高频电子线路(12页).doc

-高频电子线路-第 12 页 第一章 思考题与习题  1-1  无线电通信系统由哪几部分组成？各部分的功能如何？    答：典型的点对点无线电通信系统的基本组成： 图示的无线电通信系统由信源、调制器、发信机、信道、收信机、解调器和信宿七部分组成。信源将原始的语音、图像信息变化为电信号，如麦克风将声音转化为语音电信号、各种传感器获得的电信号等。这种原始的电信号，在频谱上表现为低频信号，称为基带信号。基带信号通过调制器转化为高频的已调波信号，使之适合信道中的传输，已调波信号大多为带通信号。 高频的已调波信号经过发信机进行功率放大，由发送天线产生电磁波辐射出去；电磁波经过自由空间传播，到达接收天线，在接收天线上感应电流，再通过收信机进行信号放大等处理恢复已调波信号；由接收端的解调器对已调波信号进行解调，恢复原基带信号，并经过信息处理获得信息。   1-2  无线电通信为什么需要采用调制解调技术？其作用是什么？ 答：由于无线信道的各种影响，无线电通信必须选择可靠的传输信道，将基带信号调制到指定的信道上传输，降低天线要求，适应多路传输的要求等，无线电传输均采用调制技术。在模拟调制技术中，主要是用基带信号去控制载波信号的振幅、频率或相位的变化，即幅度调制、频率调制和相位调制。   1-3  无线电通信的接收方式有哪几种？超外差接收机有何优点？ 答：通常，由于信号的衰落，接收天线获得的电磁波信号微弱，需要先进行信号放大，再进行解调，这种接收机的结构称为直接放大式接收机，该接收机结构对不同的接收频率，其接收机的灵敏度(接收微弱信号的能力)和选择性(选择不同电台的能力)不同，已经较少实用。 目前大多采用超外差接收机的结构，接收天线获得感应信号，经过高频小信号放大器进行放大，并与本地振荡器进行混频，获得两个高频信号的频率之和信号或频率之差信号，这两个信号的包络仍保持已调波信号的包络不变，称为中频，和频称为高中频，差频称为低中频，后续的中频放大器选择和频信号(或差频信号)进行放大和检波，恢复原始的调制信号。 超外差接收机将接收到的不同载波频率的高频信号转变为固定的中频，如调幅收音机的中频为465kHz。由于中频信号的载波频率是固定的，中频放大器的选择性和增益与接收的载波频率无关，因此简化了接收机的结构。 1-4  中波、短波收音机，调频收音机各有什么特点？1-5  电磁波有哪几种传播方式？与信道、工作频率有何关系？ 解：无线电传播方式可分为地波传播、空间波传播和天波传播。 电磁波的频率不同，其传输方式会有所差异。对频率较高的信号，电磁波为直线传输，称为空间波。由于地球曲率的影响，此时的收发天线必须足够高，电磁波才能直达，因此空间波传输也称为视距传输，长距离通信时就需要进行中继传输。 对频率较低信号，电磁波可沿地面传输，称为地波，由于波的绕射特性，地波可应用于远程通信。 在地球大气层中，从最低层往上依次为对流层、平流层和电离层。在地球表面1012km处的对流层，存在大量随机运动的不均匀介质，能对电磁波产生折射、散射和反射，在地球上空60km以上的电离层，可吸收、反射电磁波，利用电磁波在大气层的折射、反射、散射的传输方式称为天波。 对于短波电台而言，短波广播通常集中在某一段时间播放，显得异常拥挤。不过通常电台会在不同时段使用不同频率播出相同的节目，例如短波15-18MHz在每天中午至傍晚可以收听到很多电台节目，晚间10点以后只能收到极少电台节目，甚至连收音机的背景噪音都变小了；短波7MHz以下在白天很难清楚地收听广播，但到了深夜，却能很好地收听节目，短波9-12MHz全天都能收到广播，但早晨和晚上收听效果最好，电台多，声音又清楚。还有，如果您经常收听广播，就会发现，很多电台每小时都有规律地改变播出频率。 由于电离层经常发生快速的变化，使得收听短波经常出现类似海浪般忽大忽小的声音，这是收听短波的一种普遍现象，即使在电子线路利用了自动增益控制（AGC）来消除这种现象，但是在严重的情况下，仍会感觉出声音忽大忽小。 1-6  查阅相关资料，了解短波信道、移动通信信道各有什么特点？ 解：短波与超短波大部分为天波和对流层散射。由于易受到大气环流、太阳风暴、宇宙射线等环境影响，天波传播的信道非常不稳定，导致接收电磁波信号的幅度发生随机性的变化，称为衰落(Fading)，如在收听短波广播节目时，声音时高时低，甚至断断续续。电离层的多变性及对电波的吸收作用，将会减弱短波信号，或造成较长时间的通信阻断。同时，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播路径和传播时延，因此会导致波形失真，这就是电离层的色散性。电离层的高度是变化的，甚至发生剧烈变化，会导致电磁波产生附加的频移呈现“多普勒效应”。  移动通信的工作频段多为分米波段，即特高频段，电磁波的传播方式为直射传播或反射。移动通信信道中，由于基站和移动台之间的反射体、散射体和折射体的数量特别多，电磁波发生散射、反射和折射，引起信号的多径传输，使到达的信号之间相互叠加，其合成信号幅度表现为快速的起伏变化，称为幅度衰落。电磁波在传播过程中，具有不同的信道时延，这将导致接收信号的波形被展宽，称为时延扩展，从而导致接收信号的频率选择性衰落。同时，移动台的运动会产生多普勒频移，并由此引起衰落过程的频率扩散，称为时间选择性衰落。移动通信的信道特性非常复杂，选择性衰落特性严重影响信号传输的可靠性。为了获得满意的通信质量，需要采用各种抗衰落的调制解调技术、编解码接收技术及扩频技术等，其中最广泛使用的是分集接收技术。 1-7  什么是基带信号、载波信号和已调波信号？各有什么特点？ 解：为适合信道传输，降低天线要求，适应多路传输的要求等，无线电传输均采用调制技术。在模拟调制技术中，主要是用基带信号去控制载波信号的振幅、频率或相位的变化，即幅度调制、频率调制和相位调制。基带信号为低频信号，也称为调制信号，如语音信号、图像信号等。 载波信号为高频信号，即通过天线发送的高频信号，为发射机本身产生，用于携带基带信号。 已调波为调制波，如幅度调制信号即保持载波频率大小，但幅度受到基带信号的控制；频率调制信号的幅度为恒定值，其频率的大小受到基带信号的控制；相位调制信号保持幅度恒定，其频率为载波频率，但相位变化受到基带信号控制。 1-8  为什么说调频波所占的频带比调幅波宽很多，调频波比调幅波的抗干扰能力强？  解：中、短波收音机采用调幅方式，带宽为9kHz，调频广播为调频方式，带宽为75kHz。    语音信号为带宽为300-3kHz，高达10kHz，显然，调幅广播对语音的高音部分是抑制的，因此，调频广播的音质优于中短波广播。    同时，无线电传播的干扰，表现为幅度干扰，若干扰幅度较小时，干扰不足以改变载波频率的变化。因此干扰对幅度的影响，对调幅收音机将直接影响话质，而调频收音机在解调前有一级幅度稳幅电路，消除干扰的影响，语音信息均携带在频率变化中，因此，干扰对话音的影响较小。 此外，干扰信号大多处于低频段，如中短波段，而调频处于更高频段，干扰信号的能量要低一些，如电机干扰等。 2-2  查阅功率管MRF137相关资料，了解三极管各模型的电路参数含义与物理意义。 解：MRF137为射频场效应功率管，N沟道增强型模型。 宽带打工率输出，频率上限到400MHz， 工作电压28V、150MHz时，输出功率达到30W、最小增益13dB，典型的效率达到60%。 2-3  试分析图2-23的9:1传输线变压器的阻抗变换原理。 解：9:1传输线变压器有两种结构，如图所示，以图(a)为例。首先，考虑传输线模式，传输线1-2与3-4、5-6与3-4、7-8与3-4构成三组传输线，其对应电流大小相等，方向相反，若3-4上大小为I，如图示，负载RL上的电流为3I、电压为U12。 其次，考虑变压器模式，有U12=U34=U56=U78  该电路的输入阻抗为2-4  设计电子噪声测试系统，观测电阻在不同电压条件下的噪声情况，并与集成放大器(如OP07、OP27、OP37)的噪声情况进行比较。 解：略 2-5  无源集总器件在高频工作时的等效模型，Philips公司给出了如题图2-1所示的不同模型，试分析其模型含义，并就其响应特性与本章介绍的等效模型进行比较，说明其合理性。 解：a)与教材给出模型相比，如图（a），RC为电阻的端分布电容，R为实际电阻，RL为引线电感。与图(1)相比，差别为引线分布电容RC，图(1)忽略引线电感的分布电容。 b)与教材给出模型相比，如图（b），2xR为电容C的引线损耗电阻，C为实际电容，CL为引线电感，两者差别不大。c)与教材给出模型相比，如图（c），Lbr为电感L的损耗电阻，C为实际电容，Lar为引线电感，两者差别不大，但图(C)更简化2-6  研究二极管噪声的产生机理，设计一白噪声发生器，要求输出噪声电压30300mV。 解：PN结二极管的噪声主要有三种来源，即热噪声、散粒噪声和闪变噪声（1/f噪声）。热噪声和散粒噪声（中低频）都与频率无关，即是所谓白噪声。 热噪声与通过电阻多数载流子的热运动相关，这种噪声的大小既与温度有关，也与电阻（交流电阻）大小有关。由于PN结的正向交流电阻很小，而反向电流又很小，所以热噪声也很弱，如其噪声均方根电压仅大约为4nV。 散粒噪声是电子管、晶体管器件中产生的一种电流噪声，载流子通过势垒区不均匀引起的电流微小起伏而形成的。由于越过PN结的少数载流子将会不断遭受散射而改变方向，同时又会不断复合与产生，载流子的速度和数量将会出现起伏，从而造成通过PN结的电流和相应其上的电压的涨落，这就是散粒噪声。显然，通过PN结的电流愈大，载流子的速度和 数量的起伏也愈大，则散粒噪声电流也就愈大。散粒噪声的电压有效值比热噪声的要大得多，可以忽略热噪声。 采用雪崩式击穿二极管所产生的噪声电平大于隧道效应二极管所产生的噪声电平，而且该噪声电平还会随二极管的齐纳电压而上升，这是由于雪崩击穿是在电场作用下，载流子能量增大，不断与晶体原子相碰，使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对，这就是倍增效应，因此反向电压应大于6V。这里放大器选择：低噪声、宽带；也可选择AD603、AD844、BUF634组合。2-7 如题图2-2所示某无源器件的阻抗频率特性，试画出其等效电路，分析该器件是电阻、电容或电感？解：该元件为电阻。等效电路为2-9 如题图2-3所示三种情况，其中电容、电感的电抗值是工作频率100MHz时阻抗值，单位为欧姆。试计算该点电容，电感的大小，并在BFG425W晶体管输出的阻抗圆图中画出它们的阻抗图。解： 已知特性阻抗为50，负载阻抗如下： Z1 = 100 + j50    Z2 = 75 - j100   Z3 = j200     Z4 = 150 Z5 = （开路）    Z6 = 0（短路）   Z7 = 50      Z8 = 184 - j900 Z9=10+j25        Z10=25-j(10-25)   Z11=(25-50)+j25 对上面的值进行归一化并标示在圆图中： z1 = 2 + j         z2 = 1.5 - j2        z3 = j4       z4 = 3  z5 = 8           z6 = 0             z7 = 1        z8 = 3.68 - j18 Z9=0.2+j0.5      Z10=0.5-j(0.2-0.5)   Z11=(0.5-1)+j0.52-11 试计算T型和型电阻网络的噪声系数1、 T型网络1） 对于无源电阻网络，其输入噪声功率和输出总噪声功率相等，噪声系数的计算可以简化为功率增益的倒数。 2）采用额定功率法3） 采用开路电压法2、 型网络1） 对于无源电阻网络，其输入噪声功率和输出总噪声功率相等，噪声系数的计算可以简化为功率增益的倒数（无源电阻网络，信号经过电阻网络，会被衰落，而电阻噪声不能被衰落，而是维持不变；这与放大器不同：放大器放大信号的同时，也会放大噪声，同时放大器本身还产生噪声）。输出匹配功率：4） 采用短路电流法第三章  思考题与习题 第四章 3-1 LC串联谐振回路和并联谐振回路的特点各是什么？在电路中各有何作用？ 解：1                      串、并联谐振回路的性能比较3-2 当LC串联谐振回路谐振于f0时，回路阻抗 最小   且为 纯电阻 ；当激励信号频率f<f0时，回路呈现 容性  特性，当f>f0时，回路呈现 感性  特性。  3-3当LC并联谐振回路谐振于f0时，回路阻抗 最大  且为 纯电阻 ；当激励信号频率f<f0时，回路呈现 感性  特性，当f>f0时，回路呈现 容性   特性。3-4 某LC并联谐振回路的固有频率为f0，当其串联在电路中时，能阻止信号通过的频率为   f0 ，相对于 带阻 滤波器；当其并接在电路中时，却容许信号通过的频率为 f0  ，相对于 带通  滤波器。 3-5 部分接入系数为p，则对应的阻抗和信号源接入后的值为3-6  收音机的中频放大器，其中频频率为465kHz，带宽为9kHz。 （1）若一级中频电路实现，回路电容为200pF，试计算回路电感和品质因数；若电感线圈的品质因数为100，则回路上需要并联多大的电阻才能满足要求? （2） 一般收音机采用三级中频级联，试重新计算上一题。3-7  接收机的波段内调谐的回路如题图3-1所示。可变电容C的变化范围为12260pF，Ct为微调电容。当要求该回路调谐范围为5351 605kHz，求回路的电感L和电容Ct的值，使电容的C的范围与调谐频率范围一致。3-8 试分析图3-14(b)所示，电容耦合双调谐回路的归一化输出电压幅频特性。 解：耦合电容两端的电压为sU和0U 。令3-9试分别计算RC串联、LC并联谐振回路、部分接入谐振回路的噪声均方值和噪声系数。 解：噪声系数的概念仅仅适用与线性网络，对于非线性网络，信号与噪声、噪声与噪声间会相互作用，因此即使网络为无噪声网络，输出信噪比与输入信噪比也不相等。 1）RC并联电路3部分接入电路 显然，若回路为无噪声网络，即00G=，噪声系数1FN=。 说明：对于线性网络，如选频网络，对白噪声的频谱是有影响的，如输入的为宽带白噪声，输出为非均匀的窄带噪声。这里计算是假设噪声带宽没有变化，简化计算得到的。第四章 思考题与习题 4-1  A类、B类、C类功率放大器各有什么特点?试详细比较。4-2  为什么低频功率放大器不能工作于C类，但可以采用高效D类功率放大器(脉冲功率放大器)？  解：C类放大器的信号导通半角小于90度，信号严重失真，后续谐振回路进行选频输出，音频信号为带通信号，信号频率为300-3000kHz，若直接进行C类放大器，则信号的低音300-1500Hz信号的谐波失真成分仍在信号的带宽内，无法通过滤波器或谐振回路选取，因此不能工作于C类放大；D类功率放大器就是PWM型功率放大器，是一种调制解调型放大器，将音频信号控制载波的脉宽，通过放大PWM信号，通过低通滤波器选择获得放大的音频信号输出。4-3  C类功率放大器工作在过压状态时，为什么电流波形会出现下凹?若用阻性负载时为什么不会出现下凹？ 解：3  C类功率放大器工作在欠压状态或临界时，输出基波电压幅度与电流脉冲幅度沿负载线成比例关系变化，但在过压区，电流脉冲值较小时，输出电压与电流脉冲变化沿负载线变化；但当电流脉冲值较大时，进一步上升时，由于负载的作用（谐振回路），产生的基波电压幅度较大，致使三极管的集电极-发射极的电压减小，进入深度饱和状态：当基波电压按照自身的正弦波规律减小时，集电极-发射极的饱和电压减小，由于基区调制效应，导致基极电流和集电极减小，从而出现电流脉冲减小；当基波电压按照自身的正弦波规律增大时，集电极-发射极的饱和电压增大，由于基区调制效应，导致基极电流和集电极增大，从而出现电流脉冲开始上升，这样出现电流脉冲下凹的现象。 如果采用电阻负载，则输出电压波形与电流波形一致，两者为线性关系：当基极电流增大使三极管进入到饱和状态时，集电极电流不再增大，出现失真，对应的输出电压也不再增大，出现饱和失真（这一点与谐振回路负载不同，电流脉冲不再增大，但输出电压仍按自身规律增大或减小，反过来对电流波形产生影响。）；当基极电流减小使三极管进入截止状态时，则集电极电流也减小到零，出现截止失真，输出电压也跟随出现截止失真，因此输出电压不会对集电极电流形成反作用。4-4  图4-2为小信号调谐放大器，工作频率f0 = 10.7MHz，回路电感L13 = 4 mH、Q0 = 100，线圈的匝数分别为：N12 = 15、N23 = 5、N45 = 5，所用晶体管的主要参数：250MHzTf、gie = 1.2mS、Cie = 12pF、goe = 400 mS、Coe = 9.5pF、yfe=45ms-22°、yr=310ms-88.8°。 求：1)单级放大器的电压增益、功率增益、有载品质因数、通频带和矩形系数；     2)若两级级联，试计算电压增益、功率增益、通频带和矩形系数；     3)若集基电容bc3pFC¢=，试设计中和电路消除其影响。 解：等效电路4-5  高频功率放大器的临界、欠压和过压是如何划分的？各有什么特点？当EBB、ECC、Vim、RL四个外界因素中，一个因素发生变化、其他因素不变时，高频功率放大器的状态如何变化？ 解：高频功率放大器的临界、欠压和过压状态的划分是依据输出基波电压幅度与电源大小的关系划分的。 部分文献根据高频功率放大器的工作是否进入饱和区，可将放大器的工作状态分为欠压、过压和临界三种，这种区分方法不够准确。   C类放大器，信号较小时，处于截止状态，当信号较大时，进入放大、甚至达到饱和区。欠压、过压和临界均工作在放大或饱和区，具体的划分如图所示。图中，临界线为QA，上方为欠压区，下方为过压区。   当输入信号较小时，集电极电流脉冲如图中所示，当负载阻抗不同时，对应的输出基波电压不等，显然，当集电极电流脉冲幅度一定时，过压区输出的基波电压幅度高于临界输出电压幅度，也高于欠压区工作的输出基波电压幅度。因此，当输入信号一定时，处于过压状态的输出基波电压幅度要高于欠压状态时的，此时集电极电流均为余弦脉冲。  当输入信号较大时，使三极管进入饱和区。在欠压区，输出基波电压不会对集电极电流脉冲产生影响，但在过压区，由于集电极电压minCEu较小，进入深度饱和，输出基波电压对集电极电流脉冲产生影响，出现下凹。4-6  一高频功率放大器工作于临界状态，电源电压ECC稳定，若出现以下现象，试分析其产生的原因，并说明其工作状态是如何变化的。 (1) 输出功率变大，但效率降低，而uBEmax和输出电压幅度V0却没有改变。 (2)输出功率变小，但效率提高，而uBEmax和uCEmin却没有改变。 (3)输出功率变大，且效率略有提高，而输出电压幅度V0却没有改变。 (4)输出功率减小一半，而效率保持不变，此时发现输入信号Vim也减小一半。 (2) 输出功率变小，但效率提高，而uBEmax和uCEmin却没有改变。 如上图，     从临界状态A到过压状态C：     先增大负载，再减小输入电压     结果：集电极电流减小，直流供电功率减小，输出功率减小，此时功耗也减小，但效率增大（过压状态）。  (3)输出功率变大，且效率略有提高，而输出电压幅度V0却没有改变。     先减小负载到欠压，再增大输入电压到微过压状态 (4)输出功率减小一半，而效率保持不变，此时发现输入信号Vim也减小一半。4-7  某谐振功率放大器工作于临界状态，功率管的参数为：fT=100MHz，b=20、集电极最大耗散功率为20W，临界饱和线的跨导为gcr = 1A/V，转移特性曲线如题图4-1所示。已知ECC=24V，EBB= -1.5V、VBZ=0.6V、Q0=100、QL=10，=70ocq，=0.9x，求集电极输出功率P0和天线馈出功率。天线输出功率4-8  晶体管谐振功率放大器工作于临界状态，hc=70%，ECC=12V，Vc1=10.8V，电路回路电流Ik=2A(有效值)，回路损耗电阻r=1。试求qc，P0，Pc。4-9  放大器处于临界工作状态，如图4-37所示，分析发生如下情况，集电极直流电流表与天线电流表的读数如何变化。解：根据耦合电路理论，当天线回路调谐到串联谐振状态时，其反射到L1C1中介回路的等效电阻为因而中介回路的谐振电阻为(1)天线开路：AR增大，pR减小，三极管进入欠压状态，集电极直流电流表读数增大，天线电流表的读数为零。 (2)天线短路：AR减小，pR增大，三极管进入过压状态，集电极直流电流表读数减小，此时，输出功率也减小，因此，天线电流表的读数也减小。 (3)中介回路失谐：集电极的集电极直流电流表读数增大，但输出功率下降，因此，天线电流表的读数也减小4-10  某广播电台规划发射功率为1 000W，现将采用传输线变压器混合网络组成功放机柜，现有单机功率50W、100W的功率放大器若干，试设计其混合网络结构，负载电阻为50。  4-11  试采用功率管MRF137，设计一功率放大器，输出功率50W，负载50，工作频率50MHz。  4-12试结合表4-4所列举的混合网络功率分配与合成条件，分析功率分配的工作原理。  4-13 题图4-2所示电路，分析其中传输线变压器的作用。解：Tr：不平衡平衡转换；2Tr反向分配；3Tr 4：1阻抗变换； 4Tr 4：1阻抗转换；5Tr反向合成；6Tr平衡-不平衡转换。 4-14 设计一个E类放大器，工作频率为8MHz，输出到负载12.5W上的功率为25W假设晶体管为理想器件，输出电路的Q为10。4-15 若选用场效应管，试分析E、F类高频放大器的功率与效率。第五章 思考题与习题 5-1  什么是正弦波振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？振荡器输出信号的波形、幅度和频率分别由什么决定？ 解：自激振荡器由放大、选频和反馈三个环节组成，反馈网络决定了起振荡、平衡与稳定条件，选频网络决定了输出波形和频率。 振荡器在系统通电瞬间，由于没有输入信号，输出本应没有信号。但电路中存在噪声、通电瞬间的电流冲击等，这些干扰或扰动信号具有极宽的带宽，含有丰富的频率成分，经过放大、选频，输出为单一频率的信号，该信号又通过正反馈，不断地进行放大、选频，最后获得具有一定幅度、频率纯度高的正弦波信号。 从相位上看，振荡器必须是正反馈电路；从幅度上看，振荡器起振是一个幅度渐渐增大的过程，但在实际电路中，振荡器起振、振幅增大的过程是非常短暂的。 在正反馈的作用下，振荡器的输出信号幅度会越来越大，但由于放大器的非线性作用，信号幅度不可能无限增大，在合适的幅度上达到平衡，形成稳定的输出。幅度平衡时，输出5-2  振荡器的静态工作点为何置于微导通的位置？其幅度稳定输出是如何获得的？倘若将其静态工作点移至略小于导通处，试说明在开机时如何才能产生振荡，为什么？ 解：振荡器在工作过程中，其工作状态是变化的，从最初的甲类放大，到振荡时的丙类。     为了使振荡器能够自启动（即软激励），静态工作点为何置于微导通的位置，微弱信号经过不断的放大-选频-反馈-放大，增大幅度达到稳定幅度输出。 幅度的稳定，使通过振荡器自动调整反馈回路的环路增益实现的，如自动调整放大器的工作点改变放大增益，当幅度增大时，环路增益下降，反之环路增益增大，维持输出信号幅度一定。 倘若将其静态工作点移至略小于导通处，开机时振荡器无法自动产生振荡，为硬激励，此时可以采用起子、手的接触给予外部激励，当幅度增大，达到平衡的稳定工作点时，产生连续的振荡。 5-3温度特性为何与晶体的振动模式与切割方式有关？为什么晶体振荡器大多工作在泛音模式，有什么优点？ 解：石英是由硅原子和氧原子组合而成的二氧化硅，以32点群的六方晶系形成的单结晶结构，单结晶的石英晶体结构具有压电效应特性，当施加压力在晶体某些方向时，垂直施力的方向就会产生电位。相对的，当以一个电场施加在石英晶体某些轴向时， 在另一些方向就会产生变形或振动现象，为压电效应，不同的石英切割角度及不同电极型状的电场效应，石英可展现出不同的振动模态，如扰曲模态、伸缩模态、面剪切模态和厚度剪切模态。 温度系数是晶体谐振频率在温度变化时的稳定性或偏差量。决定温度系数的因素有：振荡模式、轴向与晶棒平面的关系、晶片的尺寸及谐波，除此之外，振荡线路上的负载电容、驱动功率的特性，也会影响到振荡线路输出频率对温度变化的稳定性。 石英切割有AT-、BT-、CT-、DT-、NT、GT等板片，不同的切割方向的板片具有不同的弹性常数张量、不同的压电常数张量及不同的介电常数张量，这些张量在石英组件的设计及应用上展现了不同的振荡及温度特性。从石英内部结构看，石英频率因温度变化而改变，是由于石英材料在各个坐标轴向的热膨胀系数不同，当温度变化时，影响晶体的弹性系数，各轴向晶格距产生些许变化。 所谓泛音，就是石英晶体振动的机械谐波，位于基频的奇数倍附近，且两者不能同时存在。在振荡器电路中，如果要振荡在某个泛音频率上，那么就必须设法抑制基频和其他泛音频率。而因为石英晶体的带宽很窄，所以在基频振荡时，肯定会抑制泛音频率。当需要获得较高的工作频率时，如果不想使用倍频电路，则可采用泛音振荡器直接产生较高的频率信号。 晶体振荡电路的工作频率越高，晶片越薄，其机械强度变差，因此，工作频率高于20MHz时，一般采用泛音晶体振荡电路。由于在同样的频率下，泛音谐振器比基音谐振器频率稳定性更好，所以，高稳定度石英谐振器，尽管频率低于20MHz也采用泛音晶体。  5-4  试将题图5-1所示的几种振荡器交流等效电路改为实际电路。 解：5-5  利用相位平衡条件的判决准则，判断题图5-2所示的三点式振荡器交流等效电路属于哪一类振荡器，指出哪些是可能振荡的，哪些是不能起振的，并说明如何修改不能振荡的电路。解： (a)电感三点式振荡器；(b)不能振荡，更改：交换C1和L的位置 (c) 不能振荡，更改：交换C1和L的位置 (d) 不能振荡，更改：交换基极和发射极的接法 (e) 不能振荡，更改：C1改为电感 (f)可能振荡，看具体电感、电容的配置 (g)可以振荡，反馈电容CbC构成电容支路 (h) 不能振荡，更改：C1或C2改为电感  5-6  如题图5-3所示振荡器的交流通路，若振荡器振荡，试问振荡器的输出频率与元器件值的关系如何？各支路为并联支路5-7  某收音机的本机振荡器电路如题图5-4所示。 (1)在振荡器的耦合线圈上标出同名端，以满足相位起振条件； (2)试计算当L35100mH，C2=10pF时，在电容C3可调的范围内，电路的振荡频率范围。解：1）这里三极管为共基组态，2、3为同名端。     2）振荡频率f0为5-8  题图5-5为电感三点式振荡器电路。（原图有误） (1)画出其高频等效电路； (2) 设L1=0.5mH，L2=0.25mH，L3=0.12mH，C=125pF，Q0=50，gm=5mS，gib=0，问能否起振？3)用物理概念说明产生下列现象的原因： a电感线圈抽头A向B端移动时，振荡减弱甚至停振； b电感线圈抽头A向D端移动时，振荡减弱甚至停振； c负载加重后，停振； d将偏置电阻Rb1加大到某一值时，停振； e将偏置电阻Rb2加大到某一值时，停振。 解：1）交流通路与等效电路，通常，振荡电路的交流通路是不考虑电阻支路的，如偏置电路，因为电路支路是消耗能量的。取虚部为零，有：因此，该振荡器是可以起振的。 说明：关于振荡频率和起振条件的计算，不论是环路方程或上述的矩阵计算，其所谓实部、虚部是可以相互转换的，如等式两边乘以j。因此，通常将含有mg的项用于考虑起振条件，含有w的项用于计算振荡频率。 (3) 用物理概念说明产生下列现象的原因：环路增益必然使放大电路进入非线性区，使放大器的放大倍数A减小，以满足AF=1的条件，所以振幅会减弱甚至停振；小时，满足不了AF=1的条件，振荡减弱甚至停振；    c负载加重后，即回路电阻变小，导致回路选择性下降，谐振幅度也会明显下降，以致停振；    d将偏置电阻Rb1加大到某一值时，基极偏置电压下降，进入截止状态，易停振；    e将偏置电阻Rb2加大到某一值时，基极偏置电压增大，进入饱和状态，导致停振5-9  题图5-6为电容三点式振荡器电路，要求： (1)画出其交流等效电路； (2)反馈系数?Fk=若将Fk降为原来的一半，如何调整电容C1、C2的值(振荡频率不变)； (3)将图中Rc改为扼流圈，如何？ (4)Cb、Cc可否省去一个？ (5)Ce开路会发生什么现象？  (6)若输出线圈匝数比N1/N2>>1，从2-2'端测得的振荡频率为500kHz，而从1-1'端测得的频率为490kHz，为什么不一致？哪个准确？解：1）该振荡器为电容反馈三点式振荡器，三极管为共射放大组态。        交流通路与等效电路分别为3)将图中Rc改为扼流圈，维持电源电压不变，此时三极管负载线为垂直线，动态范围增大，振荡幅度将增大。 (4)Cb、Cc，从原理上看，是可以省掉一个的，不 影响振荡器的工作，但实际上，隔直电容使三极管输入电容或输出电容部分接入选频回路，从而减小三极管等效电容的影响，提高振荡器的频率稳定性。 (5)Ce提供发射极的交流通路，使eR为偏置电阻、交流旁路。不消耗交流能量。若开路，eR变为交流放大器的一部分，降低了放大器的放大倍数，即环路增益下降，导致输出幅度减小，甚至停振荡。  (6) 振荡器的工作频率主要由谐振回路参数决定。若振荡频率发生变化，一定是导致参数L、C发生变化引起的。任何测量仪器均存在输入电容或输入电感（大部分呈现容性），在接入被测电路中，将对被测电路产生影响。从2-2'端接入测量仪器，则导致接入回路的容性负载为Cl（该电容与回路电容并联）5-10  题图5-7为石英晶体振荡器电路，试问： (1) 画出振荡器的交流等效电路，说明石英晶体在电路中的作用； (2)Rb1、Rb2、Cb的作用是什么？ (3)电路的振荡频率如何确定？图(a):电容反馈三点式振荡器，晶体作为电感支路使用。图(b):电容反馈三点式振荡器，晶体作为串联支路使用，窄带滤波器。  (2)Rb1、Rb2为三极管工作提供直流偏置，Cb为旁路电容。 *关于电容是否为振荡器选频回路，通常根据其值的相对大小和位置进行判断。如图(a)中，除0.01Fm电容外，所有电容均为pF级，因此，大电容0.01Fm判为旁路电容。 如图(b)中，所有电容均为pF级，但Cb为6800pF，远大于其他电容值，且基极接偏置电阻Rb1、Rb2，因此，Cb为旁路电容（否则，偏置电阻Rb1、Rb2也为振荡器的交流部分了，那会消耗交流能量的）。3)电路的振荡频率: 图(a)的振荡电路频率由振荡器的回路参数决定，在标称频率5MHz附近，且微调电容可以适当调整。 图(b)的振荡电路频率由晶体串联振荡频率决定，为标称频率47MHz。  5-11  试根据如下条件画出晶体振荡器的实用电路。 (1)采用NPN三极管； (2)晶体作为电感元件； (3)负电源供电； (4)晶体三极管的EC间为LC并联谐振回路； (5)发射极交流接地。 解：这里由两种电路选择：电感反馈、电容反馈5-12  短波收音机的接收频率范围为330MHz，频率覆盖系数达到10，一般的本地振荡器无法兼顾覆盖系数过大的振荡器，常采用分频段处理，试采用电容三点式振荡器结构设计多波段的短波接收机的本地振荡器，若采用锁相环或直接数字合成，设计参数如何？ 解：振荡器电路的频率需要调整时，一般采用：电感控制频段选择，即频率初调，而电容用于控制具体频率细调。容三点式振荡器由于起振容易、波形好，常用于收音机等接收机的本地振荡器，特别是改进型的西勒振荡器电路。 电感L1、L2、L3用于切换振荡频率的波段，可调电容4C控制具体的振荡频率与微调。采用锁相环，也存在频率覆盖的问题，可以切换定时电容处理。不过目前的技术发展，锁相环或直接数字合成技术均可以产生覆盖短波和超短波的频率合成器，满足短波、超短波接收机本振的需要。5-13  已知一阶锁相环路鉴相器的Ud=2V/Hz，压控振荡器的KV=104 Hz/V，自由振荡频率为f0=1MHz。试问当输入信号频率fi=1.015MHz时，环路能否锁定？若能锁定，稳定相差为多大？此时的控制电压为多大？ 解：根据题意，环路的直流总增益为5-14  如题图5-8所示的频率合成器中，若可变分频器的分频比为N=760860，试确定输出频率的范围及频率间隔大小。问 1）环路能否进入锁定？为什么？   2）环路的最大和最小瞬时频差值为多少？   3）画出鉴相器输出波形()dut   4）为使环路进入锁定，在鉴相器和VCO之间加了一级直流放大器，问其放大量必须大于多少？直流放大器的放大倍数必须大于9才能使环路锁定。5-17  结合标准VCO设计电路，结合仿真软件，设计340460MHz的压控振荡器。具5-18  采用FPGA技术，设计32位DDS芯片，测试其功能。第六章 思考题与习题 6-1 分析为何短波段远距离通信常采用单边带体制？ 解：首先短波信道频率资源非常紧张和拥挤，由于全球共享同一频段，因此要求尽量减少信号带宽；其次，短波通信长采用的调幅体制，包含相同信息的上下两个边带和不包含信息的载波，为节省带宽资源和节省发射功率考虑，短波段远距离通信常采用单边带体制。解：调幅波是经过非线性变换得到的，有频谱搬移，包括载波和上下两个边带，其时域波形的特点是：高频信号的幅度包络变化与低频信号的幅度变化规律一致。 而信号叠加为线性运算，没有新的频率成分产生，频域上依然为高频和低频两条谱线，时域上是高频信号附着在低频信号的波形上，使低频信号的幅度呈现持续的寄生振荡。 如图所示。6-4  试用乘法器、加法器、滤波器设计调制电路，实现下列信号框图：1)AM波；2)DSB信号；3)SSB信号。