實用的無線發(fā)射電路應包括正弦波振蕩電路、調(diào)制電路、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(jié)構、工作原理和特性,調(diào)制電路在第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(wěn)定后(即振蕩電路有穩(wěn)定的輸出)應有:
反饋電壓等于:
由此求得:
稱為正弦波振蕩的平衡條件,表明正弦波振蕩電路形成穩(wěn)定輸出后,放大電路的放大倍數(shù)和反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)的乘積等于1。
是相量式 兩邊的模應該相等,求得
稱為幅值平衡條件
兩邊相位也應該相等,得稱為相位平衡條件
根據(jù)上述兩個平衡條件可以導出正弦波振蕩電路產(chǎn)生穩(wěn)定輸出所需要滿足的3個條件:
(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零,這表明振蕩電路輸出電壓從零變化到穩(wěn)定值有一個逐漸升高的過程,這個過程即為振蕩電路的起振。
起振過程中,輸出電壓不斷升高,反饋系數(shù)和放大倍數(shù)幅值的乘積就應該大于1,即
稱為振蕩電路起振條件。
既要滿足平衡條件,又要滿足起振條件,有矛盾嗎?
放大倍數(shù)A是一個隨工作狀態(tài)變化的量,起振時,放大電路工作于線性區(qū),A的數(shù)值較大,隨輸出電壓的增加,進入非線性區(qū)域后,A的數(shù)值隨放大電路輸出信號振幅變化,振幅變大,A變小,穩(wěn)定時A滿足平衡條件,振幅趨于穩(wěn)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形成正反饋
假設初始時刻放大電路輸入電壓的極性為“正”,如圖,經(jīng)過放大電路,產(chǎn)生相位移動φA,經(jīng)過反饋網(wǎng)絡又產(chǎn)生相位移動φF,因此所形成的反饋電壓與初始輸入電壓之間的相位差等于φA+ φF,根據(jù)相位平衡條件,兩者之和等于2π的整數(shù)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正反饋。
(3)必須有一個選頻的環(huán)節(jié)
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(wěn)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。
為了獲得正弦波電壓輸出,就必須有一個選頻的環(huán)節(jié)。
高頻電子技術中用到多種選頻電路,我們以LC諧振回路為例進行說明。
LC并聯(lián)電路的特性曲線如下圖,(a)是LC并聯(lián)電路,(b)是幅頻特性曲線,(c)為相頻特性曲線。
(b)表示輸入信號頻率等于諧振頻率f0時,回路表現(xiàn)為很高的阻抗:
用LC回路組成反饋選頻網(wǎng)絡
圖中只有頻率等于f0的正弦波信號才在LC回路兩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于f0的正弦波電壓。
反饋電壓取自輸出電壓并進行倒相,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指標來衡量正弦波振蕩電路的優(yōu)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,決定于這個電路能否產(chǎn)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電路的重要特性指標。
2、振蕩頻率的穩(wěn)定度
振蕩電路的頻率穩(wěn)定性常用穩(wěn)定度表示。若振蕩器頻率為f0,由于溫度變化等原因發(fā)生了Δf的變化,則用(Δf/ f0)×100%來表示穩(wěn)定度。實用上,頻率穩(wěn)定度又分短期穩(wěn)定度和長期穩(wěn)定度。頻率的突變一般由電源電壓或外界干擾變化引起,緩慢的頻率變化,則由環(huán)境溫度變化、元件參數(shù)變化所致。因此,表示振蕩電路穩(wěn)定度時,有時用(Δf/ f0)/時,即一小時內(nèi)頻率變化百分之幾;有時也用(Δf/ f0)/月,即一個月內(nèi)頻率變化百分之幾。
3、振蕩頻率的可調(diào)節(jié)性
無線通信時,收發(fā)電路的頻率必須相等才會有較好的通信效果。在生產(chǎn)時卻很難做到這一點,完全相同的設計圖紙所生產(chǎn)出來的發(fā)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元件,例如可變電容來調(diào)節(jié),就可以方便地使發(fā)射電路和接收電路的頻率相等。可見,一個振蕩電路的頻率是否可調(diào)、調(diào)節(jié)范圍多大、調(diào)節(jié)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、石英晶體諧振器振蕩電路和聲表面波諧振器振蕩電路。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)石英晶體振蕩電路
(4)聲表面波諧振器振蕩電路
(5)陶瓷諧振器振蕩電路