第6章 调谐放大器和正弦波振荡器

第6章调谐放大器和正弦波振荡器

本章重点

1．了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。

2．理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。

3．掌握变压器耦合及三点式LC振荡电路的工作原理及振荡频率。

4．了解石英晶体振荡电路。

本章难点

1．调谐放大器的选频能力。

2．正弦波振荡电路的振荡条件。

学时分配

序号内容学时

1 6.1调谐放大器 2

2 6.2正弦波振荡器 6

3 实验九调谐放大器 2

4 实验十LC正弦波振荡器 2

5 本章小结与习题

6 本章总学时12

6.1调谐放大器

调谐放大器：具有选频放大能力的放大电路。

电路特点：LC谐振回路作负载。

应用：无线电发射和接收设备。

6.1.1.调谐放大器的工作原理

动画调谐放大器的工作原理

一、LC并联电路

图6.1.1所示。R为并联电路损耗电阻。

图6.1.1 LC并联电路1．阻抗频率特性

图6.1.2(a)所示。它表示了LC并联电路的阻抗Z与信号频

率f之间的变化关系。当f = f0时，LC并联电路发生谐振，阻抗最大。当f < f0或f > f0时，电

路失谐，阻抗很小。因此，f 0称为谐振频率，又称固有频率，即

LC

f π=210 可见，元件L 、C 取定值时，谐振频率f 0是一个常数。

2．相位频率特性

图6.1.2(b )所示。它表示了LC 并联电路两端电

压v 和流进并联电路电流i 之间的相位角之差 ϕ与

信号频率f 之间的变化关系。

当f = f 0时，ϕ = 0，电路呈纯阻性；

当f < f 0时，ϕ > 0，电路呈感性；

当f > f 0时，ϕ < 0，电路呈容性；

可见，LC 并联电路随信号频率的变化呈现不同的性质。

3．选频特性

阻频特性和相频特性统称为LC 并联电路的频率特性。

它说明了LC 并联电路具有区别不同频率信号的能力，即

具有选频特性。如图6.1.3所示。

品质因数为 R L f R L R X Q L 002π===ω 它表征了LC 并联电路选频特性的好坏。

实验和理论证明：

R 越小，Q 值越大，曲线越尖锐，电路选频能力越强；

R 越大，Q 值越小，曲线越平坦，电路选频能力越差。

LC 并联电路的Q 值，一般在几十到一二百之间。

4．选频放大器

图6.1.4(a )所示。电路特点是利用LC 并联电路作为负载，因此放大电路具有选频放大能力。

工作原理：当信号频率等于谐振频率时，即f = f 0，放大器输出电压最大；放大倍数A VO 最大。如图6.1.4(b )所示。这种表示选频放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线。

图6.1.4 选频放大器原理 图6.1.5 单回路调谐放大器

图6.1.3 阻频特性与Q 值关系

图6.1.2 LC 并联电路的频率特性

6.1.2 两种基本的调谐放大电路

一、单回路调谐放大器

单回路调谐放大器如图6.1.5所示。

工作原理：输入信号v i经T1通过C b和C e送到晶体管的b、e极之间，放大后的信号经LC谐振电路选频由T2耦合输出。

电感抽头和变压器的作用是减少外界对谐振回路的影响，保证有高的Q值。

单回路调谐放大器的通频带和选择性取决于图6.1.4(b)谐振曲线，它与理想的矩形谐振曲线比相差甚远，因此这种电路只能用于通频带和选择性要求不高的场合。

电路优点：调整方便、工作稳定；缺点：失真大。

二、双回路调谐放大器

图6.1.6所示。电路特点是集电极负载采用两个谐振回路，利用它们之间的耦合强弱来改善通频带和选择性。

1．互感耦合

图6.1.6(a)所示。电路特点是双调谐回路依靠互感实现耦合。调节L1、L2之间的距离或磁芯的位置，改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。

工作原理：假定L1C1和L2C2调谐在信号频率上，输入信号v i通过T1送到V时，集电极信号电流经L1C1产生并联谐振。此时，由于互感耦合，L1中的电流在L2C2回路电感的抽头处产生很大的输出电压v o。

2．电容耦合

图6.1.6(b)所示。电路特点是通过外接电容C k实现两个调谐回路之间的耦合，改变C k 的大小就可改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。

图6.1.6 双回路调谐放大器图6.1.7 双回路调谐的谐振曲线

3．选择性和通频带与耦合程度的关系：

如图6.1.7(a)所示。

(1)弱耦合时，谐振曲线出现单峰；

(2) 强耦合时，谐振曲线出现双峰，中心频率f0处下凹的程度与耦合强度成正比；

(3)临界耦合时，谐振曲线也呈单峰，但中心频率f0处曲线较平坦。

可见，谐振曲线在临界耦合时，与理想的矩形谐振曲线很接近。

结论，双回路调谐放大器有较好的通频带和选择性，所以应用广泛。

6.2 正弦波振荡器

正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。

6.2.1 自激振荡的工作原理

动画 自激振荡的工作原理

一、LC 回路中的自由振荡

如图6.2.1(a )所示。

自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。

阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图6.2.1(b )所示。 等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图6.2.1(c )所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即

LC

f π=210 (6.2.1)

图6.2.1 LC 回路中的电振荡

二、自激振荡的条件

振荡电路如图6.2.2所示。

振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。

1．相位平衡条件

反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180︒ 的偶数倍，即

ϕ = 2n π (6.2.2) 其中，ϕ 为v f 与v i 的相位差，n 是整数。v i 、v o 、v f 的相互关系参见图6.2.3。

2.振幅平衡条件

反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即

A V F = 1 (6.2.3)

图6.2.2 变调谐放大器为振荡器 图6.2.3 自激振荡器方框图