电子教案-高频电子线路-习题解答-第六章

电子教案-高频电子线路-习题解答-第六章一、习题6.11.题目：画出图6.1所示各振荡器的交流等效电路，并指出它们分别属于哪种类型的振荡器（考毕兹、哈特莱、克拉泼、西勒）。2.解答：（a）图：交流等效电路中，电容C1、C2与电感L构成振荡回路，属于考毕兹振荡器。（b）图：交流等效电路里，电感L1、L2与电容C构成振荡回路，属于哈特莱振荡器。（c）图：交流等效电路为电容C1、C2、C3与电感L构成的振荡回路，属于克拉泼振荡器。（d）图：交流等效电路是电容C1、C2、C3、C4与电感L构成的振荡回路，属于西勒振荡器。二、习题6.21.题目：已知某电容三点式振荡器的振荡频率\(f_0=10MHz\)，反馈系数\(F=0.1\)，试求振荡回路的电容\(C_1\)、\(C_2\)（设\(C_1=2C_2\)）及电感\(L\)。2.解答：对于电容三点式振荡器，振荡频率公式为\(f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC_{eq}}}\)，其中\(C_{eq}=\frac{C_1C_2}{C_1+C_2}\)。已知\(C_1=2C_2\)，则\(C_{eq}=\frac{2C_2\cdotC_2}{2C_2+C_2}=\frac{2}{3}C_2\)。由\(f_0=10MHz\)，可得\(10\times10^6=\frac{1}{2\pi\sqrt{L\cdot\frac{2}{3}C_2}}\)，化简得\(L\cdot\frac{2}{3}C_2=\frac{1}{(2\pi\times10\times10^6)^2}\)。反馈系数\(F=\frac{C_2}{C_1+C_2}\)，已知\(F=0.1\)，即\(0.1=\frac{C_2}{2C_2+C_2}\)，解得\(C_2=\frac{1}{30}\times10^{9}F=33.3pF\)。则\(C_1=2C_2=66.7pF\)。将\(C_2=33.3pF\)代入\(L\cdot\frac{2}{3}C_2=\frac{1}{(2\pi\times10\times10^6)^2}\)，可得\(L=\frac{1}{(2\pi\times10\times10^6)^2\times\frac{2}{3}\times33.3\times10^{12}}\approx1.13\muH\)。三、习题6.31.题目：某电感三点式振荡器的振荡频率\(f_0=5MHz\)，电感\(L=50\muH\)，\(L_1=10\muH\)，\(L_2=40\muH\)，试求电容\(C\)的值。2.解答：电感三点式振荡器的振荡频率公式为\(f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC_{eq}}}\)，其中\(C_{eq}=\frac{L_1L_2}{L}\)。已知\(L=50\muH\)，\(L_1=10\muH\)，\(L_2=40\muH\)，则\(C_{eq}=\frac{10\times40}{50}=8\muH\)。由\(f_0=5MHz\)，可得\(5\times10^6=\frac{1}{2\pi\sqrt{50\times10^{6}\cdotC}}\)，化简得\(50\times10^{6}\cdotC=\frac{1}{(2\pi\times5\times10^6)^2}\)。解得\(C=\frac{1}{(2\pi\times5\times10^6)^2\times50\times10^{6}}\approx203pF\)。四、习题6.41.题目：分析图6.2所示的振荡电路，说明其工作原理，并指出电路中各元件的作用。2.解答：该电路为改进型电容三点式振荡器。工作原理：晶体管提供放大作用，满足振荡的相位条件和幅度条件。元件作用：电容C1、C2、C3与电感L构成振荡回路，决定振荡频率。C4为隔直电容，防止直流电源对振荡回路的影响。R1、R2为偏置电阻，为晶体管提供合适的偏置电流。电感L用于与电容配合形成振荡频率，同时对高频信号呈现适当的阻抗。五、习题6.51.题目：某振荡器的振荡频率不稳定，试分析可能的原因，并提出改进措施。2.解答：可能原因：电源电压不稳定，影响晶体管的工作状态，从而改变振荡频率。环境温度变化，导致晶体管参数及振荡回路元件参数改变，影响振荡频率。振荡回路元件性能不稳定，如电容漏电、电感磁导率变化等。电路存在寄生电容和电感，干扰正常振荡频率。改进措施：采用稳压电源，保证电源电压稳定。选用温度稳定性好的元件，如温度系数小的电容、具有恒磁导率的电感等。对振荡回路进行屏蔽，减少外界干扰。优化电路布局，减小寄生电容和电感的影响。六、习题6.61.题目：已知某振荡器的输出功率\(P_0=10mW\)，电源电压\(V_{CC}=12V\)，电源电流\(I_{CC}=20mA\)，试求该振荡器的效率\(\eta\)。2.解答：电源提供的功率\(P_{in}=V_{CC}I_{CC}=12\times20\times10^{3}=0.24W\)。振荡器的效率\(\eta=\frac{P_0}{P_{in}}\times100\%=\frac{10\times10^{3}}{0.24}\times100\%\approx4.17\%\)。七、习题6.71.题目：图6.3所示为一晶体振荡器电路，试分析其工作原理，并说明晶体在电路中的作用。2.解答：工作原理：晶体管构成放大器，晶体作为选频元件，满足振荡的相位条件和幅度条件，产生稳定的振荡频率。晶体作用：晶体具有很高的品质因数，其等效谐振频率非常稳定，在电路中提供一个精确的振荡频率基准，保证振荡器输出频率的稳定性。八、习题6.81.题目：已知某晶体的参数为\(f_s=3MHz\)，\(f_p=3.001MHz\)，试求该晶体的串联谐振电阻\(r_s\)、并联谐振电阻\(R_p\)及品质因数\(Q\)（设晶体的等效电感\(L=3H\)）。2.解答：串联谐振频率\(f_s=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}\)，已知\(f_s=3MHz\)，\(L=3H\)，可得\(3\times10^6=\frac{1}{2\pi\sqrt{3C}}\)，解得\(C=\frac{1}{(2\pi\times3\times10^6)^2\times3}\approx1.87\times10^{15}F\)。串联谐振电阻\(r_s=\frac{1}{2\pif_sC}\)，将\(f_s=3MHz\)，\(C=1.87\times10^{15}F\)代入，可得\(r_s=\frac{1}{2\pi\times3\times10^6\times1.87\times10^{15}}\approx28.3\Omega\)。并联谐振频率\(f_p=\frac{1}{2\pi\sqrt{L\frac{C}{1+\frac{C}{C_0}}}}\)，已知\(f_p=3.001MHz\)，可据此进一步计算相关参数，但题中未给出\(C_0\)，假设\(C_0\)足够大，可近似认为\(f_p=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}\)，此时\(f_p\approx3.001MHz\)与前面计算的\(f_s\)计算结果相符。并联谐振电阻\(R_p=\frac{L}{r_sC}\)，将\(L=3H\)，\(r_s=28.3\Omega\)，\(C=1.87\times10^{15}F\)代入，可得\(R_p=\frac{3}{28.3\times1.87\times10^{15}}\approx5.6\times10^{14}\Omega\)。品质因数\(Q=\frac{2\pif_sL}{r_s}\)，将\(f_s=3MHz\)，\(L=3H\)，\(r_s=28.3\Omega\)代入，可得\(Q=\frac{2\pi\times3\times10^6\times3}{28.3}\approx2.01\times10^6\)。九、习题6.91.题目：设计一个频率为\(10MHz\)的晶体振荡器，要求画出电路原理图，并说明各元件的选择依据。2.解答：电路原理图：采用皮尔斯晶体振荡器电路，晶体与电容、晶体管等组成振荡电路。元件选择依据：晶体：选择标称频率为\(10MHz\)的晶体，其串联谐振频率和并联谐振频率应满足设计要求，以提供精确稳定的振荡频率。电容：根据晶体振荡器的特性和设计要求，选择合适的电容值来与晶体配合，确定振荡频率。晶体管：选择高频性能好、放大倍数合适的晶体管，以保证电路的起振和稳定振荡。十、习题6.101.题目：简述正弦波振荡器的组成部分及其作用。2.解答：正弦波振荡器主要由以下部分组成：放大电路：对微弱的信号进行放大，以满足振荡的幅度条件。选频网络：确定振荡器的振荡频率，保证输出为单一