實用的無線發射電路應包括正弦波振蕩電路、調製電路、高頻功率放大電路和天線。
本章逐一討論振蕩電路、功放電路、天線等單元電路結構、工作原理和特性,調製電路在第3章討論。
一、正弦波振蕩電路組成
X0-輸出正弦波電壓
Xf-反饋電壓,即放大電路的輸入電壓
接下來推導正弦波振蕩的平衡條件
電路達到穩定後(即振蕩電路有穩定的輸出)應有:
反饋電壓等於(yu) :
由此求得:
稱為(wei) 正弦波振蕩的平衡條件,表明正弦波振蕩電路形成穩定輸出後,放大電路的放大倍數和反饋網絡的反饋係數的乘積等於(yu) 1。
是相量式 兩(liang) 邊的模應該相等,求得
稱為(wei) 幅值平衡條件
兩(liang) 邊相位也應該相等,得稱為(wei) 相位平衡條件
根據上述兩(liang) 個(ge) 平衡條件可以導出正弦波振蕩電路產(chan) 生穩定輸出所需要滿足的3個(ge) 條件:
(1)起振條件
振蕩電路接通電源以前以及剛接通電源時的輸出為(wei) 零,這表明振蕩電路輸出電壓從(cong) 零變化到穩定值有一個(ge) 逐漸升高的過程,這個(ge) 過程即為(wei) 振蕩電路的起振。
起振過程中,輸出電壓不斷升高,反饋係數和放大倍數幅值的乘積就應該大於(yu) 1,即
稱為(wei) 振蕩電路起振條件。
既要滿足平衡條件,又要滿足起振條件,有矛盾嗎?
放大倍數A是一個(ge) 隨工作狀態變化的量,起振時,放大電路工作於(yu) 線性區,A的數值較大,隨輸出電壓的增加,進入非線性區域後,A的數值隨放大電路輸出信號振幅變化,振幅變大,A變小,穩定時A滿足平衡條件,振幅趨於(yu) 穩定。
(2)形成正反饋
相位平衡條件式滿足時,振蕩電路的反饋電壓就會(hui) 形成正反饋
假設初始時刻放大電路輸入電壓的極性為(wei) “正”,如圖,經過放大電路,產(chan) 生相位移動φA,經過反饋網絡又產(chan) 生相位移動φF,因此所形成的反饋電壓與(yu) 初始輸入電壓之間的相位差等於(yu) φA+ φF,根據相位平衡條件,兩(liang) 者之和等於(yu) 2π的整數倍,這表明反饋電壓和初始電壓相位相同,因此振蕩電路所形成的為(wei) 正反饋。
(3)必須有一個(ge) 選頻的環節
按照相位和振幅平衡條件,各種不同頻率的信號都可能在輸出端形成穩定的輸出,這樣一來,振蕩電路輸出的就不是正弦波電壓,而是各種頻率合成的振蕩信號。
為(wei) 了獲得正弦波電壓輸出,就必須有一個(ge) 選頻的環節。
高頻電子技術中用到多種選頻電路,我們(men) 以LC諧振回路為(wei) 例進行說明。
LC並聯電路的特性曲線如下圖,(a)是LC並聯電路,(b)是幅頻特性曲線,(c)為(wei) 相頻特性曲線。
(b)表示輸入信號頻率等於(yu) 諧振頻率f0時,回路表現為(wei) 很高的阻抗:
用LC回路組成反饋選頻網絡
圖中隻有頻率等於(yu) f0的正弦波信號才在LC回路兩(liang) 端形成最大的輸出電壓,對其他頻率的信號,LC回路是低阻抗,建立不起高的電壓,因此輸出端得到的就是頻率等於(yu) f0的正弦波電壓。
反饋電壓取自輸出電壓並進行倒相,形成的是正反饋
二、正弦波振蕩電路主要性能指標
高頻電子技術中主要通過以下三個(ge) 指標來衡量正弦波振蕩電路的優(you) 劣。
1、振蕩頻率
高頻電子技術所涉及的振蕩頻率都比較高,例如在獲得廣泛應用的甚高頻至特高頻段,無線電波的頻率在30MHz至3000MHz之間。某種振蕩電路能否獲得應用,決(jue) 定於(yu) 這個(ge) 電路能否產(chan) 生如此高頻的正弦波電壓輸出,因此振蕩電路的振蕩頻率自然就成為(wei) 電路的重要特性指標。
2、振蕩頻率的穩定度
振蕩電路的頻率穩定性常用穩定度表示。若振蕩器頻率為(wei) f0,由於(yu) 溫度變化等原因發生了Δf的變化,則用(Δf/ f0)×100%來表示穩定度。實用上,頻率穩定度又分短期穩定度和長期穩定度。頻率的突變一般由電源電壓或外界幹擾變化引起,緩慢的頻率變化,則由環境溫度變化、元件參數變化所致。因此,表示振蕩電路穩定度時,有時用(Δf/ f0)/時,即一小時內(nei) 頻率變化百分之幾;有時也用(Δf/ f0)/月,即一個(ge) 月內(nei) 頻率變化百分之幾。
3、振蕩頻率的可調節性
無線通信時,收發電路的頻率必須相等才會(hui) 有較好的通信效果。在生產(chan) 時卻很難做到這一點,完全相同的設計圖紙所生產(chan) 出來的發射或接收電路的頻率也可能有較大的差異。如果振蕩電路的頻率可以通過某個(ge) 元件,例如可變電容來調節,就可以方便地使發射電路和接收電路的頻率相等。可見,一個(ge) 振蕩電路的頻率是否可調、調節範圍多大、調節是否方便等也是振蕩電路的重要指標之一。
三、振蕩電路的分類
常用的正弦波振蕩電路有以下5類,其中RC振蕩電路頻率過低,高頻電路中不使用,本章首先介紹LC振蕩電路、石英晶體(ti) 諧振器振蕩電路和聲表麵波諧振器振蕩電路。陶瓷諧振器組成的正弦波振蕩電路將在下一章介紹。
(1)RC振蕩電路
(2)LC振蕩電路
(3)石英晶體(ti) 振蕩電路
(4)聲表麵波諧振器振蕩電路
(5)陶瓷諧振器振蕩電路