号波形、频谱不同。随着科学技术的发展，它们也越来越多形、频谱不同。随着科学技术的发展，它们也越来越多地被其它各种电子设备所采用。为了对非线性电子线路地被其它各种电子设备所采用。为了对非线性电子线路工作原理有一个基本概念，先对非线性电路的基本特性工作原理有一个基本概念，先对非线性电路的基本特性进行讨论。进行讨论。全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路称为线全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路称为线性电路，电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工性电路，电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态的，则称为非线性电路。非线性元器件与线性元器件主要作状态的，则称为非线性电路。非线性元器件与线性元器件主要差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，且其差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，且其值与外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶体管等电值与外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感线圈等都是线性元件。线圈等都是线性元件。知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路u 一线性与非线性电路一线性与非线性电路 图图4-32作出了线性电阻器和非线性电阻器的伏安特性曲线，由图作出了线性电阻器和非线性电阻器的伏安特性曲线，由图4-32（a）可见，线性电阻器的伏安特性是一条通过坐标原点的直线，即）可见，线性电阻器的伏安特性是一条通过坐标原点的直线，即流过电阻器的电流流过电阻器的电流i与加在电阻器两端的电压与加在电阻器两端的电压u成正比，所以它的特性可成正比，所以它的特性可用斜率用斜率GIU（电导）或它的倒数（电导）或它的倒数R（电阻）来表示，其值为常数。（电阻）来表示，其值为常数。由图由图4-32（b）可见，非线性电阻器的伏安特性曲线是非线性的，即通）可见，非线性电阻器的伏安特性曲线是非线性的，即通过非线性电阻器的电流过非线性电阻器的电流i与加在其上的电压与加在其上的电压u不成正比，它所呈现的电导不成正比，它所呈现的电导值与外加电压或通过电流的大小有关。对于非线性元器件还必须引入一值与外加电压或通过电流的大小有关。对于非线性元器件还必须引入一些其它参数（例如交流电导些其它参数（例如交流电导 等），才能比较完等），才能比较完整地反映它的特性。整地反映它的特性。知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路图4-32 线性与非线性电阻器件伏安特性曲线（a）线性电阻器件 （b）非线性电阻器件知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路如果在非线性电阻器件两端加上直流工作点电压如果在非线性电阻器件两端加上直流工作点电压UQ，和幅度较大，和幅度较大的正弦交流电压的正弦交流电压u1，通过该器件的电流，通过该器件的电流ii波形如图波形如图4-33所示为一非正所示为一非正弦波，用傅里叶级数可将弦波，用傅里叶级数可将i1分解为直流、基波和各次谐波分量，可见输分解为直流、基波和各次谐波分量，可见输出电流中出现了原有信号中没有的频率分量，即非线性器件可产生新的出电流中出现了原有信号中没有的频率分量，即非线性器件可产生新的频率分量。如作用于非线性器件上的交流电压很小，电压、电流的波形频率分量。如作用于非线性器件上的交流电压很小，电压、电流的波形如图如图4-33中中u2 、 i2所示，接近于正弦波，这就是说，当作用信号很小，所示，接近于正弦波，这就是说，当作用信号很小，工作点取得适当时，对信号而言，非线性器件近似处于线性工作状态，工作点取得适当时，对信号而言，非线性器件近似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如二极管、晶体三极管在小信号作用下、在直流工可当作线性器件。例如二极管、晶体三极管在小信号作用下、在直流工作点作点Q处可近似作为线性器件，线性电子电路的分析正是以这点为基础处可近似作为线性器件，线性电子电路的分析正是以这点为基础的。的。知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路 图4-33 非线性器件在不同正弦电压作用下的电流波形知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路u 二非线性电路的特点二非线性电路的特点当多个信号同时激励线性电路时，各个激励信号在通过线性当多个信号同时激励线性电路时，各个激励信号在通过线性电路时是互不相干的，可以分别计算每个信号单独激励时的响应，电路时是互不相干的，可以分别计算每个信号单独激励时的响应，然后将这些响应相加就是总的响应。这就是分析线性电路行之有然后将这些响应相加就是总的响应。这就是分析线性电路行之有效的叠加定理。但对非线性电路，由于激励与响应之间的关系不效的叠加定理。但对非线性电路，由于激励与响应之间的关系不再是线性的，故叠加定理就不再适用了。再是线性的，故叠加定理就不再适用了。 知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路知识链接四线性与非线性电子线路由非线性器件构成的非线性电路有以下由非线性器件构成的非线性电路有以下基本特点：基本特点：（1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率变换）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率变换作用；作用；（2）非线性电路分析上不适用叠加定理：）非线性电路分析上不适用叠加定理：（3）当作用信号很小，工作点取得适当时，非线性电路）当作用信号很小，工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。可近似按线性电路进行分析。混频电路广泛应用于通信及其他电子设备中，它是超外差接收混频电路广泛应用于通信及其他电子设备中，它是超外差接收机的重要组成部分。在发送设备中可用它来改变载波频率，以改善机的重要组成部分。在发送设备中可用它来改变载波频率，以改善调制性能。在频率合成器中常用它来实现频率的加、减运算，从而调制性能。在频率合成器中常用它来实现频率的加、减运算，从而得到各种不同频率等。得到各种不同频率等。在通信接收机中，低噪声放大器将天线输入的微弱信号进行选在通信接收机中，低噪声放大器将天线输入的微弱信号进行选频放大然后送入混频器。混频器的作用在于将不同载频的高频已频放大然后送入混频器。混频器的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为较低的同一个固定载频（一般称为中频）的高频已调波信号变换为较低的同一个固定载频（一般称为中频）的高频已调波信号，但保持其调制规律不变然后送入中频放大器。例如，调波信号，但保持其调制规律不变然后送入中频放大器。例如，在超外差式广播接收机中，把载频位于在超外差式广播接收机中，把载频位于5351605 kHz中波波段各电中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频台的普通调幅信号变换为中频465 kHz的普通调幅信号，把载频位于的普通调幅信号，把载频位于88108 MHz的各调频台信号变换为中频的各调频台信号变换为中频10.7MHz的调频信号；在电的调频信号；在电视接收机中，把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信视接收机中，把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频号变换为中频38 MHz的视频信号。的视频信号。 知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路u 一概述一概述 通常要求混频电路的混频增益高，失真小，抑制干扰信号的能力强。混频增益是指输出中频电压与输入高频电压之比值，即 （4-23）用分贝数表示 （4-24）对于二极管环形混频电路，因混频增益小于1，故用混频损耗来表示，它定义为 ，式中PS为输入高频信号功率，为 PI 输出中频信号功率。知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路混频电路又称变频电路，其作用是将已调信号的载频变换成另一混频电路又称变频电路，其作用是将已调信号的载频变换成另一载频，变换后新载频已调波的调制类型（调幅、调频等）和调制参数载频，变换后新载频已调波的调制类型（调幅、调频等）和调制参数（如调制频率、调制系数等）均不改变。（如调制频率、调制系数等）均不改变。图4-34 混频电路的作用知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路u 二混频基本原理二混频基本原理混频电路输出的中频频率可取输入信号频率 与本振频率 的和频或差频，即 （4-25） 或 的混频称为上混频器， 的混频称为下混频器。调幅广播收音机一般采用中频 （4-26）通常中频规定为465 kHz。 知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路 图2-15 混频电路组成模型（a）组成模型 （b） 频谱 （c） 与 频谱知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路在很长一段时间内二极管环形混频器是高性能通信设备中应用最在很长一段时间内二极管环形混频器是高性能通信设备中应用最广泛的一种混频器，虽然目前由于双差分对集成模拟相乘器产品性能广泛的一种混频器，虽然目前由于双差分对集成模拟相乘器产品性能不断改善和提高，使用也越来越广泛，但在微波波段仍广泛使用二极不断改善和提高，使用也越来越广泛，但在微波波段仍广泛使用二极管环形混频器组件。二极管环形混频器的主要优点是工作频带宽，可管环形混频器组件。二极管环形混频器的主要优点是工作频带宽，可达到几千兆赫，噪声系数低，混频失真小，动态范围大等，但其主要达到几千兆赫，噪声系数低，混频失真小，动态范围大等，但其主要缺点是没有混频增益。双差分对相乘器混频电路主要优点是混频增益缺点是没有混频增益。双差分对相乘器混频电路主要优点是混频增益大，输出信号频谱纯净，混频干扰小，对本振电压的大小无严格的限大，输出信号频谱纯净，混频干扰小，对本振电压的大小无严格的限制，端口之间隔离度高。主要缺点是噪声系数较大。制，端口之间隔离度高。主要缺点是噪声系数较大。知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路u 三二极管混频器和集成电路混频器三二极管混频器和集成电路混频器 图4-36 二极管环形混频电路知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路图图4-36所示是采用环形混频器组件构成的混频电路，图中所示是采用环形混频器组件构成的混频电路，图中us、 Rs1为输入信号源，为输入信号源， uL 、 Rs2为本振信号源，为本振信号源， RL为中频信号的负为中频信号的负载。为了保证二极管工作在开关状态，本振信号载。为了保证二极管工作在开关状态，本振信号uL的功率必须足够的功率必须足够大，而输入信号大，而输入信号us功率必须远小于本振功率。实际二极管环形混频功率必须远小于本振功率。实际二极管环形混频器组件各端口的匹配阻抗均为器组件各端口的匹配阻抗均为50，应用时各端口都必须接入滤波匹，应用时各端口都必须接入滤波匹配网络，分别实现混频器与输入信号源、本振信号源、输出负载之配网络，分别实现混频器与输入信号源、本振信号源、输出负载之间的阻抗匹配。间的阻抗匹配。知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路图4-37 MC1496构成的混频电路 知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路图图4-37所示是用所示是用MC1496双差分对集成模拟相乘器构成的混频电双差分对集成模拟相乘器构成的混频电路。图中，本振电压路。图中，本振电压uL，由，由10端（端（输入端）输入，信号电压由输入端）输入，信号电压由1端端（Y输入端）输入，混频后的中频（输入端）输入，混频后的中频（fI9 MHz）电压由）电压由6端经端经形滤形滤波器输出。该滤波器的带宽约为波器输出。该滤波器的带宽约为450 kHz，除滤波外还起到阻抗变换，除滤波外还起到阻抗变换作用，以获得较高的变频增益。当作用，以获得较高的变频增益。当fC30 MHz，Usm15 mV， fL 39 MHz， UIm 100mV时，电路的变频增益可达时，电路的变频增益可达13 dB。为了。为了减小输出信号波形失真，减小输出信号波形失真，1端与端与4端间接有调平衡的电路，使用时应端间接有调平衡的电路，使用时应仔细调整。仔细调整。 知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路 1晶体管混频电路晶体管混频电路是利用晶体管转移特性的非线性特性实现混频的。晶体管混频电路原理图知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路u 四混频电路图识读四混频电路图识读图4-39 中波调幅收音机变频电路知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路 2双栅双栅MOS场效应管混频电路场效应管混频电路采用双栅极MOS场效应管构成的混频电路如图4-40（a）所示。图中场效应管V有两个栅极，其中G1加输入信号us ， G2加本振电压uL ，输出中频滤波器采用双调谐耦合回路。 R1 、 R2和R4 、 R5组成分压器，分别给栅极G1 、 G2提供正向偏压； R6 、 C4 ，构成源极自给偏压电路。由于场效应管的转移特性具有二次特性，所以双栅极MOS场效应管混频电路输出信号中的组合频率分量比晶体管的少，同时，它还有动态范围大、工作频率高等优点。知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路 图4-40 双栅MOS场效应管混频电路（a）电路 （b）双栅场效应管等效电路知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路1信号与本振产生的组合频率干扰信号与本振产生的组合频率干扰混频器在信号电压和本振电压的共同作用下，产生了许多组合混频器在信号电压和本振电压的共同作用下，产生了许多组合频率分量，它们可表示为频率分量，它们可表示为 （4-27） 式中，式中，p 、q 分别为本振频率和信号频率的谐波次数，它们分别为本振频率和信号频率的谐波次数，它们均为任意正整数。绝对值号表示在任何情况下频率不可能为负值。均为任意正整数。绝对值号表示在任何情况下频率不可能为负值。知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路u 五混频干扰五混频干扰2外来干扰与本振产生的组合频率干扰外来干扰与本振产生的组合频率干扰凡能加到混频器输入端的外来干扰信号，均可以在混频器中与本凡能加到混频器输入端的外来干扰信号，均可以在混频器中与本振电压产生混频作用，若形成的组合频率满足振电压产生混频作用，若形成的组合频率满足 （4-28）就会形成干扰。就会形成干扰。 为外来干扰信号的频率，为外来干扰信号的频率，p ,q分别为分别为本振频率本振频率 和干扰信号频率和干扰信号频率 的谐波次数，它们为的谐波次数，它们为任意正整数。任意正整数。知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路当当pq1时，时，fN fL十十fI fc十十2 fI ，称为镜像干扰（亦称，称为镜像干扰（亦称镜频干扰）。显然，镜频干扰）。显然， fN与与fc是以是以fL为轴形成镜像关系，如图为轴形成镜像关系，如图2-21所示。所示。抑制镜像干扰的主要方法是提高前级电路的选择性。抑制镜像干扰的主要方法是提高前级电路的选择性。 图2-21 镜像干扰分布情况知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路3交叉调制和互相调制干扰交叉调制和互相调制干扰（1）交叉调制干扰（简称交调）交叉调制干扰（简称交调 干扰）干扰）交叉调制干扰是由混频器非线性特性的高次方项所引起的。交叉调制干扰是由混频器非线性特性的高次方项所引起的。抑制交叉调制干扰的主要措施有：抑制交叉调制干扰的主要措施有： 提高混频器前端电路的选择性、尽量减小干扰信号的幅度提高混频器前端电路的选择性、尽量减小干扰信号的幅度是抑制交叉调制干扰的有效措施。是抑制交叉调制干扰的有效措施。 选用合适的器件和合适的工作状态，使混频器的非线性高选用合适的器件和合适的工作状态，使混频器的非线性高次方项尽可能减小。次方项尽可能减小。 采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟相乘器混频电路。采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟相乘器混频电路。知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路（2）互相调制干扰（简称互调干扰）互相调制干扰（简称互调干扰）两个（或多个）干扰信号同时加到混频器输入端，由于混频器的两个（或多个）干扰信号同时加到混频器输入端，由于混频器的非线性作用，两干扰信号与本振信号相互混频，产生的组合频率分量非线性作用，两干扰信号与本振信号相互混频，产生的组合频率分量若接近于中频，它就能顺利地通过中频放大器，经检波器检波后产生若接近于中频，它就能顺利地通过中频放大器，经检波器检波后产生干扰。把这种与两个（或多个）干扰信号有关的干扰称为互调干扰。干扰。把这种与两个（或多个）干扰信号有关的干扰称为互调干扰。例如接收机调整在接收例如接收机调整在接收1 200kHz信号的状态，这时本振频率信号的状态，这时本振频率fL1 665kHz（中频为（中频为465kHz），另有频率分别为），另有频率分别为1 190 kHz和和1 180kHz的的两干扰信号也加到混频器的输入端，经过混频可获得组合频率为两干扰信号也加到混频器的输入端，经过混频可获得组合频率为 l665（21190 1180）kHz（l665 1200）kHz465 kHz恰为中频频率，因此它可经中频放大器而形成干扰。恰为中频频率，因此它可经中频放大器而形成干扰。 知识链接五频率变换和混频电路知识链接五频率变换和混频电路技能实训调幅接收机变频电路设计制作技能实训调幅接收机变频电路设计制作p 实训目的实训目的3.学会分析电路，设计电路的方法与步骤。学会分析电路，设计电路的方法与步骤。2进一步掌握所学元件及在此基础培养自己分析、进一步掌握所学元件及在此基础培养自己分析、应用其他元件的能力。应用其他元件的能力。1掌握调幅接收机变频电路的工作原理。掌握调幅接收机变频电路的工作原理。技能实训调幅接收机变频电路设计制作技能实训调幅接收机变频电路设计制作p 制作要求制作要求技能实训调幅接收机变频电路设计制作技能实训调幅接收机变频电路设计制作p 电路原理图电路原理图图4-42 调幅接收机变频电路原理图 1. 电路原理图电路原理图 2.电路工作原理电路工作原理测试信号经过磁棒线圈天线加至三极管V1的基极。晶体管V1为变频管，R1，R2为偏置电阻，中周T2与C2组成本振回路，变频后产生的465kHz中频调幅信号通过T3变压器传到中频放大电路。1.安装步骤安装步骤按图4-32所示连接调幅接收机变频电路。2. 仪器设备与工具仪器设备与工具数字万用表一只，5V稳压电源一只，高频信号发生器一台，示波器一台，频率计一台，电烙铁、镊子、剪刀等焊接安装工具一套。3.元件清单元件清单（1）磁棒线圈一只，振荡线圈(黄色)一只，一级中放（白色）一只。（2）瓷片电容0.01F一只，瓷片电容6800pF一只，9018型三极管一只，1.8k电阻1只、200k电阻1只，双联电容一只。（3）通用印制电路板一块，4. 安装工艺要求安装工艺要求在动手焊接之前用万用表将各个元件组件测量一下，做到心中有数，安装时请先安装低矮和耐热的组件（如电阻），然后再安装大一点的组件（如中周），最后安装怕热的组件（如三极管）。技能实训调幅接收机变频电路设计制作技能实训调幅接收机变频电路设计制作p 电路安装电路安装技能实训调幅接收机变频电路设计制作技能实训调幅接收机变频电路设计制作u 一调幅接收机变频电路的测试一调幅接收机变频电路的测试将测试高频信号加载到天线将测试高频信号加载到天线T1的初级，测量高频信的初级，测量高频信号频率、调谐后加载到三极管号频率、调谐后加载到三极管V1的频率以及经过变频后的频率以及经过变频后加载至中放放大器加载至中放放大器T3初级的频率，分别加四次不同的高初级的频率，分别加四次不同的高频信号，记录各次相关数据。频信号，记录各次相关数据。1测试方法测试方法按上述测试方法将测试结果填入表按上述测试方法将测试结果填入表4-1。2调幅接收机变频电路测试结果调幅接收机变频电路测试结果表表4-1 调幅接收机变频电路工作状态结果记录调幅接收机变频电路工作状态结果记录 技能实训调幅接收机变频电路设计制作技能实训调幅接收机变频电路设计制作图4-43 调幅接收机变频电路实物图技能实训调幅接收机变频电路设计制作技能实训调幅接收机变频电路设计制作u 二调幅接收机变频电路实物照片二调幅接收机变频电路实物照片1. 反馈振荡器是由放大器和反馈网络组成的具有选频能力的正反馈系统。反馈振荡器正常工作必须满足起振、平衡和稳定条件，每个条件中应分别讨论其振幅和相位两方面条件。振幅条件要求，在振荡频点，环路增益的幅值在起振时必须大于1，且具有负斜率的的增益、振幅特性。相位条件要求，在振荡频点，环路增益的相位应为2的整数倍，且具有负斜率的相频特性。2. 互感反馈式振荡器起振容易，输出幅度较大，但工作频率稳定度不高。三点式振荡器可分为电感三点式和电容三点式两种基本电路，克拉泼与西勒电路是实用改进型的电容三点式电路，它们输出波形好。3. 振荡器的工作频率由回路决定。4 晶体振荡器的频率稳定度很高，但振荡频率的可调范围很小。泛音晶体振荡器可产生较高的振荡频率，但需采取措施抑制频率较低的齐次谐波分量，保证只谐振在所需要的工作频率上。任务任务4 4 小结小结5全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路称为线性电路，非线性电子线路是包含有非线性电子元器件的电路。非线性电子线路在无线电发送与接收设备中具有重要作用，主要用来对输入信号进行处理，以便产生特定波形与频谱的输出信号。非线性电路的基本特点是：能够产生新的频率分量，具有频率变换作用；电路分析上不适用叠加定理，但当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性电路也可近似按线性电路进行分析。 6混频电路是超外差接收机的重要组成部分，又称变频电路。混频器的作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为较低的同一个固定载频（一般称为中频）的高频已调波信号，但保持其调制规律不变。目前高质量的通信设备中广泛采用二极管环形混频器和双差分对模拟相乘器，而在简易接收机中，还常采用简单的晶体管混频电路。对混频电路的主要要求是混频增益高，失真小，抑制干扰信号的能力强。任务任务4 4 小结小结