高频电路教案(2.1)市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件

●课程概述模块一无线通信系统基本原理模块二无线发射系统模块四无线遥控发射、接收模模块三无线接收系统课题一高频正弦波振荡器课题二振幅调制、高频功率放大器与倍频器课题三高频调频技术块及其应用1/45Development课题一高频正弦波振荡器

概述我们常见到这么情况，当有些人把他所使用话筒靠近扬声器时，会引发一个刺耳哨叫声。2/45Development课题一高频正弦波振荡器作用：产生频率和振幅稳定正弦信号。特点：无需外加输入信号（激励）。组成原理：利用正反馈。应用：作信号源载波信号：无线发射机；超外差接收机：本振信号；正弦波信号源：电子测量仪器；数字系统：时钟信号。

要求：振荡频率和振幅准确性和稳定性。

概述3/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理Q1：什么是反馈？当和同相时(相位相同时)，反馈后输入大于反馈前输入：正反馈！当和反相时(相位相反时)，反馈后输入小于反馈前输入：负反馈！外加输入信号反馈电压放大器输入放大器输出4/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理Q2：振荡器与正反馈关系当撤掉外加输入信号时，此时放大器输入信号完全由反馈电压来提供。当满足一定条件时，电路产生自激振荡。

反馈振荡器能够经过选频网络和正反馈连接方式输出频率、振幅稳定正弦波5/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理振荡器输出频率、振幅稳定正弦波。怎样确保振荡器输出信号频率固定？放大器初始输入信号由不一样频率分量组成：接通直通电源时电脉冲；内部噪声等。假如放大器不加选择地放大全部输入信号，则输出包含不一样频率分量，得不到固定频率信号输出。为了确保输出信号频率单一固定，使用选频网络作为放大器负载，确保只输出特定频率信号。选频网络LC谐振回路LC正弦波振荡器石英晶体石英晶体振荡器6/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理Q3：什么是谐振？类比概念：谐振回路即能够产生谐振现象闭合回路。我们把这时电路共振：外力频率=系统固有频率时，振幅最大。谐振：电路激励频率=电路固有频率时，电磁振荡振幅最大。Q4：什么是谐振回路？频率称为谐振频率。由电感L、电容C组成；并联形式使用广泛。7/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理+-小结：当谐振即时，回路阻抗最大且为纯电阻，失谐时阻抗变小，时，φ>0，回路呈感性，时，φ<0,回路呈容性。

并联谐振回路8/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理并联谐振回路常直接作为放大器负载使用，充当选频网络。

图中，r代表线圈L等效损耗电阻。可证实，并联谐振回路谐振频率为：当回路谐振时，最大。当激励信号频率+-不等于谐振频率时，值很小。小结：谐振回路含有选频作用，当其作为放大器负载时，相当于只放大频率为信号。所以，振荡器输出频率单一为。并联谐振回路9/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理振荡器输出频率、振幅稳定正弦波。怎样确保振荡器输出信号振幅固定？起振为了确保振荡幅度由小到大直到平衡，需确保：

和同相位幅度条件：

相位条件：

10/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理振荡器输出频率、振幅稳定正弦波。怎样确保振荡器输出信号振幅固定？

增大减小趋于稳定。平衡时，幅度条件：相位条件：（不变）振荡器起振后，输出信号幅度不是无限增大。小结：相位条件是组成振荡器关键。平衡

不论在起振还是平衡状态时，振荡电路必须满足正反馈。11/45Development课题一高频正弦波振荡器反馈振荡器基本工作原理正弦波振荡器基本组成四个基本部分对反馈信号进行放大

取得单一确定振荡频率

将部分输出能量加到放大器输入端使振荡输出稳定12/45Development课题一高频正弦波振荡器振荡建立过程

当刚接通电源时，振荡电路中各部分总是会存在各种电扰动，比如接通电源瞬间引发电流突变、电路内部噪声等，它们包含了非常多频率分量，因为选频网络选频作用，只有频率等于振荡频率fO分量才能被送到反馈网络，其它频率分量均被选频网络所滤除。经过反馈网络送到放大器输入端频率为fO信号，就是原始输入电压。13/45

该输入电压被放大器放大后，再经选频网络和反馈网络，得到反馈电压又被送到放大器输入端。因为满足振荡相位平衡条件和起振条件，所以该输入电压（即反馈电压）与原输入电压相位相同，振幅更大。这么，经放大、选频和反馈重复循环，振荡电压振幅就会不停增大。

Development课题一高频正弦波振荡器振荡建立过程14/45

伴随振幅增大，放大管进入大信号工作状态。当振幅增大到一定程度后，因为稳幅步骤作用，放大倍数模A将下降（反馈系数模F普通为常数），于是环路增益AF逐步减小，输出振幅Uom增大变缓。直至AF下降到1时，反馈电压振幅与原输入电压振幅相同，电路到达平衡状态，于是振荡器就输出频率为fO、且含有一定振幅等幅振荡电压。正弦振荡建立过程中输出电压Uo波形。一个微弱电扰动就能使振荡器建立起自激振荡。Development课题一高频正弦波振荡器振荡建立过程15/45Development课题一高频正弦波振荡器振荡建立过程16/45Development课题一高频正弦波振荡器互感耦合正弦波振荡器LC正弦波振荡器互感耦合正弦波振荡器互感耦合（变压器耦合）正弦波振荡器三点式正弦波振荡器判断互感耦合振荡器能否起振，就是要判断互感绕组能否

利用电磁感应现象：两个线圈共同绕在同一个铁芯上，当一个

线圈（绕组）通上交流电时，铁芯产生交变磁场，此时另一个线圈产生感应电动势。互感耦合正弦波振荡器一个绕组是选频网络中电感L，另一个绕组作为反馈网络。满足相位条件，即能否确保电路组成正反馈。17/45Development课题一高频正弦波振荡器实际电路分析瞬间极性法：用来判断是否正反馈。在放大器输入端施加电压，设某一瞬时该信号极性为正，用“(+)”表示，假设在这一瞬时反馈信号极性同为正，则为正反馈，不然为负反馈。判断电路能否起振：依据相位平衡条件（即正反馈条件）判断判断放大电路组态：普通在振荡器中为共基/共射电路。同名端：根本圈在某一个瞬间电位为正时，副线圈也一定在同一个瞬间有一个电位为正对应端，这两个对应端叫该线圈同名端。共基：基极、射极输入，基极、集电极输出，输入输出同相。共射：射极、基极输入，射极、集电极输出，输入输出反相。18/45Development课题一高频正弦波振荡器(+)(+)(+)(-)依据同名端定义，上端应为正。此为反馈信号，则反馈信号与输入信号同相，为正反馈。所以，电路能振荡。射极、基极输入，射极、集电极输出，放大电路为共射电路。设某一瞬时从基极输入信号极性为正，则集电极输出与输入反相，应为负，则上端为正。互感耦合振荡器实际电路分析（判断电路能否振荡）实例1：集电极调谐型振荡器19/45Development课题一高频正弦波振荡器(+)(+)(-)(-)(-)射极、基极输入，射极、集电极输出，放大电路为共射电路。设某一瞬时从基极输入信号极性为正，则集电极输出与输入反相，应为负，则上端为负。依据同名端定义，下端应为负。中间抽头信号应为正，此为反馈信号，则反馈信号与输入信号同相，为正反馈。所以，电路能振荡。互感耦合振荡器实际电路分析（判断电路能否振荡）实例2：基极调谐型振荡器20/45Development课题一高频正弦波振荡器实例3：发射极调谐型振荡器(+)(+)(+)(+)(+)基极、射极输入，基极、集电极输出，放大电路为共基电路。设某一瞬时从射极输入信号极性为正，则集电极输出与输入同相，应为正，则上端为正。依据同名端定义，上端应为正。中间抽头信号应为正，此为反馈信号，则反馈信号与输入信号同相，为正反馈。所以，电路能振荡。互感耦合振荡器实际电路分析（判断电路能否振荡）21/45Development课题一高频正弦波振荡器三点式正弦波振荡器三点式振荡器基本结构图三点式正弦波振荡器因为电路组态为共射电路，输入与输出信号反相，即与反相。为确保电路是正反馈，即与同相，则必须满足与反相。设回路电流为,结合a)，则与为相同性质电抗元件。(同为电感或电容)当LC回路谐振时，回路总电抗呈阻性。即。

结合a)、b)，即与

为相同性质元件，与/性质相反。22/45小结电路形成振荡相位平衡条件：射极连接性质相同电抗元件；基极或集电极连接性质相反电抗元件。即射同基（集）反。依据电抗元件不一样性质，三点式正弦波振荡器能够分为：Development课题一高频正弦波振荡器三点式正弦波振荡器三点式正弦波振荡器三点式振荡器基本结构图电感三点式振荡器电容三点式振荡器23/45Development课题一高频正弦波振荡器三点式正弦波振荡器电感三点式（哈特莱）电感三点式振荡器基本结构图三点式振荡器基本结构图假如左图中与

均为电感，为电容，则组成电感三点式振荡器。24/45Development课题一高频正弦波振荡器三点式正弦波振荡器实际电路分析判断电路能否起振步骤：画出交流通路：直流电压源短路旁路电容、隔直电容短路扼流电感开路偏置电阻取消依据相位平衡条件判断：交流通路是否满足射同基（集）反条件画交流通路几个标准！25/45(隔直电容)短路Development课题一高频正弦波振荡器电感三点式实际电路分析（判断电路能否振荡）画出交流等效电路图；交流通路(直流电源)短路(旁路电容)短路(偏置电阻)取消(偏置电阻)取消实际电路依据相位平衡条件判断；交流通路是否满足射同基（集）反。射极连接电感和，基极(集电极)连接电感()和电容。所以，满足相位平衡条件。该电路是电感三点式，能够振荡。三点式正弦波振荡器26/45Development课题一高频正弦波振荡器电感三点式实际电路分析（计算振荡频率和反馈系数）交流通路(隔直电容)短路(直流电源)短路(旁路电容)短路(偏置电阻)取消(偏置电阻)取消实际电路三点式正弦波振荡器因为、串联，回路等效电感(为互感系数)振荡频率反馈系数27/45Development课题一高频正弦波振荡器三点式正弦波振荡器电容三点式（考毕兹）电容三点式振荡器基本结构图三点式振荡器基本结构图假如左图中与

均为电容，为电感，则组成电容三点式振荡器。28/45Development课题一高频正弦波振荡器电容三点式实际电路分析（判断电路能否振荡）画出交流等效电路图；(隔直电容)短路直流电源短路(偏置电阻)取消(偏置电阻)取消依据相位平衡条件判断；交流通路是否满足射同基（集）反。射极连接电容和,基极(集电极)连接电容()和电感所以，满足相位平衡条件。该电路是电容三点式，能够振荡。实际电路交流通路29/45Development课题一高频正弦波振荡器电容三点式实际电路分析（计算振荡频率和反馈系数）(隔直电容)短路直流电源短路(偏置电阻)取消(偏置电阻)取消振荡频率实际电路交流通路反馈系数因为、串联，回路等效电容30/45Development课题一高频正弦波振荡器电容三点式实际电路分析（改进）存在问题：因为受极间电容(、、)影响，不稳定。电容三点式振荡器克拉泼振荡器处理方法：为提升稳定性，在电感处串联电容

,假设略去极间电容(、、)影响、、串联,总电容，振荡频率31/45Development课题一高频正弦波振荡器电容三点式实际电路分析（改进）存在问题：调整频率不方便。电容三点式振荡器克拉泼振荡器处理方法：在克拉泼振荡器基础上在电感处并联可变电容

、、串联后与并联,总电容振荡频率西勒振荡器经过调整大小改变

32/45Development课题一高频正弦波振荡器晶体振荡器电极间加电场电极间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应交变电压机械振动交变电流当交变电压频率=固有频率时，共振，振幅最大，产生交变电流最大，产生了谐振。33/45Development课题一高频正弦波振荡器石英晶体谐振器内部结构晶体振荡器34/45Development课题一高频正弦波振荡器LC串联谐振图中，r代表线圈L等效损耗电阻。可证实，串联谐振回路谐振频率为：当回路谐振时，回路等效阻抗最小。经过电流最大。串联谐振回路35/45Development课题一高频正弦波振荡器LC谐振回路阻抗特征阻抗特征(a)串联谐振回路阻抗特征；(b)并联谐振回路阻抗特征

36/45Development课题一高频正弦波振荡器LC谐振回路阻抗特征

由图可见，串联谐振回路在谐振频率点阻抗最小，相频特征曲线斜率为正；并联谐振回路在谐振频率点阻抗最大，相频特征曲线斜率为负。所以，串联回路在谐振时，经过电流Ｉ最大；并联回路在谐振时，两端电压U最大。37/45Development课题一高频正弦波振荡器图2-1-16晶体振子等效电路a)晶体振子图形符号b)等效电路晶体有效电阻晶体固有电容电极之间电容晶体固有电感晶体串联谐振频率：晶体并联谐振频率：38/45Development课题一高频正弦波振荡器fs串联谐振频率fp并联谐振频率图2-1-17晶体电抗特征石英谐振器电抗特征曲线39/45Development课题一高频正弦波振荡器当L0、C0、R0支路发生串联谐振时，电抗为零，则AB间阻抗为纯电阻R0，因为R0很小，可视为短路，说明石英晶体在这种情况下可充当特殊短路元件使用。