高頻電子線路答案.doc

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第一章 緒論 1－1 畫出無線通信收發(fā)信機的原理框圖，并說出各部分的功用。 答： 上圖是一個語音無線電廣播通信系統(tǒng)的基本組成框圖，它由發(fā)射部分、接收部分以及無線信道三大部分組成。發(fā)射部分由話筒、音頻放大器、調制器、變頻器（不一定必須）、功率放大器和發(fā)射天線組成。 低頻音頻信號經放大后，首先進行調制后變成一個高頻已調波，然后可通過變頻，達到所需的發(fā)射頻率，經高頻功率放大后，由天線發(fā)射出去。接收設備由接收天線、高頻小信號放大器、混頻器、中頻放大器、解調器、音頻放大器、揚聲器等組成。由天線接收來的信號，經放大后，再經過混頻器，變成一中頻已調波，然后檢波，恢復出原來的信息，經低頻功放放大后，驅動揚聲器。 1－2 無線通信為什么要用高頻信號？“高頻”信號指的是什么？ 答： 高頻信號指的是適合天線發(fā)射、傳播和接收的射頻信號。 采用高頻信號的原因主要是： （1）頻率越高，可利用的頻帶寬度就越寬，信道容量就越大，而且可以減小或避免頻道間的干擾； （2）高頻信號更適合電線輻射和接收，因為只有天線尺寸大小可以與信號波長相比擬時，才有較高的輻射效率和接收效率，這樣，可以采用較小的信號功率，傳播較遠的距離，也可獲得較高的接收靈敏度。 1－3 無線通信為什么要進行凋制？如何進行調制？ 答：因為基帶調制信號都是頻率比較低的信號，為了達到較高的發(fā)射效率和接收效率，減小天線的尺寸，可以通過調制，把調制信號的頻譜搬移到高頻載波附近；另外，由于調制后的信號是高頻信號，所以也提高了信道利用率，實現(xiàn)了信道復用。 調制方式有模擬調調制和數(shù)字調制。在模擬調制中，用調制信號去控制高頻載波的某個參數(shù)。在調幅方式中，AM普通調幅、抑制載波的雙邊帶調幅（DSB）、單邊帶調幅（SSB）、殘留單邊帶調幅（VSSB）；在調頻方式中，有調頻（FM）和調相（PM）。 在數(shù)字調制中，一般有頻率鍵控（FSK）、幅度鍵控（ASK）、相位鍵控（PSK）等調制方法。 1－4 無線電信號的頻段或波段是如何劃分的？各個頻段的傳播特性和應用情況如何？ 答: 無線電信號的頻段或波段的劃分和各個頻段的傳播特性和應用情況如下表 第二章 高頻電路基礎 2－1對于收音機的中頻放大器，其中心頻率f0=465 kHz．B0.707=8kHz，回路電容C=200pF，試計算回路電感和 QL值。若電感線圈的 QO=100，問在回路上應并聯(lián)多大的電阻才能滿足要求。 解2-1： 答：回路電感為0.586mH,有載品質因數(shù)為58.125,這時需要并聯(lián)236.66kΩ的電阻。 2－2 圖示為波段內調諧用的并聯(lián)振蕩回路，可變電容 C的變化范圍為 12～260 pF，Ct為微調電容，要求此回路的調諧范圍為 535～1605 kHz，求回路電感L和Ct的值，并要求C的最大和最小值與波段的最低和最高頻率對應。 題2－2圖 答：電容Ct為19pF，電感L為0.3175mH. 題2－3圖 2－3 圖示為一電容抽頭的并聯(lián)振蕩回路。諧振頻率f0=1MHz，C1=400 pf，C2=100 pF 求回路電感L。若 Q0=100，RL=2kΩ，求回路有載 QL值。 解2-3 答：回路電感為0.317mH,有載品質因數(shù)為1.546 2－4 石英晶體有何特點？為什么用它制作的振蕩器的頻率穩(wěn)定度較高？ 答2-4：石英晶體有以下幾個特點 1. 晶體的諧振頻率只與晶片的材料、尺寸、切割方式、幾何形狀等有關，溫度系數(shù)非常小，因此受外界溫度影響很小 2. 具有很高的品質因數(shù) 3. 具有非常小的接入系數(shù)，因此手外部電路的影響很小。 4. 在工作頻率附近有很大的等效電感，阻抗變化率大，因此諧振阻抗很大 5. 構成震蕩器非常方便，而且由于上述特點，會使頻率非常穩(wěn)定。 2－5 一個5kHz的基頻石英晶體諧振器， Cq=2.4X10－2pF C0=6pF，，ro=15Ω。求此諧振器的Q值和串、并聯(lián)諧振頻率。 解2-5： 答：該晶體的串聯(lián)和并聯(lián)頻率近似相等，為5kHz，Q值為88464260。 2－6 電阻熱噪聲有何特性？如何描述 答2-6：電阻的熱噪音是由于溫度原因使電阻中的自由電子做不規(guī)則的熱運動而帶來的，因此熱噪音具有起伏性質，而且它具有均勻的功率譜密度，所以也是白噪音，噪音的均方值與電阻的阻值和溫度成正比。 2－7 求如圖所示并聯(lián)電路的等效噪聲帶寬和輸出均方噪聲電壓值。設電阻R=10kΩ，C=200 pF，T=290 K。 解2-7： 題2－7圖 答：電路的等效噪聲帶寬為125kHz，和輸出均方噪聲電壓值為19.865μV2. 2－8 如圖所示噪聲產生電路，已知直流電壓 E=10 V，R=20 kΩ,C=100 pF，求等效噪聲帶寬B和輸出噪聲電壓均方值（圖中二極管V為硅管）。 解2-8：此題中主要噪音來自二極管的散粒噪音，因此 題2－8圖 等效噪音帶寬為： 2－9 求圖示的T型和П 型電阻網絡的噪聲系數(shù)。 解2-9 設兩個電路的電源內阻為Rs 1. 解T型網絡 題2－9圖 （1）采用額定功率法 （2）采用開路電壓法 （3）采用短路電流法 2.解П型網絡 （1）采用額定功率法 （2）采用開路電壓法 （3）采用短路電流法 2－10 接收機等效噪聲帶寬近似為信號帶寬，約 10kHz，輸出信噪比為 12 dB，要求接收機的靈敏度為 1PW，問接收機的噪聲系數(shù)應為多大？ 解2-10：根據(jù)已知條件 ：接收機的噪音系數(shù)應為32dB。 第三章 高頻諧振放大器 3－1 對高頻小信號放大器的主要要求是什么？高頻小信號放大器有哪些分類？ 答3-1：對高頻小信號器的主要要求是:比較高的增益,比較好的通頻帶和選擇性,噪音系數(shù)要小,穩(wěn)定性要高 高頻小信號放大器一般可分為用分立元件構成的放大器、集成放大器和選頻電路組成的放大器。根據(jù)選頻電路的不同，又可分為單調諧回路放大器和雙調諧回路放大器；或用集中參數(shù)濾波器構成選頻電路。 3－2 一晶體管組成的單回路中頻放大器，如圖所示。已知fo=465kHz，晶體管經中和后的參數(shù)為：gie=0.4mS,Cie=142pF，goe=55μS，Coe=18pF，Yie=36.8mS,Yre=0，回路等效電容C=200pF，中頻變壓器的接入系數(shù)p1=N1/N=0.35，p2=N2/N=0.035,回路無載品質因數(shù)Q0=80，設下級也為同一晶體管，參數(shù)相同。試計算： （1）回路有載品質因數(shù) QL和 3 dB帶寬 B0.7;（2）放大器的電壓增益；(3) 中和電容值。（設Cb’c=3 pF） 解3-2：根據(jù)已知條件可知,能夠忽略中和電容和yre的影響。得： 題3－1圖 答：品質因數(shù)QL為40.4,帶寬為11.51kHz,諧振時的電壓增益為30.88,中和電容值為1.615pF 3－3 高頻諧振放大器中，造成工作不穩(wěn)定的王要因素是什么？它有哪些不良影響？為使放大器穩(wěn)定工作，可以采取哪些措施？ 答3-3 集電結電容是主要引起不穩(wěn)定的因素，它的反饋可能會是放大器自激振蕩；環(huán)境溫度的改變會使晶體管參數(shù)發(fā)生變化，如Coe、Cie、gie、goe、yfe、引起頻率和增益的不穩(wěn)定。 負載阻抗過大，增益過高也容易引起自激振蕩。 一般采取提高穩(wěn)定性的措施為： （1）采用外電路補償?shù)霓k法如采用中和法或失配法 （2）減小負載電阻，適當降低放大器的增益 （3）選用fT比較高的晶體管 （4）選用溫度特性比較好的晶體管，或通過電路和其他措施，達到溫度的自動補償。 3－4 三級單調諧中頻放大器，中心頻率f0=465 kHz，若要求總的帶寬 B0.7=8 kHZ，求每一級回路的 3 dB帶寬和回路有載品質因數(shù)QL值。 解3－4：設每級帶寬為B1，則： 答：每級帶寬為15.7kHz,有載品質因數(shù)為29.6。 3－5 若采用三級臨界耦合雙回路諧振放大器作中頻放大器（三個雙回路），中心頻率為fo=465 kHz，當要求 3 dB帶寬為 8 kHz時，每級放大器的3 dB帶寬有多大？當偏離中心頻率 10 kHZ時，電壓放大倍數(shù)與中心頻率時相比，下降了多少分貝？ 解3-5設每級帶寬為B1，則： 答：每級放大器的3 dB帶寬為11.2kHz,當偏離中心頻率 10 kHZ時，電壓放大倍數(shù)與中心頻率時相比，下降了多少31.4dB 3－6 集中選頻放大器和諧振式放大器相比，有什么優(yōu)點？設計集中選頻放大器時，主要任務是什么？ 答3-6優(yōu)點： 選頻特性好、中心頻率穩(wěn)定、Q值高、體積小、調整方便。設計時應考慮： 濾波器與寬帶放大器及其負載之間的匹配。另外還要考慮補償某些集中參數(shù)濾波器的信號衰減。 3－7 什么叫做高頻功率放大器？它的功用是什么？應對它提出哪些主要要求？為什么高頻功放一般在B類、C類狀態(tài)下工作？為什么通常采用諧振回路作負載？ 答3-7 高頻功率放大器是一種能將直流電源的能量轉換為高頻信號能量的放大電路，其主要功能是放大放大高頻信號功率，具有比較高的輸出功率和效率。對它的基本要求是有選頻作用、輸出功率大、自身損耗小、效率高、所以為了提高效率，一般選擇在B或C類下工作，但此時的集電極電流是一個余弦脈沖，因此必須用諧振電路做負載，才能得到所需頻率的正弦高頻信號。 3－8 高頻功放的欠壓、臨界、過壓狀態(tài)是如何區(qū)分的？各有什么特點？當EC、Eb、Ub、RL四個外界因素只變化其中的一個時，高頻功放的工作狀態(tài)如何變化？ 答3-8當晶體管工作在線性區(qū)時的工作狀態(tài)叫欠壓狀態(tài)，此時集電極電流隨激勵而改變，電壓利用率相對較低。如果激勵不變，則集電極電流基本不變，通過改變負載電阻可以改變輸出電壓的大，輸出功率隨之改變；該狀態(tài)輸出功率和效率都比較低。當晶體管工作在飽和區(qū)時的工作狀態(tài)叫過壓狀態(tài)，此時集電極電流脈沖出現(xiàn)平頂凹陷，輸出電壓基本不發(fā)生變化，電壓利用率較高。 過壓和欠壓狀態(tài)分界點，及晶體管臨界飽和時，叫臨界狀態(tài)。此時的輸出功率和效率都比較高。 ?當單獨改變RL時，隨著RL的增大，工作狀態(tài)的變化是從欠壓逐步變化到過壓狀態(tài)。 ?當單獨改變EC時，隨著EC的增大，工作狀態(tài)的變化是從過壓逐步變化到欠壓狀態(tài)。 ?當單獨改變Eb時，隨著Eb的負向增大，工作狀態(tài)的變化是從過壓逐步變化到欠壓狀態(tài)。 ?當單獨改變Ub時，隨著Ub的增大，工作狀態(tài)的變化是從欠壓逐步變化到過壓狀態(tài)。 3－9 已知高頻功放工作在過壓狀態(tài)，現(xiàn)欲將它調整到臨界狀態(tài)，可以改變哪些外界因素來實現(xiàn)，變化方向如何？在此過程中集電極輸出功率如何變化？ 答3-9 可以通過采取以下措施 1. 減小激勵Ub，集電極電流Ic1和電壓振幅UC基本不變，輸出功率和效率基本不變。 2. 增大基極的負向偏置電壓，集電極電流Ic1和電壓振幅UC基本不變，輸出功率和效率基本不變。 3. 減小負載電阻RL，集電極電流Ic1增大，IC0也增大，但電壓振幅UC減小不大，因此輸出功率上升。 4. 增大集電極電源電壓，Ic1、IC0和UC增大，輸出功率也隨之增大，效率基本不變。 3－10 高頻功率放大器中提高集電極效率的主要意義是什么？ 答3-10主要意義在于提高了電源的利用率，將直流功率的更多的轉換為高頻信號功率，減小晶體管的功率損耗，可降低對晶體管的最大允許功耗PCM的要求，提高安全可靠性。 3－11 設一理想化的晶體管靜特性如圖所示，已知 Ec=24 V，Uc=21V，基極偏壓為零偏，Ub=3 V，試作出它的動特性曲線。此功放工作在什么狀態(tài)？并計算此功放的θ、P1、P0、η及負載阻抗的大小。畫出滿足要求的基極回路。 解3-11 1、求動態(tài)負載線 題3－11圖 2、求解θ、P1、P0、η及負載阻抗的大小。 3、符合要求的基極回路為 3－12 某高頻功放工作在臨界伏態(tài)，通角 θ=75o”，輸出功率為 30 W，Ec=24 V，所用高頻功率管的SC=1.67V，管子能安全工作。（1）計算此時的集電極效率和臨界負載電阻； （2）若負載電阻、電源電壓不變，要使輸出功率不變。而提高工作效率，問應如何凋整？ (3）輸入信號的頻率提高一倍，而保持其它條件不變，問功放的工作狀態(tài)如何變化，功放的輸出功率大約是多少？ 解3-12 （1） （2）可增加負向偏值，但同時增大激勵電壓，保證IC1不變，但這樣可使導通角減小，效率增加。 （3）由于頻率增加一倍，諧振回路失諧，集電極阻抗變小，電路由原來的臨界狀態(tài)進入欠壓狀態(tài)，輸出幅度下降，故使輸出功率和效率都下降。對于2ω的頻率，回路阻抗為： 因此，輸出功率下降到原來的2/3Q倍。 3－13 試回答下列問題： (1)利用功放進行振幅調制時，當調制的音頻信號加在基極 或集電 極時、應如何選擇功放的工作狀態(tài)？ (2)利用功放放大振幅調制信號時，應如何選擇功放的工作狀態(tài)？。 (3)利用功放放大等幅度的信號時，應如何選擇功放的工作狀態(tài)？ 解3-13 (1）利用功放進行振幅調制時，當調制的音頻信號加在基極或集電極時、功放應選在過壓狀態(tài)。 (2）利用功放放大振幅調制信號時，功放應選在欠壓狀態(tài)，并為乙類工作。 (3) 利用功放放大等幅度的信號時，功放應選在過壓狀態(tài)，此時有較大的輸出功率和效率。 也可以選擇在過壓狀態(tài)，此時輸出電壓幅度比較穩(wěn)定。 3－14 當工作頻率提高后，高頻功放通常出現(xiàn)增益下降，最大輸出功率和集電極效率降低，這是由哪些因素引起的？ 解3-14主要原因是 1. 放大器本身參數(shù)，如β、α隨頻率下降。 2. 電路失諧，集電極阻抗減小。 3. 少數(shù)載流子渡越時間效應。 4. 非線性電抗效應，如CbˊC 的影響。 5. 發(fā)射極引線電感的影響，對高頻反饋加深。 3－15 如圖所示，設晶體管工作在小信號A類狀態(tài)，晶體管的輸入阻抗為Z，交流電流放大倍數(shù)為hfe/(1+j/f/fβ)，試求Le而引起的放大器輸入阻抗Z`i。并以此解釋晶體管發(fā)射極引線電感的影響。 解3-15 可見，Le越大，輸入阻抗越大，反饋越深，電流越小，反饋越深，輸出功率和效率越低。 3－16 改正圖示線路中的錯誤，不得改變饋電形式，重新畫出正確的線路。 題3－16圖 解3-16： 3—17 試畫出一高頻功率放大器的實際線路。要求(1)采用NPN型晶體管，發(fā)射極直接接地；(2)集電極用并聯(lián)饋電，與振蕩回路抽頭連接；(3)基極用串聯(lián)饋電，自偏壓，與前級互感耦合。 解3-17：根據(jù)要求畫出的高頻功率放大器電路如下 3－18 一高頻功放以抽頭并聯(lián)回路作負載，振蕩回路用可變電容調諧。工作頻率f=5 MHZ，調諧時電容 C=200 pF，回路有載品質因數(shù)QL=20，放大器要求的最佳負載阻抗RLr=50 Ω，試計算回路電感L和接入系數(shù) P。 解3-18： 3－19 如圖（a）所示的D型網絡，兩端的匹配阻抗分別為RP1、RP2。將它分為兩個L型網絡，根據(jù)L型網絡的計算公式，當給定Q2=RP2/XP2時，證明下列公式： 并證明回路總品質因數(shù)Q=Q1＋Q2。 題3－19圖 解3-19首先將電路分解成兩個L回路，如圖（1）。然后利用并串轉換，將Xp2和Rp2的并聯(lián)轉換為Rs和Xs3的串聯(lián)，得到圖（2）。 根據(jù)串并轉換關系，得： 再利用串并轉換，將Xs1和Rs的并聯(lián)轉換為Rp和Xp的并聯(lián)，得到圖（4），其中 3－20 上題中設RP1=20Ω，Rp2=100Ω，F(xiàn)=30MHz，指定Q2=5，試計算Ls、CP1、CP2和回路總品質因數(shù)Q。 解3-20 3－21 如圖示互感耦合輸出回路，兩回路都諧振，由天線表 IA測得的天線功率PA=10 W，已知天線回路效率 η2=0 .8。中介回路的無載品質因數(shù) QO=100，要求有載品質因數(shù)QL=10，工作于臨界狀態(tài)。問晶體管輸出功率P1為多少？設在工作頻率ωL1=50Ω，試計算初級的反映電阻rf，和互感抗ωM。當天線開路時，放大器工作在什么狀態(tài)？ 題3－21 圖 當天線開路時，反射電阻為零，初級回路等效并聯(lián)阻抗增大，放大器將從臨界狀態(tài)進入過壓狀態(tài)。 3－22 什么是D類功率放大器，為什么它的集電極效率高？什么是電流開關型和電壓開關型D類放大器？ 答3-22D類放大器是一種工作在開關狀態(tài)的功率放大器，兩個晶體管在輸入激勵控制下交替飽和導通或截止，飽和導通時，有電流流過，但飽和壓降很低；截止時，流過晶體管的電流為零。所以晶體管的平均功耗很小，效率很高。 在電流開關型電路中，兩管推挽工作，電源通過一個大大電感供給一個恒定電流，分別交替流過兩個晶體管，兩管輪流導通和截止。通過諧振電路得到正弦輸出電壓。 在電壓開關型電路中，兩晶體管是與電源電壓和地電位串聯(lián)的，在輸入控制下，一個導通，一個截止，因此，兩管的中間點電壓在0和電源電壓之間交替切換。通過諧振電路，獲的正弦輸出信號。 3－23 圖3－33的電壓開關型D類放大器，負載電阻為RL，若考慮晶體管導通至飽和時，集電極飽和電阻Rcs(Rcs=1/Sc)，試從物理概念推導此時開關放大器的效率。 解3-23根據(jù)題意，將（a）圖簡化為（b）圖所示的等效電路。設Rcs1=Rcs2=Rcs,LC回路對開關頻率諧振，則： 3－24 根據(jù)圖3－37的反相功率合成器線路，說明各變壓器和傳輸線變壓器所完成的功用，標出從晶體管輸出端至負載間各處的阻抗值。設兩管正常工作時，負載電阻上的功率為 100 W，若某管因性能變化，輸出功率下降一半，根據(jù)合成器原理，問負載上的功率下降多少瓦？ 解3－24： 不平衡- 平衡轉換 反相分配 平衡- 不平衡轉換 1:4阻抗變換 反相合成 阻抗變換 100 W反相功率合成器的實際線路 當某管上的功率下降一半時，證明該管上的輸出電壓降低，其值是原來的0.707倍。那么最后流過合成器負載的電流 3－25 射頻摸塊放大器的最基本形式是什么樣的電路？它可以完成哪些功能？它有哪些王要優(yōu)點 答3-25射頻模塊放大器的最基本的形式是一個采用混合電路技術的薄膜混合電路，是把固態(tài)元件和無源元件（包括分立元件和集成元件）外接在一塊介質襯底上，并將有源和無源元件以及互連做成一個整體。 用這種放大器可以構成振蕩器、調制器、混頻器、功率合成與分配期、環(huán)行器、定向耦合器；采用多個模塊可構成一個射頻系統(tǒng)。 采用射頻模塊的主要優(yōu)點是電路性能好、可靠性高、尺寸小、重量輕、散熱好、損耗低、價格便宜等。 第四章 正弦波振蕩器 4－1 什么是振蕩器的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件？振蕩器輸出信號的振幅和頻率分別是由什么條件決定？ 答4-1 4－2 試從相位條件出發(fā)，判斷圖示交流等效電路中，哪些可能振蕩，哪些不可能振蕩。能振蕩的屬于哪種類型振蕩器？ 題4-2圖 答4-2 (a) 可能振蕩，電感三點式反饋振蕩器, (b) 不能, (c) 不能, (d) 不能, (e) 可能振蕩，振蕩的條件是L1C1回路呈容性，L2C2回路呈感性，即要求f01L2C2>L3C3; （2）L1C1L3C 3; 題4-3圖 （4）L1C1f02>f03,因此，當滿足fo1>f02>f>f03,就可能振蕩，此時L1C1回路和L2C2回路呈感性，而L3C3回路呈容性，構成一個電感反饋振蕩器。 （3）fo1=f02f02=f03不能振蕩，因為在任何頻率下，L3C3回路和L2C2回路都呈相同性質，不可能滿足相位條件。 4－4 試檢查圖示的振蕩器線路，有哪些錯誤？并加以改正。 題4-4圖 解4-4 改正過的電路圖如下 4－5 將圖示的幾個互感耦合振蕩器交流通路改畫為實際線路，并注明互感的同名端。 題4-5圖 解4-5， 畫出的實際電路如下 4－6 振蕩器交流等效電路如圖所示，工作頻室為10 MHZ，（1）計算C1、C2取值范圍。（2）畫出實際電路。 題4-6 解4-6 （1）因為 （2）實際電路如下 4－7 在圖示的三端式振蕩電路中，已知 L=1.3μH，C1=51pF，C2=2000pF，Q0=100，RL=1kΩ，Re=500Ω試問IEQ應滿足什么要求時振蕩器才能振蕩？ 解4-7 4－8 在圖示的電容三端式電路中，試求電路振蕩頻率和維持振蕩所必須的最小電壓增益。 解4-8 題4-8圖 4-9 圖示是一電容反饋振蕩器的實際電路，已知C1=50 pF，C2=100 pF，C3= 10～260pF，要求工作在波段范圍，即f=10～1OMHz，試計算回路電感L和電容C。設回路無載Q。=100，負載電阻R=1kΩ，晶體管輸入電阻Ri=500Ω．若要求起振時環(huán)路增益K。KF=3，問要求的跨gs。和靜態(tài)工作電流 IcQ必須多大？ 題4-9圖 解4-9 4－10 對于圖示的各振蕩電路；（1）畫出交流等效電路，說明振蕩器類型；（2）估算振蕩頻率和反饋系數(shù)。 題4-10圖 解4-10 （1）交流等效圖如下 (a)是一個西勒振蕩器，當忽略15pF的電容后，是一個電容三點式反饋振蕩器；（b）是一個電容三點式反饋振蕩器 （2） 對于（b）電路 答：該電路的振蕩頻率可在2.285MHz到2.826MHz范圍內調節(jié)。 因此，該電路的的反饋系數(shù)隨著振蕩頻率的調節(jié)也發(fā)生改變，近似值為0.9。 4－11 克拉潑和西勒振蕩線路是怎樣改進了電容反饋振蕩器性能的？ 答4-11由于克拉波振蕩器在回路中串行接入了一個小電容，使的晶體管的接入系數(shù)很小，耦合變弱，因此，晶體管本身的參數(shù)對回路的影響大幅度減小了，故使頻率穩(wěn)定度提高，但使的頻率的調整范圍變小，所以，西勒振蕩器是在克拉波振蕩器的基礎上，在回路兩端在并聯(lián)一個可調電容，來增大頻率調節(jié)范圍。由于存在外接負載，當接入系數(shù)變小時，會帶來增益的下降。 4－12 振蕩器的頻率穩(wěn)定度用什么來衡量？什么是長期、短期和瞬時穩(wěn)定度？引起振蕩器頻率變化的外界因素有哪些？ 答4-12振蕩器的穩(wěn)定度是用在一定的時間間隔內，振蕩頻率的相對變化量大小來衡量的。 長期穩(wěn)定度：一般是指一天以上時間內的穩(wěn)定度。 短期穩(wěn)定度：一天或小于一天時間內，如小時、分、或秒 計時間隔的頻率穩(wěn)定度 瞬時穩(wěn)定度：秒或毫秒時間間隔內的頻率的相對變化。 4－13 在題4－8圖所示的電容反饋振蕩器中，設晶體管極間電容的變化量為ΔCce=ΔCbe=1pF，試計算因極間電容產生的頻率相對變化Δω1/ω1 解4-13 4－14 泛音晶體振蕩器和基頻晶體振蕩器有什么區(qū)別？在什么場合下應選用泛音晶體振蕩器？為什么？ 答4-14所謂泛音，就是石英晶體振動的機械諧波，位于基頻的奇數(shù)倍附近，且兩者不能同時存在。在振蕩器電路中，如果要振蕩在某個泛音頻率上，那么就必須設法抑制基頻和其他泛音頻率。而因為石英晶體的帶寬很窄，所以在基頻振蕩時，肯定會抑制泛音頻率。 當需要獲得較高的工作頻率時，如果不想使用倍頻電路，則可采用泛音振蕩器直接產生較高的頻率信號。 4－15 圖示是兩個實用的晶體振蕩器線路，試畫出它們的交流等效電路，并指出是哪一種振蕩器，晶體在電路中的作用分別是什么？ 題4-15圖 解4-15 交流等效電路如下 圖（a）電路是一個并聯(lián)晶體振蕩器，晶體在電路中相當于一等效的大電感，使電路構成電容反饋振蕩器。 圖（B）電路是一個串聯(lián)晶體振蕩器，晶體在電路中在晶體串聯(lián)頻率處等效一個低阻通道，使放大器形成正反饋，滿足相位條件，形成振蕩。 4－16 試畫出一符合下列各項要求的晶體振蕩器實際線路； （1）采用NPN高頻三極管； （2）采用泛音晶體的皮爾斯振蕩電路； （3）發(fā)射極接地，集電極接振蕩回路避免基頻振蕩。 解4-16所設計的電路如下 4－17將振蕩器的輸出送到一倍頻電路中，則倍頻輸出信號的頻率穩(wěn)定度會發(fā)主怎樣的變化？并說明原因。 解4-17 如果將振蕩器的頻率為f1的輸出信號送入一n倍頻器，則倍頻器輸出信號頻率為n f1。但由于倍頻器是對輸入頻率倍頻，所以如果倍頻器本身是穩(wěn)定的，則它的頻率穩(wěn)定度不會發(fā)生改變。因為倍頻器輸出信號的穩(wěn)定度為： 但實際上倍頻器電路同樣也存在著不穩(wěn)定因素，所以實際上，振蕩器信號經倍頻后的信號頻率穩(wěn)定度將會降低。 4－18 在高穩(wěn)定晶體振蕩器中，采用了哪些措施來提高頻率穩(wěn)定度？ 答4-18 ●采用溫度系數(shù)低的晶體切片。 ●保證晶體和電路在恒定溫度環(huán)境下工作，如采用恒溫槽或溫度補償電路。 ●選擇高穩(wěn)定性的電源。 ●選擇溫度特性好的電路器件。 第五章 頻譜的線性搬移電路 5－l 一非線性器件的伏安特性為： 試寫出電流i中組合頻率分量的頻率通式，說明它們是由哪些乘積項產生的，并求出其中的ω1、2ω1+ω2、ω1+ω2-ω3頻率分量的振幅。 解5-1 那么，頻率分量的頻率通式可表示為 從上面可以看出： 直流分量是由i的表達式中的常數(shù)項和2次項產生 各頻率的基頻分量是由i的表達式中的1次和3次項產生 各頻率的3次諧波分量和組合系數(shù)之和等于3的組合頻率分量是由i的表達式中的3次項產生 5－2 若非線性器件的伏安特性冪級數(shù)表示i=a0+a1u+a2u2 ,式中a0、a1、+a2是不為零的常數(shù)，信號u是頻率為150 kHz和200 kHz的兩個正弦波，問電流中能否出現(xiàn) 50 kHz和 350 kHz的頻率成分？為什么？ 答5-2能出現(xiàn)50 kHz和 350 kHz的頻率成分，因為在u2項中將會出現(xiàn)以下2次諧波和組合頻率分量。 200 kHz-150 kHz=50 kHz 200 kHz+150 kHz=350 kHz 2x200 kHz=400 kHz 2x150 kHz=300 kHz 5－3 一非線性器件的伏安特性為 式中，u＝EQ＋ul＋u2＝EQ＋U1COSω1t＋U2COSω2t。若U1很小，滿足線性時變條件，則在EQ=-U2/2時，求出時變電導gm(t)的表示式。 解5-3，根據(jù)已知條件， 5－4 二極管平衡電路如圖所示，u1及u2的注入位置如圖所示，圖中， u1=U1COSω1t，u2=U2COSω2t且U2>>U1.求u0(t)的表示式，并與圖5－7所示電路的輸出相比較。 解5-4 設變壓器變比為1：1，二極管伏安特性為通過原點的理想特性，忽略負載的影響，則每個二極管的兩端電壓為： 當假設負載電阻RL時 這個結果和把u1、u2換位輸入的結果相比較，輸出電壓中少了ω1的基頻分量，而多了ω2的基頻分量，同時其他組合頻率分量的振幅提高了一倍。 5－5 圖示為二極管平衡電路，u1=U1COSω1t，u2=U2COSω2t, 且U2>>U1。試分析RL上的電壓或流過RL的電流頻譜分量，并與圖5－7所示電路的輸出相比較。 解5-5 設變壓器變比為1：1，二極管伏安特性為通過原點的理想特性，忽略負載的影響，則每個二極管的兩端電壓為： 和把這個結果與u1、u2換位輸入的結果相比較，輸出電壓中少了ω1的基頻分量，而多了直流分量和ω2的偶次諧波分量。 5－6 試推導出圖5－17（下圖）所示單差分對電路單端輸出時的輸出電壓表示式（從V2集電極輸出）。 解5-6 題5-6圖 當諧振回路對ω1諧振時，設諧振阻抗為RL,且ω1>>ω2，則： 5－7 試推導出圖5－18所示雙差分電路單端輸出時的輸出電壓表示式。 解5-7 題5-7圖 5－8 在圖示電路中，晶體三極管的轉移特性為 題5-8圖 若回路的諧振阻抗為R。試寫出下列三種情況下輸出電壓u。的表示式。 （1）u1=U1COSω1t ，輸出回路諧振在2ω1上； （2）u=UCCOSωCt+UΩCOSωΩt,UΩ很小，滿足線性時變條 件，輸出回路諧振在ωC上； （3）u=U1COSω1t+ U2COSω2t,且ω2>>ω1,U1很小,滿足線性時變條件,輸出回路諧振在 (ω2-ω1)上。 解5-8 5－9 場效應管的靜態(tài)轉移特性如圖所示 式中，uGS=EGS+U1COSω1t＋U2COSω2t;若U1很小，滿足線性時變條件。 （1）當U2≤|VP-EGS|,EGS=VP／2時，求時變跨導gm(t)以及gm1； （2）當U2=|VP-EGS|,EGS=VP／2時，證明gm1為靜態(tài)工作點跨導。 解5-9 題5-9圖 5－10 圖示二極管平衡電路，輸入信號u1=U1COSω1t，u2=U2COSω2t, 且ω2>>ω1，U2>>U1。輸出回路對ω2諧振，諧振阻抗為R0，帶寬B=2F1(F1=ω1/2π）。 （1）不考慮輸出電壓的反作用，求輸出電壓u。的表示式； （2）考慮輸出電壓的反作用，求輸出電壓u。的表示式，并與（1）的結果相比較。 題5-10圖 解5-10 第六章 振幅調制、解調及混頻 6－1 已知載波電壓uc=UCsinωCt，調制信號如圖所示，fC>>1/TΩ。分別畫出m=0.5及m=1兩種情況下所對應的AM波波形以及DSB波波形。 題6-1圖 解6-1，各波形圖如下 6－2 某發(fā)射機輸出級在負載RL=100Ω上的輸出信號為u0(t)=4(1-0.5cosΩt)cosωct V。求總的輸出功率Pav、載波功率Pc和邊頻功率P邊頻。 解6-2 顯然，該信號是個AM調幅信號，且m=0.5,因此 6－3 試用相乘器、相加器、濾波器組成產生下列信號的框圖（1）AM波；（2） DSB信號；（3）SSB信號。 解6-3 X + + X 濾波器 X X 6－4 在圖示的各電路中，調制信號uΩ(t)=UΩ cosΩt，載波電壓uC=UCcosωct，且ωc>>Ω,UC>>UΩ，二極管VD1和VD2的伏安特性相同，均為從原點出發(fā)，斜率為gD的直線。（1）試問哪些電路能實現(xiàn)雙邊帶調制？（2）在能夠實現(xiàn)雙邊帶調制的電路中，試分析其輸出電流的頻率分量。 題6-4圖 解6-4 所以，（b）和（c）能實現(xiàn)DSB調幅 而且在（b）中，包含了ωc的奇次諧波與Ω的和頻與差頻分量，以及ωc的偶次諧波分量。 在（c）中，包含了ωc的奇次諧波與Ω的和頻與差頻分量，以及ωc的基頻分量。 6－5試分析圖示調制器。圖中，Cb對載波短路，對音頻開路； uC=UCcosωct, uΩ=UΩcosΩt （1）設UC及UΩ均較小，二極管特性近似為i=a0+a1u2+a2u2.求 輸出uo(t)中含有哪些頻率分量（忽略負載反作用）？ （2）如UC>>UΩ,二極管工作于開關狀態(tài)，試求uo(t)的表示式。 （要求：首先，忽略負載反作用時的情況，并將結果與（1）比較；然后，分析考慮負載反作用時的輸出電壓。) 題6-5圖 解6-5 （1）設二極管的正向導通方向為他的電壓和電流的正方向，則： （2） 在考慮負載的反作用時 與不考慮負載的反作用時相比，出現(xiàn)的頻率分量相同，但每個分量的振幅降低了。 6－6 調制電路如圖所示。載波電壓控制二極管的通斷。試分析其工作原理并畫出輸出電壓波形；說明R的作用(設TΩ=13TC, TC 、TΩ分別為載波及調制信號的周期)。 題6-6圖 解6-6 設二極管為過原點的理想二極管，跨導為gD,，變壓器變比為1:1.。 電阻R可看作兩個電阻的串聯(lián)R=R1+R2則：當在uc的正半周，二極管 都導通，導通電阻RD和R1、R2構成一個電橋，二極管中間連點電壓為 ， 初級線圈中有電流流過，且初級電壓為uΩ。當在uc的負半半周， 壹， 二極管都截止，變壓器初級下端斷開，初級線圈中電流為零。下 貳， 圖是該電路的等效電路圖。因此在uc的正半周，次級獲的電壓為: 通過次級諧振回路，選出所需要的頻率。輸出電壓的只包含ωCΩ頻率分量 在圖中R的作用是用來調整兩個二極管的一致性，以保證在二極管導通是電橋平衡，使變壓器下端為地電位。 6－7 在圖示橋式調制電路中，各二極管的特性一致，均為自原點出發(fā)、斜率為gD的直線，并工作在受u2控制的開關狀態(tài)。若設RL>>RD(RD=1/gD)，試分析電路分別工作在振幅調制和混頻時u1、u2各應為什么信號，并寫出uo的表示式。 解6-7 當u2的正半周，二極管全部導通，電橋平衡，輸出為零。 當u2的負半周，二極管全部截止，，輸出為電阻分壓。 所以輸出電壓為： 當做AM調制時，u1應為載波信號，u2應為調制信號. 當做DSB調制時，u1應為調制信號，u2應為載波信號. 當做混頻器時，u1應為輸入信號，u2應為本振信號 6－8 在圖(a)所示的二極管環(huán)形振幅調制電路中，調制信號uΩ=UΩcosΩt，四只二極管的伏安特性完全一致，均為從原點出發(fā)，斜率為gd的直線，載波電壓幅值為UC，重復周期為TC=2π/ωC的對稱方波，且UC>>UΩ，如圖(b)所示。試求輸出電壓的波形及相應的頻譜。 題6-8圖 解6-8 6－9 差分對調制器電路如圖所示。設： （1）若ωC=107rad/S，并聯(lián)諧振回路對ωC諧振，諧振電阻RL=5kΩ, Ee=Ec=10V,Re=5kΩ, uC=156cosωCt mV, uΩ=5.63cos104t V。 試求uo(t)。 （2）此電路能否得到雙邊帶信號？為什么？ 題6-9圖 解6-9 (1) (2) 該電路不能產生DSB信號，因為調制信號加在了線性通道，無法抑制載波分量。要想產生DSB信號，調制信號應該加在非線性通道，且信號幅度比較?。ㄐ∮?6Mv）。 6－10 調制電路如圖所示。已知uΩ=cos103t V ，uC=50cos107tmV。試求：（1）uo(t)表示式及波形；（2）調制系數(shù)m。 題6-10圖 解6-10 可見，由uC引起的時變電流分量是一個AM信號，而且調制深度m=0.5.輸出電壓為 6－11 圖示為斬波放大器模型，試畫出A、B、C、D各點電壓波形。 題6-11圖 解6-11 各點波形如下 6－12 振幅檢波器必須有哪幾個組成部分？各部分作用如何？下列各圖（見圖所示）能否檢波？圖中R、C為正常值，二極管為折線特性。 題6-12圖 解6-12 振幅檢波器應該由檢波二極管，RC低通濾波器組成，RC電路的作用是作為檢波器的負載，在其兩端產生調制電壓信號，濾掉高頻分量；二極管的作用是利用它的單向導電性，保證在輸入信號的峰值附近導通，使輸出跟隨輸入包絡的變化。 (a)不能作為實際的檢波器，因為負載為無窮大，輸出近似為直流，不反映AM輸入信號包絡。它只能用做對等幅信號的檢波，即整流濾波。 (b)不能檢波，因為沒有檢波電容，輸出為輸入信號的正半周，因此是個單向整流電路。 (c)可以檢波 (d)不可以檢波，該電路是一個高通濾波器，輸出與輸入幾乎完全相同。 6－13 檢波電路如圖所示，uS為已調波(大信號)。根據(jù)圖示極性，畫出RC兩端、Cg兩端、Rg兩端、二極管兩端的電壓波形。題6-13圖 解6-13 各點波形如右圖 6－14檢波電路如圖所示，其中us=0.8(1+0.5cosΩt)cosωCtV,F=5kHz, fC=465kHz,rD=125Ω.試計算輸入電阻Ri、傳輸系數(shù)Kd，并檢驗有無惰性失真及底部切削失真。 題6-14圖 解6-14 6－15 在圖示的檢波電路中，輸入信號回路為并聯(lián)諧振電路，其諧振頻率f0=106Hz,，回路本身諧振電阻R0=20kΩ, ,檢波負載為10kΩ,C1=0.01μF,rD=100Ω.。 （1）若is=0.5cos2πⅹ106t mA,，求檢波器輸入電壓 us(t)及檢波器輸出電壓uo(t)的表示式； （2）若is=0.5(1+0.5cos2πⅹ103t)cos2πⅹ106t mA, 求uo(t)的表示式. 題6-15圖 解6-15 （1） （2） 6－16 并聯(lián)檢波器如圖所示。輸入信號為調幅波，已知C1=C2=0.01μF,R1=1kΩ，R2=5kΩ調制頻率F=1kHz，載頻fC=1MHz，二極管工作在大信號狀態(tài)。 （1）畫出AD及BD兩端的電壓波形； （2）其它參數(shù)不變，將C2增大至2μF ，BD兩端電壓波形如何變化？ 題6-16圖 解6-16 （1）此時低通網絡的截止頻率為 因為F>Us。求輸出電壓表達式，并證明二次諧波的失真系數(shù)為零。 題6-17圖 解6-17設二極管為過零點的理想折線特性 .檢波效率為Kd 同樣求得 因此 當忽略高次項后，得到： 另外從上式可見，由于Ω二次諧波都是由coΩt的偶次方項產生的，但平衡輸出后，n為偶次方項被徹底抵消掉了，所以輸出只有調制信號的基頻和奇次諧波分量，偶次諧波分量為0；而二次失真系數(shù)定義為Ω的二次諧波振幅與基頻分量振幅之比，所以二次失真系數(shù)為0。 6－18 圖(a)為調制與解調方框圖。調制信號及載波信號如圖(b)所示。試寫出u1、u2、u3、u4的表示式，并分別畫出它們的波形與頻譜圖（設ωC>>Ω）。 題6-18圖 解6-18 當帶通濾波器的中心頻率為載波頻率，且?guī)挒?Ω時，得 各點波形如下 6－19 已知混頻器晶體三極管轉移特性為：iC=a0+a2u2+a3u3,式中， u=UScosωSt+ULcosωLt,UL>>US,求混頻器對于及(ωL-ωS)及(2ωL-ωS)的變頻跨導。 解6-19 根據(jù)已知條件，電路符合線性時變條件。則線性時變跨導為 6－20 設一非線性器件的靜態(tài)伏安特性如圖所示，其中斜率為a；設本振電壓的振幅UL=E0。求當本振電壓在下列四種情況下的變頻跨導gC。 （1）偏壓為E0； （2）偏壓為E0/2； （3）偏壓為零； （4）偏壓為-E0/2。 題6-20圖 解6-20設偏壓為EQ,輸入信號為uS=UScosωSt,且UL>>US,即滿足線性時變條件。根據(jù)已知條件，則電流可表示為 6－21 圖示為場效應管混頻器。已知場效應管靜態(tài)轉移特性為iD=IDSS(1-uGS/VP)2，式中，IDSS=3mA,VP=-3V.。輸出回路諧振于465kHz，回路空載品質因數(shù)Q0=100，RL=1kΩ，回路電容C=600pF，接入系數(shù)n=1/7，電容C1、C2、C3對高頻均可視為短路?，F(xiàn)調整本振電壓和自給偏置電阻Rs，保證場效應管工作在平方律特性區(qū)內，試求： （1）為獲得最大變頻跨導所需的UL；（2）最大變頻跨導gC和相應的混頻電壓增益。 題6-21圖 （1）為獲得最大的不失真的變頻跨導，應該調整自給偏壓電阻，使場效應管的靜態(tài)偏置工作點位于平方律特性的中點上。 輸出回路在諧振時，它兩端的總電導為 6－22 N溝道結型場效應管混頻器如圖所示。已知場效應管參數(shù)IDSS=4mA，Vp=-4V，本振電壓振幅UL=1.8V,源極電阻Re=2kΩ。試求； (1）靜態(tài)工作點的gmQ及變頻跨導gC； (2）輸入正弦信號幅度為lmV時，問漏極電流中頻率為ωs、ωL、ωI的分量各為多少？ (3）當工作點不超出平方律范圍時，能否說實現(xiàn)了理想混頻而不存在各種干擾？ 題6-22圖 解6-22 （1） （2） 因此可以看出： （3）當工作點不超過平方律范圍時，仍然會出現(xiàn)其他頻率分量，如ωL、ωS 、2ωS、2ωL、ωL+ωS，所以仍有失真。 6－23 一雙差分對模擬乘法器如圖所示，其單端輸出電流 試分析為實現(xiàn)下列功能（要求不失真）： （1）雙邊帶凋制； （2）振幅已調波解調； （3）混頻。 各輸入端口應加什么信號電壓？