电子电路学优秀PPT.ppt

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1、电子电路学电子电路学你现在浏览的是第一页，共67页 在一个电子线路中，不加输入信号就有信号输出，在一个电子线路中，不加输入信号就有信号输出，这种现象称为这种现象称为自激振荡自激振荡(oscillation)，实现振荡的电路称，实现振荡的电路称为振荡器为振荡器(oscillator)。振荡器在医学中的应用非常广泛，如超声波诊断振荡器在医学中的应用非常广泛，如超声波诊断仪、各种电疗机等都应用了振荡器。利用振荡可以产生仪、各种电疗机等都应用了振荡器。利用振荡可以产生不同波形和不同频率的交变电压，常见的振荡器有两类，不同波形和不同频率的交变电压，常见的振荡器有两类，一类是正弦波振荡器，另一类是非正弦波

2、振荡器。一类是正弦波振荡器，另一类是非正弦波振荡器。调制调制(modulation)是一种频率较高的波形携带低是一种频率较高的波形携带低频信息的过程，而频信息的过程，而解调解调(demodulation)则是从已调波中则是从已调波中恢复原低频信息的过程，它在生物医学上用于各种生理参恢复原低频信息的过程，它在生物医学上用于各种生理参数的检测和遥测。数的检测和遥测。你现在浏览的是第二页，共67页主要内容主要内容第一节第一节 RC正弦波振荡器正弦波振荡器第二节第二节 LC正弦波振荡器正弦波振荡器第三节第三节 晶体正弦波振荡器晶体正弦波振荡器第四节第四节 调幅与检波调幅与检波第五节第五节 调频与鉴频调

3、频与鉴频你现在浏览的是第三页，共67页第一节第一节 RC正弦波振荡器正弦波振荡器一一.自激振荡的基本原理自激振荡的基本原理1.自激振荡的基本条件自激振荡的基本条件 在前面提到，当放大电路中引入正反馈在前面提到，当放大电路中引入正反馈后，往往会产生自激，从而破坏了放大器的后，往往会产生自激，从而破坏了放大器的正常工作。这说明正反馈放大器有可能形成正常工作。这说明正反馈放大器有可能形成振荡。那么要满足什么条件，才能使正反馈振荡。那么要满足什么条件，才能使正反馈放大器成为一个自激振荡器呢放大器成为一个自激振荡器呢?你现在浏览的是第四页，共67页 自激振荡器包括两部分，一是基自激振荡器包括两部分，一是

4、基本放大器，放大倍数为本放大器，放大倍数为K0；二是反馈；二是反馈电路，反馈系数为电路，反馈系数为F。假设在基本放大器的输入端加输假设在基本放大器的输入端加输入信号入信号ui，经过放大后的输出信号为，经过放大后的输出信号为uo=K0ui，然后经反馈电路，将输出信，然后经反馈电路，将输出信号号uo的一部分即反馈信号的一部分即反馈信号uf=Fuo回送回送到输入端。如果反馈信号到输入端。如果反馈信号uf与输入信与输入信号号ui同相位，则构成正反馈回路，结果同相位，则构成正反馈回路，结果将加强原输入信号。如果此反馈信号的将加强原输入信号。如果此反馈信号的幅度又足够大，即满足幅度又足够大，即满足ufui

5、，那么即，那么即使将输入信号拿掉，电路也能维持有信使将输入信号拿掉，电路也能维持有信号输出，这样就形成了振荡。号输出，这样就形成了振荡。你现在浏览的是第五页，共67页 由此可见，要产生自激振荡，必须具备由此可见，要产生自激振荡，必须具备两个基本条件：两个基本条件：(1)相位条件相位条件 反馈信号反馈信号uf与输入信号与输入信号ui同相位，即同相位，即uf与与ui的相位差为的相位差为=2n=2n(n=0,1,2)(n=0,1,2)(2)幅度条件幅度条件 反馈信号反馈信号uf应大于或等于输入信号应大于或等于输入信号ui，即即uiuf。因。因uf=Fuo，而，而uo=K0ui，所以，所以uf=FK0

6、ui，故本条件可改写为：，故本条件可改写为：FK01 只有满足了以上两个基本条件，电路才只有满足了以上两个基本条件，电路才能形成自激振荡。能形成自激振荡。你现在浏览的是第六页，共67页2.正弦波振荡器的基本组成正弦波振荡器的基本组成 虽然具备了上述两个条件的正反馈放大器虽然具备了上述两个条件的正反馈放大器能够产生自激振荡，但如果同时有许多频率的能够产生自激振荡，但如果同时有许多频率的信号信号(而不是一种频率而不是一种频率)都满足这些条件，那么都满足这些条件，那么输出端获得的振荡信号将不是单一频率的正弦输出端获得的振荡信号将不是单一频率的正弦波，而是一个包含有多种频率信号合成的非正波，而是一个包

7、含有多种频率信号合成的非正弦波或矩形波。弦波或矩形波。为了获得单一频率的正弦波为了获得单一频率的正弦波，振荡电路还必须具有选频作用，具有这种特性振荡电路还必须具有选频作用，具有这种特性的电路称选频电路。多频率的信号通过选频电的电路称选频电路。多频率的信号通过选频电路后，只有某一频率才满足振荡的两个基本条路后，只有某一频率才满足振荡的两个基本条件，从而得到单一频率的正弦波信号。件，从而得到单一频率的正弦波信号。你现在浏览的是第七页，共67页 选频电路，可以由选频电路，可以由R、C元件组成，也可元件组成，也可用用L、C元件组成，还可以由石英晶体组成。元件组成，还可以由石英晶体组成。在实际的振荡电路

8、中，选频电路可以作在实际的振荡电路中，选频电路可以作为一个独立的部分，也可以包含在反馈电路为一个独立的部分，也可以包含在反馈电路中或基本放大器中。中或基本放大器中。从原理上讲，一个自激正弦波振荡器必从原理上讲，一个自激正弦波振荡器必须由以下三部分组成：须由以下三部分组成：基本放大器、正反馈基本放大器、正反馈电路、选频电路电路、选频电路。你现在浏览的是第八页，共67页 3.振荡的建立和稳定振荡的建立和稳定 如上所述，反馈振荡器是把反馈电压如上所述，反馈振荡器是把反馈电压uf作作为输入电压，以维持一定的输出电压。为输入电压，以维持一定的输出电压。这里就有一个问题，既然输出电压是由输这里就有一个问题

9、，既然输出电压是由输入电压放大得到的，而输入电压又是通过反馈入电压放大得到的，而输入电压又是通过反馈电路由输出电压供给的，那么最初的输入电压电路由输出电压供给的，那么最初的输入电压又是怎样得到的呢又是怎样得到的呢?你现在浏览的是第九页，共67页 在振荡电路中不可避免地含有微小的电扰动，如接在振荡电路中不可避免地含有微小的电扰动，如接通直流电源的一瞬间所产生的电脉冲，以及电路的热噪通直流电源的一瞬间所产生的电脉冲，以及电路的热噪声等。声等。由于振荡电路是一个闭合的正反馈系统，因此不由于振荡电路是一个闭合的正反馈系统，因此不管电扰动发生在电路的哪一部分，最终总要传送到基管电扰动发生在电路的哪一部分

10、，最终总要传送到基本放大器的输入端，成为本放大器的输入端，成为最初的输入电压最初的输入电压。这些电扰。这些电扰动一般都包含有丰富的频率成分，但在选频电路的作用动一般都包含有丰富的频率成分，但在选频电路的作用下，只有某一频率分量可以顺利的通过，其余频率成分下，只有某一频率分量可以顺利的通过，其余频率成分均被抑制。被选出的频率分量放大后，经反馈电路又回均被抑制。被选出的频率分量放大后，经反馈电路又回送到基本放大器的输入端，形成一个循环。在第一循环送到基本放大器的输入端，形成一个循环。在第一循环结束时，第二循环即开始，如此循环往复继续下去。结束时，第二循环即开始，如此循环往复继续下去。你现在浏览的是

11、第十页，共67页如果在每次循环中，被选频率分量的反馈如果在每次循环中，被选频率分量的反馈电压与循环开始时的输入电压相比较，不仅相电压与循环开始时的输入电压相比较，不仅相位相同，而且振幅也增大，那么经过上述位相同，而且振幅也增大，那么经过上述放大放大正反馈正反馈再放大再放大再正反馈再正反馈的循环过程，被的循环过程，被选频率分量的振荡将迅速增大，这样自激振荡选频率分量的振荡将迅速增大，这样自激振荡就建立起来了。就建立起来了。你现在浏览的是第十一页，共67页 上述的振荡信号会不会无止境地增长下去上述的振荡信号会不会无止境地增长下去呢呢?不会。因为随着振荡的增长，反馈信号愈不会。因为随着振荡的增长，反

12、馈信号愈来愈大，必将导致晶体三极管进入非线性工作来愈大，必将导致晶体三极管进入非线性工作状态，放大器的放大倍数反而降低，使信号幅状态，放大器的放大倍数反而降低，使信号幅度有减少的趋势。因此正反馈使整个电路的振度有减少的趋势。因此正反馈使整个电路的振幅不断增长，而放大器的非线性则使之减小，幅不断增长，而放大器的非线性则使之减小，最后达到一个相对稳定的幅度，从而获得一定最后达到一个相对稳定的幅度，从而获得一定幅度的幅度的等幅振荡等幅振荡。你现在浏览的是第十二页，共67页二二.RC串并联选频电路串并联选频电路 RC串并联选频电路串并联选频电路由一个由一个R1C1串联电路与一串联电路与一个个R2C2并

13、联电路连接而成。并联电路连接而成。当输入电压当输入电压ui的频率的频率很低时，很低时，C1的容抗远大于的容抗远大于电阻电阻R1，而，而C2的容抗远大的容抗远大于于R2，这时在，这时在R2C2并联电并联电路两端的输出电压路两端的输出电压uo幅度幅度很小，且很小，且uo比比ui超前的相超前的相位接近位接近90。R1C1R2C2你现在浏览的是第十三页，共67页 当输入电压当输入电压ui的频率很高时，的频率很高时，C1的容的容抗远小于抗远小于R1，C2的容抗远小于的容抗远小于R2，这时，这时R2C2并联电路两端的输出电压并联电路两端的输出电压uo幅度很小，幅度很小，且且uo比比ui落后的相位接近落后的

14、相位接近90。因此，在一个适当的中间频率因此，在一个适当的中间频率f0处，处，输出电压输出电压uo与输入电压与输入电压ui同相位，而且这同相位，而且这时的输出电压幅度最大。时的输出电压幅度最大。你现在浏览的是第十四页，共67页 RC串并联电路的电压传输系数串并联电路的电压传输系数T以及以及uo与与ui之间的相位差之间的相位差随输入信随输入信号的频率而变化。右图为其电压传输号的频率而变化。右图为其电压传输系数系数T随频率变化的曲线，称为幅频随频率变化的曲线，称为幅频特性，及特性，及随频率变化的曲线，称为随频率变化的曲线，称为相频特性。相频特性。在实际的电路中，通常取在实际的电路中，通常取R1=R

15、2=R，C1=C2=C。理论和实践。理论和实践证明，当输入信号频率证明，当输入信号频率f0：f0=1/2RC时，电压传输系数时，电压传输系数T最大，且等于最大，且等于1/3，即输出电压，即输出电压uo获得最大值，并获得最大值，并与输入电压同相位。与输入电压同相位。可见，可见，RC串并联电路对不同频率串并联电路对不同频率的输入信号有不同的响应特性，所以它的输入信号有不同的响应特性，所以它具有选频作用。具有选频作用。f+90 90 ff0你现在浏览的是第十五页，共67页三三.文氏桥式文氏桥式RC振荡器振荡器 运算放大器与运算放大器与RC串并联选串并联选频电路组成的文氏桥式振荡器。频电路组成的文氏桥

16、式振荡器。运放的输出电压运放的输出电压uo分两路反馈，分两路反馈，一路加于一路加于RC串并联选频电路，串并联选频电路，其输出端其输出端A与运放的同相端与运放的同相端(+)连连接；另一路经电阻接；另一路经电阻R3、R4分压，分压，反馈到运放的反相端反馈到运放的反相端(-)。这种电路相当于一个电桥，串这种电路相当于一个电桥，串联联RC、并联、并联RC、R3、R4为四为四个桥臂，个桥臂，A、B为电桥的两个输为电桥的两个输出端点，运放的输出电压出端点，运放的输出电压uo为电为电桥的电源，故这种电路称为桥的电源，故这种电路称为RC桥式振荡器桥式振荡器。_+R3R1C1R2C2R4uoAB你现在浏览的是第

17、十六页，共67页 RC串并联选频电路在串并联选频电路在f=f0=1/2RC时，时，其输出电压与输入电压同相位，而运放输出电其输出电压与输入电压同相位，而运放输出电压与其同相端输入电压同相位。这样，当压与其同相端输入电压同相位。这样，当f=f0时，时，RC选频电路构成一个正反馈支路，满足选频电路构成一个正反馈支路，满足振荡的相位条件。这时振荡的相位条件。这时RC选频电路的反馈系选频电路的反馈系数最大，为数最大，为1/3，因此要维持振荡就要求运放，因此要维持振荡就要求运放的电压放大倍数的电压放大倍数K3。R3、R4组成深度负反馈组成深度负反馈支路，只要适当调节支路，只要适当调节R3、R4的阻值，使

18、的阻值，使(R3+R4)/R43，就可达到，就可达到K3，从而满足振荡，从而满足振荡的幅度条件。的幅度条件。你现在浏览的是第十七页，共67页 为了获得不失真的正弦波及幅度稳定的输出，为了获得不失真的正弦波及幅度稳定的输出，图图中中负反馈支路的负反馈支路的R3采用热敏电阻，它是一种负温度系数采用热敏电阻，它是一种负温度系数的元件，阻值随温度的升高而变小。的元件，阻值随温度的升高而变小。当振荡器输出幅度增加时，通过当振荡器输出幅度增加时，通过R3的电流必然的电流必然增大，热敏电阻的功耗增加，温度升高，增大，热敏电阻的功耗增加，温度升高，R3的阻值降的阻值降低，负反馈增强，运放的放大倍数低，负反馈增

19、强，运放的放大倍数K降低，振荡减弱，从降低，振荡减弱，从而限制了输出幅度的上升。而限制了输出幅度的上升。反之，如果输出电压幅度减小，则热敏电阻的功耗反之，如果输出电压幅度减小，则热敏电阻的功耗降低，温度降低，降低，温度降低，R3的阻值增大，负反馈减弱，放大的阻值增大，负反馈减弱，放大倍数倍数K上升，限制了输出幅度的下降。可见，上升，限制了输出幅度的下降。可见，R3用热用热敏电阻起到自动稳定振荡幅度的作用敏电阻起到自动稳定振荡幅度的作用。你现在浏览的是第十八页，共67页 RC桥式振荡器的振荡频率和输出幅度桥式振荡器的振荡频率和输出幅度比较稳定，波形失真小，可产生几千赫到比较稳定，波形失真小，可产

20、生几千赫到 0.001Hz的低频正弦波信号，而且频率调节的低频正弦波信号，而且频率调节方便。方便。RC选频电路的体积小，价格低，便于选频电路的体积小，价格低，便于整个电路的微型化，因而在医学中有着广泛整个电路的微型化，因而在医学中有着广泛的应用。的应用。你现在浏览的是第十九页，共67页第二节第二节 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 LC并联谐振回路具有选频特性。如果并联谐振回路具有选频特性。如果将它与放大环节、正反馈电路结合起来，将它与放大环节、正反馈电路结合起来，就可以组成就可以组成LC正弦波振荡器。正弦波振荡器。一一.简单调谐放大器简单调谐放大器 如果用如果用LC并联谐振回路代替一般交流并联谐

21、振回路代替一般交流放大器的集电极电阻放大器的集电极电阻RC，可以组成调谐放，可以组成调谐放大器。大器。你现在浏览的是第二十页，共67页你现在浏览的是第二十一页，共67页 从从LC并联谐振回路的特性可知，当输并联谐振回路的特性可知，当输入信号的频率等于回路的谐振频率入信号的频率等于回路的谐振频率f0时，回时，回路的等效阻抗最大；当信号频率偏离路的等效阻抗最大；当信号频率偏离f0时，时，阻抗变小，偏离越多，阻抗降低就越多。放阻抗变小，偏离越多，阻抗降低就越多。放大器的放大倍数随集电极负载阻抗增大而增大器的放大倍数随集电极负载阻抗增大而增大。当大。当f=f0时，调谐放大器负载阻抗最大，时，调谐放大器

22、负载阻抗最大，放大倍数最高；当离开这个频率时，负载阻放大倍数最高；当离开这个频率时，负载阻抗急剧下降，放大倍数也随之变小；当被放抗急剧下降，放大倍数也随之变小；当被放大的信号频率离大的信号频率离f0很远时，放大器对它就没很远时，放大器对它就没有什么放大作用了。有什么放大作用了。你现在浏览的是第二十二页，共67页 若适当选择若适当选择LC回路的参数，使其谐振频率回路的参数，使其谐振频率f0等等于需要放大的信号频率，那么放大器对该信号有良好的于需要放大的信号频率，那么放大器对该信号有良好的放大作用，而对不需要放大的其他频率的信号放大作用放大作用，而对不需要放大的其他频率的信号放大作用很小。很小。因

23、此，这种放大器对频率等于因此，这种放大器对频率等于f0的输入信号或的输入信号或在在f0两边很窄的频率范围内的信号有选频作用，而对其两边很窄的频率范围内的信号有选频作用，而对其他频率的信号则有抑制作用，故该放大电路又被称为为他频率的信号则有抑制作用，故该放大电路又被称为为 LC选频放大器选频放大器。该放大器的通频带宽度该放大器的通频带宽度fH-fL很窄，所以具有很好很窄，所以具有很好的抗干扰能力，在超声诊断仪、广播电视等高频放的抗干扰能力，在超声诊断仪、广播电视等高频放大电路中获得了广泛应用。大电路中获得了广泛应用。你现在浏览的是第二十三页，共67页二二.变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器 变

24、压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路是是LC选频放大器与正反馈电路选频放大器与正反馈电路组合而成的。组合而成的。图中反馈电压图中反馈电压uf通过线圈通过线圈L2引出，再经引出，再经CB送回到放大器的送回到放大器的输入端，加于基极与发射极之输入端，加于基极与发射极之间，三极管将间，三极管将L2反馈的信号放反馈的信号放大，加于大，加于LC并联谐振回路。并联谐振回路。同名端同名端+-+你现在浏览的是第二十四页，共67页 当直流电源当直流电源Ec接通时，在接通时，在LC振荡回路振荡回路内会产生一个电冲击，出现一个不大的信号，内会产生一个电冲击，出现一个不大的信号，经过多次放大、正反馈、选频后，幅

25、度将不经过多次放大、正反馈、选频后，幅度将不断增大，在集电极负载断增大，在集电极负载LC回路上得到一个较回路上得到一个较大的输出信号电压；其频率由大的输出信号电压；其频率由LC并联谐振回并联谐振回路的参数决定，即为路的参数决定，即为f0。最后受晶体三极管。最后受晶体三极管非线性的限制，幅度自动稳定在某一水平上，非线性的限制，幅度自动稳定在某一水平上，这时在负载这时在负载LC回路上就有一等幅的正弦波振回路上就有一等幅的正弦波振荡电压，经线圈荡电压，经线圈L1输出。输出。你现在浏览的是第二十五页，共67页 这种振荡器适用于频率较低这种振荡器适用于频率较低(几十几十千赫到几兆赫千赫到几兆赫)的情况，

26、由于采用变压的情况，由于采用变压器耦合方式，容易做到匹配，故输出振器耦合方式，容易做到匹配，故输出振荡电压较大，且电路比较稳定。荡电压较大，且电路比较稳定。你现在浏览的是第二十六页，共67页三三.电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器 电感反馈式振荡电路及其交流等效电路。它是一种电感反馈式振荡电路及其交流等效电路。它是一种以以LC并联谐振回路作为集电极负载的振荡器。由于并联谐振回路作为集电极负载的振荡器。由于该电路的振荡线圈分成上该电路的振荡线圈分成上L1和和L2两段，有三个线头两段，有三个线头(两两个端头个端头1、3和一个抽头和一个抽头2)，故常称为电感三点式振荡，故常称为电感三点式振荡器，又称为

27、哈特莱振荡器。器，又称为哈特莱振荡器。+-+你现在浏览的是第二十七页，共67页 只只要要放放大大器器有有足足够够的的放放大大倍倍数数，并并适适当当地地选选取取L1与与L2的的比比值值，电电路路就就可可满满足足振振荡荡的的幅幅度度条条件件，产产生生自自激振荡。激振荡。在在选选取取L1与与L2之之比比时时，一一方方面面要要考考虑虑有有足足够够的的反反馈馈量量，以以利利于于起起振振和和获获得得较较大大的的输输出出幅幅度度；另另一一方方面面也也要要考考虑虑到到，为为了了使使波波形形失失真真小小一一些些，反反馈馈量量又又不不能能太太强强。根根据据实实践践，取取L1:L2=3:1时时，可可基基本本上上兼兼

28、顾顾以以上上两点要。理论上可以证明，该电路的振荡频率近似为：两点要。理论上可以证明，该电路的振荡频率近似为：式中式中M是线圈是线圈L1和和L2之间的互感系数。之间的互感系数。你现在浏览的是第二十八页，共67页 该电路振荡频率中等，一般可达到几十兆该电路振荡频率中等，一般可达到几十兆赫，如果谐振电容赫，如果谐振电容C换成可变电容器，则振荡换成可变电容器，则振荡频率可连续调节；电路比变压器反馈式振荡器频率可连续调节；电路比变压器反馈式振荡器简单，只用一个线圈，且容易起振，但输出的简单，只用一个线圈，且容易起振，但输出的正弦波信号中高次谐波较多，波形欠佳。正弦波信号中高次谐波较多，波形欠佳。你现在浏

29、览的是第二十九页，共67页四四.电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器 图中图中L和和C1、C2组成组成LC并联谐振回路，并联谐振回路，“1”端接三端接三极管的集电极，极管的集电极，“2”端通过旁路电容端通过旁路电容CE接发射极，接发射极，“3”端经电容端经电容CB接基极，振荡电容有三个引线点，所以接基极，振荡电容有三个引线点，所以这种电路常称为电容三点式振荡器，又叫考毕兹振荡器。这种电路常称为电容三点式振荡器，又叫考毕兹振荡器。+-+-你现在浏览的是第三十页，共67页若适当选取若适当选取C1和和C2的比值，放大器有足够的放大的比值，放大器有足够的放大倍数，就可满足振荡的幅度条件，产生正弦波振荡信倍

30、数，就可满足振荡的幅度条件，产生正弦波振荡信号。其振荡频率近似为：号。其振荡频率近似为：式中式中C为为C1与与C2的串联等效电容。的串联等效电容。你现在浏览的是第三十一页，共67页 这种电路振荡频率较高，一般可达到这种电路振荡频率较高，一般可达到100MHz以上。以上。由于电路是通过电容器分压反馈，对由于电路是通过电容器分压反馈，对高频呈现较小的阻抗，振荡时高次谐波的高频呈现较小的阻抗，振荡时高次谐波的反馈量弱，其输出波形失真小，更接近正反馈量弱，其输出波形失真小，更接近正弦，但频率调节不方便。弦，但频率调节不方便。你现在浏览的是第三十二页，共67页第三节第三节 晶体正弦波振荡器晶体正弦波振荡

31、器 前述的前述的LC振荡器的振荡器的品质因素品质因素Q值不可能做值不可能做得很高得很高，一般在，一般在200以下，即使采取各种措施，以下，即使采取各种措施，振荡频率的稳定度振荡频率的稳定度也很难超过也很难超过10-5数量级。数量级。为了进一步提高振荡频率的稳定性，常用为了进一步提高振荡频率的稳定性，常用石英晶体代替石英晶体代替LC振荡器中的振荡器中的LC并联谐振回路，并联谐振回路，构成石英晶体振荡器。构成石英晶体振荡器。在超声诊断仪、各种遥测和病房监护等医在超声诊断仪、各种遥测和病房监护等医用设备中常采用这种振荡电路。用设备中常采用这种振荡电路。你现在浏览的是第三十三页，共67页Q值越高，选频

32、特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量频率偏移量。频率偏移量。振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 10,000 500,000你现在浏览的是第三十四页，共67页一一.石英晶体的结构和电特性石英晶体的结构和电特性 天然石英是一种六棱柱天然石英是一种六棱柱晶体，其化学成分是晶体，其化学成分是SiO2。将这种石英晶体按一定将这种石英晶体按一定的方位角切割下来的薄片称的方位角切割下来的薄片称为晶片，在晶片的两个对应为晶片，在晶片的两个对应表面喷涂金属作为极板，

33、引表面喷涂金属作为极板，引出两根引线，就构成了石英出两根引线，就构成了石英谐振器，又称为石英晶体，谐振器，又称为石英晶体，右图是它的结构示意图。右图是它的结构示意图。你现在浏览的是第三十五页，共67页 若在石英晶体的某一轴向加一压力或拉力，若在石英晶体的某一轴向加一压力或拉力，则在受力面的两侧会出现异号电荷，这叫做晶则在受力面的两侧会出现异号电荷，这叫做晶体的体的正压电效应正压电效应。相反，若在晶体上加一电场，。相反，若在晶体上加一电场，晶体将会产生机械变形，晶体的厚薄会发生变晶体将会产生机械变形，晶体的厚薄会发生变化，这叫做晶体的化，这叫做晶体的逆压电效应逆压电效应。若在晶体的极。若在晶体的

34、极板上加交变电压，就会产生机械振动，而机械板上加交变电压，就会产生机械振动，而机械振动又会产生交变电场。振动又会产生交变电场。交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压你现在浏览的是第三十六页，共67页 在一般的情况下，这种机械振动和交变电场的幅度都在一般的情况下，这种机械振动和交变电场的幅度都很小，但是，当外加交变电压的频率与晶体机械振动的很小，但是，当外加交变电压的频率与晶体机械振动的固固有频率有频率相同时，两者的幅度达到最大，比一般情况下的幅相同时，两者的幅度达到最大，比一般情况下的幅度大得多，这种现象称为度大得多，这种现象称为压电谐振压电谐振，与，与LC回路的谐振十分回路的谐振十

35、分相似。相似。石英晶体的固有频率由晶片的切割方向和几何尺寸石英晶体的固有频率由晶片的切割方向和几何尺寸决定，每一块晶片都有它的固有频率，而且非常稳定，决定，每一块晶片都有它的固有频率，而且非常稳定，所以石英谐振器是一种非常理想的谐振回路。所以石英谐振器是一种非常理想的谐振回路。当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大固有频率时，振幅最大 压电谐振压电谐振你现在浏览的是第三十七页，共67页 石英晶体的电特性可以用右图所石英晶体的电特性可以用右图所示的等效电路表示。示的等效电路表示。图中图中C0是晶片金属极板之间构成是晶片金属极板之间构成的静电容，约为几皮法到几十皮法，的静电容，约为几皮

36、法到几十皮法，等效电感等效电感L为为10-3102，等效电容，等效电容C为为10-210-1pF，等效电阻，等效电阻R表示振动时表示振动时的磨擦损耗，约为的磨擦损耗，约为110。由于石英。由于石英晶片的等效电感晶片的等效电感L很大，而很大，而C、R都都很小，所以石英谐振回路的很小，所以石英谐振回路的Q值值(Q=0L/R)很大，可达很大，可达104106，这，这是普通的是普通的LC回路无法比拟的。因回路无法比拟的。因此，利用石英晶体组成振荡器，可此，利用石英晶体组成振荡器，可获得很高的频率稳定性。获得很高的频率稳定性。你现在浏览的是第三十八页，共67页 右图是石英晶体的电抗右图是石英晶体的电抗频

37、率频率特性曲线。从图中可以看出，当外特性曲线。从图中可以看出，当外加频率很低时，电路的电抗表现为加频率很低时，电路的电抗表现为电容性电容性。随着频率的增加，容抗逐渐。随着频率的增加，容抗逐渐减小，直到减小，直到f=f1时，等效电路的时，等效电路的LCR支路产生串联谐振，支路产生串联谐振，LCR串联电串联电路的阻抗仅表现为纯电阻路的阻抗仅表现为纯电阻R，通过串，通过串联支路的电流达到最大值。晶体呈联支路的电流达到最大值。晶体呈串联谐振串联谐振，其，其频率为频率为f1。当当ff1时，该时，该LCR串联支路呈现串联支路呈现电感性电感性。随着频率。随着频率f的增加，感抗急的增加，感抗急剧增大，当剧增大

38、，当f=f2时，等效电路两支路时，等效电路两支路的电抗大小相等，晶体产生并联谐振，的电抗大小相等，晶体产生并联谐振，其阻抗其阻抗Z最大，且呈现纯电阻性，最大，且呈现纯电阻性，如果略去电阻如果略去电阻R的影响，则的影响，则并联谐并联谐振频率为振频率为f2。当频率。当频率ff2时，电路时，电路又呈现电容性。又呈现电容性。你现在浏览的是第三十九页，共67页二二.并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 并联型晶体振荡电路，实际上是一个电容反馈式振荡并联型晶体振荡电路，实际上是一个电容反馈式振荡器。图中的晶体以电感器。图中的晶体以电感L的形式与的形式与C1、C2构成构成LC并联并联谐振回路，振荡频率基本上决定

39、于晶体本身的固有频率。谐振回路，振荡频率基本上决定于晶体本身的固有频率。你现在浏览的是第四十页，共67页三三.串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 由两级直接耦合的放大电路由两级直接耦合的放大电路组成，正弦波振荡电压由组成，正弦波振荡电压由T2射极射极经经C输出。输出。当接通电源时，设当接通电源时，设T1的集电极的集电极电流有一个波动，经电流有一个波动，经T2电流放大后，电流放大后，由由T2的射极通过晶体反馈到的射极通过晶体反馈到T1的的射极。在这种情况下，只有那些频射极。在这种情况下，只有那些频率接近于晶体串联谐振频率的波动率接近于晶体串联谐振频率的波动才满足振荡的条件，这时晶体的等才满足振荡的

40、条件，这时晶体的等效阻抗最小，且呈现纯电阻性，因效阻抗最小，且呈现纯电阻性，因而正反馈量最大。而正反馈量最大。你现在浏览的是第四十一页，共67页第四节第四节 调幅与检波调幅与检波 调幅是指高频载波信号的振幅随低频调幅是指高频载波信号的振幅随低频调制信号而变化，而检波则是从调幅波中调制信号而变化，而检波则是从调幅波中取出原低频调制信号，前者属于调制，后取出原低频调制信号，前者属于调制，后者属于解调。在生物医学中调幅和检波常者属于解调。在生物医学中调幅和检波常应用于病房监护、体内生理参数的检测、应用于病房监护、体内生理参数的检测、航天医学、运动医学等领域。航天医学、运动医学等领域。你现在浏览的是第

41、四十二页，共67页一一.调幅的基本概念调幅的基本概念低频调制信号低频调制信号高频载波信号高频载波信号调幅波调幅波包络线，形状和频率包络线，形状和频率与调制信号相同与调制信号相同你现在浏览的是第四十三页，共67页高频载波信号高频载波信号低频调制信号低频调制信号Uc、c和和Um、m分别为高频载波和低频调制信号对应的幅分别为高频载波和低频调制信号对应的幅度和角频率，通常有度和角频率，通常有c m。若将。若将uc和和um同时输入含有非同时输入含有非线性元件的调幅器中，则在输出端可得到幅度随线性元件的调幅器中，则在输出端可得到幅度随um而变化而变化的高频调幅波信号的高频调幅波信号ua。在一般的情况下，调

42、幅波可表示为。在一般的情况下，调幅波可表示为 可以看出，调幅波的幅度可以看出，调幅波的幅度Uam=Uc(1+mcosm t)，随调制信号，随调制信号而变化。式中而变化。式中m为调制信号幅度为调制信号幅度Um与载波幅度与载波幅度Uc之比，即之比，即m=Um/Uc，称为调制系数，又叫调幅度，其大小反映了调，称为调制系数，又叫调幅度，其大小反映了调制信号对载波调制的程度。制信号对载波调制的程度。你现在浏览的是第四十四页，共67页m=1，无包络失真的最大调制系数，无包络失真的最大调制系数不不同同调调制制系系数数m的的调调幅幅波波m1，包络失真，称为调幅失真，或过，包络失真，称为调幅失真，或过调幅调幅你

43、现在浏览的是第四十五页，共67页 超声诊断仪中的超声回波调幅超声诊断仪中的超声回波调幅信号，其载波为信号，其载波为2.57.5MHz的高频的高频正弦波，而调制信号是反映界面位置正弦波，而调制信号是反映界面位置的脉冲。的脉冲。你现在浏览的是第四十六页，共67页 阻抗血流仪中的高频调幅波，其载阻抗血流仪中的高频调幅波，其载波为波为3050kHz的正弦波或矩形波，而的正弦波或矩形波，而调制信号则为随血流搏动的血管容积变调制信号则为随血流搏动的血管容积变化的阻抗电信号。化的阻抗电信号。你现在浏览的是第四十七页，共67页二二.晶体三极管调幅电路晶体三极管调幅电路 调幅实质上是一种频率变换过程，必调幅实质

44、上是一种频率变换过程，必须将低频调制信号须将低频调制信号um和高频载波信号和高频载波信号uc，同时加于非线性元件中，经过非线性变换同时加于非线性元件中，经过非线性变换后，产生新的频率分量，再利用谐振回路后，产生新的频率分量，再利用谐振回路的选频作用，取出所需要的频率分量。因的选频作用，取出所需要的频率分量。因此，要实现调幅，必须有非线性元件和调此，要实现调幅，必须有非线性元件和调谐回路。谐回路。你现在浏览的是第四十八页，共67页晶体三极管基极调幅电路晶体三极管基极调幅电路高频高频载波载波输入变压器输入变压器低频调制信号低频调制信号耦合输入电容耦合输入电容高频载波高频载波旁路电容旁路电容R1、R

45、2使三极管处于使三极管处于非线性工作状态非线性工作状态C3、L3组成并联调谐组成并联调谐选频回路选频回路L4为调幅波输出绕组为调幅波输出绕组你现在浏览的是第四十九页，共67页Q选择在特选择在特性曲线的弯性曲线的弯曲部分，工曲部分，工用在非线性用在非线性工作状态工作状态你现在浏览的是第五十页，共67页三三.二极管幅度检波器二极管幅度检波器 检波实际上是从调幅波中检波实际上是从调幅波中取出其包络的过程，也是一种取出其包络的过程，也是一种频率变换过程。幅度检波电路频率变换过程。幅度检波电路通常由三部分组成：高频输入通常由三部分组成：高频输入电路，非线性元件，高频滤波电路，非线性元件，高频滤波电路。电

46、路。晶体二极管幅度检波电路，线圈晶体二极管幅度检波电路，线圈L1、L2组成高组成高频输入电路，将调幅波信号传送到二极管频输入电路，将调幅波信号传送到二极管D的输入的输入端；二极管端；二极管D为非线性元件，起频率变换作用；为非线性元件，起频率变换作用；C和和R组成高频滤波电路，滤出高频信号，检出调制信号。组成高频滤波电路，滤出高频信号，检出调制信号。你现在浏览的是第五十一页，共67页你现在浏览的是第五十二页，共67页 输出电压输出电压uo波形中的锯齿波是为了便于从波形中的锯齿波是为了便于从图中看出电容图中看出电容C充放电过程而画出的，实际上充放电过程而画出的，实际上由于高频载波频率比低频调制信号

47、的频率高得由于高频载波频率比低频调制信号的频率高得多，多，uo的波形是比较平滑的。的波形是比较平滑的。这种检波电路称为二极管峰值检波器，它这种检波电路称为二极管峰值检波器，它要求输入的调幅波信号比较大，否则会由于信要求输入的调幅波信号比较大，否则会由于信号幅度低而产生非线性失真。号幅度低而产生非线性失真。你现在浏览的是第五十三页，共67页第五节第五节 调频与鉴频调频与鉴频 调幅波在传送、接收和处理过程中，调幅波在传送、接收和处理过程中，容易受到来自内部和外部的各种噪声干容易受到来自内部和外部的各种噪声干扰，使其幅度发生变化，严重时甚至会扰，使其幅度发生变化，严重时甚至会掩没有用信号。如果采用调

48、频波，则可掩没有用信号。如果采用调频波，则可大大减少这种幅度干扰的作用。大大减少这种幅度干扰的作用。你现在浏览的是第五十四页，共67页一一.调频的基本概念调频的基本概念 使高频载波的频率使高频载波的频率(或相位或相位)按照低频调制信号的按照低频调制信号的规律作相应的变化，称为调频或调相规律作相应的变化，称为调频或调相。调频波的幅度不变，仅频率随调制信号而变化。当调频波的幅度不变，仅频率随调制信号而变化。当调制信号电压正向增大时，调频波的频率增加，对应于调制信号电压正向增大时，调频波的频率增加，对应于调制信号正峰处，频率达到最大值；反之，当调制信号调制信号正峰处，频率达到最大值；反之，当调制信号

49、电压负向增大时，调频波的频率减小，对应于负峰处，电压负向增大时，调频波的频率减小，对应于负峰处，频率达到最小值。调制信号电压为零时，频率等于载波频率达到最小值。调制信号电压为零时，频率等于载波频率，称为频率，称为中心频率中心频率，用，用fc表示，调频波的瞬时频率表示，调频波的瞬时频率与中心频率的差值称为频偏，用与中心频率的差值称为频偏，用fd表示。表示。你现在浏览的是第五十五页，共67页频率最小值频率最小值频率最大值频率最大值你现在浏览的是第五十六页，共67页调频后，调频波的瞬时角频率调频后，调频波的瞬时角频率可表示为可表示为式中式中为最大角频偏。为最大角频偏。由此可得，调频波的频率随调制信号

50、而由此可得，调频波的频率随调制信号而变化，其最大瞬时角频率为变化，其最大瞬时角频率为 max=c+，最小瞬时角频率为最小瞬时角频率为max=c-高频载波信号高频载波信号低频调制信号低频调制信号你现在浏览的是第五十七页，共67页二二.调频电路调频电路 设高频载波振荡器的频率为设高频载波振荡器的频率为f，若回路的电感，若回路的电感L不变，则不变，则f随电容随电容C的变化关系为的变化关系为 由上式可得，载波振荡频率的相对变化由上式可得，载波振荡频率的相对变化df/dt与电容与电容C变变化的关系为化的关系为df/dt=-dC/2C，同理，若电容，同理，若电容C不变，而改变电不变，而改变电感，则振荡器频