高频电子线路---倍频器与振荡器

目录

 倍频电路原理

 丙类倍频器原理电路

问题:

提升滤波方法:

 导通角

 振荡器

 振荡器基本工作原理

首先是怎么维持

那么如何振荡呢?

思考题:

 组成要素

 振荡器的起振条件

平衡条件

要点提示

 稳定条件

 振幅平衡

 硬激励起振时:

 稳定条件

 相位平衡

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 倍频电路原理

简单原理 : 高频小信号时 , 我们的并联谐振网络主要是对基波成分进行筛选 , 但是倍频电路主要是对谐波成分也就是多次谐波成分进行筛选从而达到倍频的效果

 丙类倍频器原理电路

问题:

并联谐振回路对二次谐波成分进行调频 , 但是存在一个选频滤波的问题

问题在于使用丙类放大电路时 , 取出基波成分时比较容易的 , 但是选出其他的谐波就比较困难

在选出基波成分时 , 高次谐波成分对于基波来讲影响比较小 , 因为基波成分的幅度是最大的

但是对于高次谐波成分来讲 , 低次谐波成分要比高次谐波成分幅度来的大所以对我们选出高次谐波分量影响比较大

提升滤波方法:

1 .提高回路的品质因素

2 . 输出回路旁边并上吸收回路(也就是串联谐振回路)将低次谐波吸收 , 减小其对我们要选出的高次谐波的影响

3 . 采用选择性好的带通滤波器作为负载回路(尽量减小周围频率对主要选出频率的影响)

4 . 也可以用推挽放大电路

 导通角

我们希望倍频电路的输出功率是最大的 , 所以需要取导通角 , α2代表了二次谐波成分的最大输出功率的波形 , 以此类推有α0,α3的,分别代表了基波与三次谐波的输出功率

 振荡器

没有输入信号的 , 自我激发的

 振荡器基本工作原理

最核心的部分--->电感与电容 , 通过电感与电容一个充电一个放电就能实现谐振

正反馈是其产生自激的必要条件 , 因为没有输入信号

首先是怎么维持

假设开关接到2的位置,那么此时有输入的信号 , 进过三极管的放大 , 谐振回路的选频 , 输出了一个电压  通过互感线圈反馈回来 , 如果这个反馈的电压和输入的电压相同 , 那么就说明这种状态能够维持 , 就相当于接在2的位置

那么如何振荡呢?

电路刚开始上电的时候 , 电感和电容会有一个极其微小的振荡 , 通过互感的反馈 , 三极管放大最后回来 , 信号就会从小到大逐渐放大 , 就能够起振.

那么信号会无限增大吗?

当然不会 , 不然永动机不就出现了...

因为晶体管是一个非线性元件 , 信号越来越大时 , 晶体管的Q点也会下移所以振幅就不会无限制的增大

思考题:

高频振荡自激与高频谐振小信号放大器自激在工作原理、目的和电路特性上有一些重要区别：

1. 工作原理：

   • 高频振荡自激：这种振荡器通常依赖于正反馈来产生连续的振荡。它利用放大器的增益和相位特性，使得输出信号通过反馈网络再次进入输入端，形成自激振荡。常见的高频振荡器有晶体振荡器和射频振荡器。
   • 高频谐振小信号放大器自激：这种放大器主要用于小信号的放大，通常设计为在某个特定频率上具有较高的增益。在某些条件下（如反馈过强），它也可能进入自激状态，但主要目标仍是提供小信号的增益，而不是产生振荡。

2. 目的：

   • 高频振荡自激：主要目的是产生特定频率的信号，广泛应用于通信、信号生成等领域。
   • 高频谐振小信号放大器：主要用于放大输入的小信号，确保信号在经过放大后能够被有效处理或传输。

3. 电路特性：

   • 高频振荡自激：设计时通常需要考虑振荡的启动条件、频率稳定性及相位裕度等，输出波形一般是周期性的正弦波或方波。
   • 高频谐振小信号放大器：重点在于增益带宽产品、噪声性能和线性度等参数，输出通常是经过放大的线性信号。

4. 反馈网络的设计：

   • 高频振荡自激：反馈网络通常需要设计为能够提供适当的相位和增益条件，以支持振荡。
   • 高频谐振小信号放大器：反馈网络多用于提高稳定性和线性度，可能不会设计为自激振荡。

5. 自激的需要：

   • 高频振荡器：在振荡器中，自激是必须的，因为其主要目的就是产生连续的周期性波形。自激过程通过反馈使得输出信号不断增强，从而形成稳定的振荡。
   • 应用场景：振荡器广泛用于信号生成、时钟信号、调制解调器等场景中，需要稳定的频率输出。

6. 避免自激的需要：

   • 小信号放大器：在小信号放大器中，自激是不希望出现的，因为放大器的设计目的是放大输入信号，而不是产生新的振荡。如果放大器自激，就会导致输出信号失真、增益不稳定，甚至产生过大的噪声。
   • 信号完整性：对于小信号应用，确保信号的线性放大和低失真是关键，避免自激可以提高放大器的性能和可靠性。

7. 反馈机制：

   • 正反馈与负反馈：振荡器依赖于正反馈来维持振荡，而小信号放大器通常使用负反馈来提高稳定性和线性度。负反馈可以降低增益并增加带宽，从而防止自激的发生。

8. 电路设计：

   • 设计目标不同：振荡器的设计旨在实现稳定的振荡条件，而小信号放大器的设计则侧重于信号放大和噪声控制。因此，设计者在设计电路时会有不同的考虑和策略。

 组成要素

 振荡器的起振条件

为什么反馈系数设计得大呢?就像推车 , 刚开始的时候需要的力量是最大的

 对于相位的起振条件实际上就代表正反馈 , 振幅的起振条件要大于1主要是因为刚开始振荡要比较大才行

 其中A0--->初始电压增益 , A--->平均增益

初始电压增益A0要大于1/F如果小于1/F , 不能够实现自动起振 , 需要添加初始激励才能起振 , 这是我们不希望出现的状态

平衡条件

分为振幅平衡与相位平衡两种 , 平衡时只需要平均电压增益 * 反馈系数 = 1即可 , 相位平衡条件不变

 进一步将A进行分解

 由于A与晶体管和谐振回路参数有关 , 因此可以继续进行分解

增益就是输出比上输入 , 输出又是集电极电流乘上并联谐振回路的阻抗(并联谐振回路作为负载)集电极电流比上输入电压就是晶体管的正向传输导纳

振幅起振条件--->只是将上面的式子代入而已

相位起振条件--->分开表示了 , 分别是晶体管的相位 , 并联谐振回路的相位以及反馈系数的相位

要点提示

 稳定条件

 振幅平衡

输出振幅变大时 , 增益就会减小 , 由于增益为输出比上输入 , 所以输出就会减小 , 也就是自动回到Q点 , 当然了 , 当输出增幅减小的时候是同理的

 硬激励起振时:

 稳定条件

这里设计到一点高数的内容, 各位应该没忘吧 , 哈哈哈

 相位平衡

相位与频率是存在关系的 , 相位超前时导致频率升高 , 相位滞后时导致频率降低 , 这里说的频率降低是瞬时频率 , 频率本身还是只和信号的周期有关

φy与φf分别表示晶体管和反馈系数的相位 , φz代表谐振回路的相位

 三个正反馈所以相位相加为零

当我们的φYF为零时 , 频率的变化会比较小

当ΔφYF比较小 , 相位的变化比较小时 , 频率的变化自然也比较小

提高斜率的绝对值--->Q值越大 , 越陡峭 , 那么当相位变化时所引起的频率变化就会变得更小