5.12: Вправи

1. Намалюйте схему схеми генератора Хартлі на основі операційного підсилювача.
2. Розглянемо схему нижче. Це еквівалентна схема активного пристрою з негативною провідністю,\(= 1/R_{D}\) підключеної до ланцюга бака, що містить конденсатор\(C_{T}\) і індуктор\(L_{T}\), а потім навантаження\(R_{L}\). Амплітуда коливань буде регулюватися так\(R_{D} = R_{L}\).

Малюнок\(\PageIndex{1}\)

1. Запишіть формулу частоти коливань\(f_{0}\).
2. Що таке,\(f_{0}\) якщо\(C_{T} = 1\text{ pF}\) і\(L_{T} = 1\text{ nH}\)?

3. Схема нижче є еквівалентною схемою відбиття генератора з негативною провідністю,\(= 1/R_{D}\) підключеним до ланцюга бака\(C_{T} = 0.1\text{ pF}\) і\(L_{T} = 0.5\text{ nH}\). Яка частота коливань припускає, що існує достатня негативна провідність для коливання?

Малюнок\(\PageIndex{2}\)

4. Схема нижче - це еквівалентна схема відбиття генератора з негативною провідністю,\(= 1/R_{D}\) підключеної до ланцюга бака з ємністю\(C_{T} = 1\text{ pF}\) та індуктивністю\(L_{T} = 1\text{ nH}\). Навантаження складається з конденсатора\(C_{L}\) паралельно резистору\(R_{L}\). Амплітуда коливань буде регулюватися так\(R_{D} = R_{L}\).

Малюнок\(\PageIndex{3}\)

1. Запишіть символічну формулу частоти коливань\(f_{0}\).
2. Що таке,\(f_{0}\) якщо\(C_{L} = 0.2\text{ pF}\) і\(R_{L} = 50\:\Omega\)?

5. Схема нижче є еквівалентною схемою відбиття генератора з негативною провідністю,\(= 1/R_{D}\) підключеним до ланцюга бака\(C_{T} = 0.1\text{ pF}\) і\(L_{T} = 0.5\text{ nH}\). Ємність навантаження є\(C_{L} = 0.05\text{ pF}\) і опір навантаження є\(50\:\Omega\). Яка частота коливань припускає, що існує достатня негативна провідність для коливання?

Малюнок\(\PageIndex{4}\)

6. Схема нижче - це еквівалентна схема відбиття генератора з негативною провідністю,\(= 1/R_{D}\) підключеної до ланцюга бака з ємністю\(C_{T} = 1\text{ pF}\) та індуктивністю\(L_{T} = 1\text{ nH}\). Навантаження складається з конденсатора\(C_{L} = 0.2\text{ pF}\) паралельно резистору\(R_{L} = 50\:\Omega\). Між ланцюгом бака є\(3\text{ dB}\)\(50\:\Omega\) атенюатор (тобто система призначена для системи імпедансу\(50\:\Omega\)). Амплітуда коливань буде регулюватися так\(R_{D} = R_{L}\).

Малюнок\(\PageIndex{5}\)

1. Ігнорувати конденсатор навантаження\(C_{L}\), яка частота коливань\(f_{0}\), генератора?
2. Відтепер розглянемо ємність навантаження. Яка частота коливань без атенюатора?
3. На частоті, розрахованої в (а), що таке допуск дивиться в аттенюатор з ланцюга бака з навантаженням, що включає\(C_{L}\) і\(R_{L}\)? [Підказка використовувати резистивний PI мережевий еквівалент атенюатора.]
4. Що таке еквівалентний шунтуючий резистор і конденсатор ланцюга дивиться в атенюатор від генератора? Це ефективне навантаження, яке бачить активний пристрій і схема бака.
5. Яка частота коливань з аттенюатором та навантаженням RC?
6. Використовуючи результати вище, обговоріть вплив атенюатора на зниження чутливості коливань на умови навантаження.

7. Схема нижче - це еквівалентна схема відбиття генератора з негативною провідністю,\(= 1/R_{D}\) підключеної до ланцюга бака з ємністю\(C_{T} = 1\text{ pF}\) та індуктивністю\(L_{T} = 1\text{ nH}\). Навантаження складається з конденсатора\(C_{L} = 0.2\text{ pF}\) паралельно резистору\(R_{L} = 50\:\Omega\). Між ланцюгом бака є\(3\text{ dB }50\:\Omega\) атенюатор (тобто система призначена для системи імпедансу\(50\:\Omega\)) і смуговий фільтр з втратами вставки на частоті коливань\(2\text{ dB}\). Амплітуда коливань буде регулюватися так\(R_{D} = R_{L}\).

Малюнок\(\PageIndex{6}\)

1. Ігнорувати конденсатор навантаження\(C_{L}\), яка частота коливань\(f_{0}\), генератора?
2. Відтепер розглянемо ємність навантаження. Яка частота коливань без атенюатора та смугового фільтра?
3. На частоті, розрахованої в (а), що таке допуск дивиться в аттенюатор з ланцюга бака з смуговим фільтром і навантаженням, що включає\(C_{L}\) і\(R_{L}\)? [Підказка: Вважайте, що ефект втрати вставки фільтра є загасанням. Розглянемо можливість використання резистивного PI мережевого еквівалента атенюатора плюс смуговий фільтр.]
4. Що таке еквівалентний шунтуючий резистор і конденсатор ланцюга дивлячись в атенюатор для генератора? Це ефективне навантаження, яке бачить активний пристрій і схема бака.
5. Яка частота коливань з аттенюатором та навантаженням RC?

8. Осцилятор відображення показаний нижче разом із\(\Gamma_{d}\) локусами\(\Gamma_{r}\) та, нанесеними на діаграму Сміта. \(\Gamma_{r}\), коефіцієнт відбиття дивиться в резонатор, обертається за годинниковою стрілкою зі збільшенням частоти. \(\Gamma_{d}\), коефіцієнт відбиття активного пристрою, залежить від амплітуди, але незалежний від частоти. Стрілка\(\Gamma_{d}\) крива відображає локуси при збільшенні\(\Gamma_{d}\) амплітуди. [Підказка: Розглянемо малюнок 5.5.4.]

Малюнок\(\PageIndex{7}\)

1. На\(\Gamma_{r}\) площині показують область діаграми Сміта, що ідентифікує коливання.
2. На\(\Gamma_{d}\) площині показують область діаграми Сміта, що ідентифікує коливання.
3. Яка частота коливань?

9. Розглянемо генератор, який може бути змодельований як шунтуючі з'єднання лінійної провідності\(G_{r}\), лінійна сприйнятливість,\(B_{r}\), нелінійна або провідність пристрою\(G_{d}\), і нелінійний або пристрій сприйнятливості,\(B_{d}\).
   1. Намалюйте схему.
   2. Використовуючи\(G_{r},\: B_{r},\: G_{d},\) і\(B_{d}\), запишіть умова генератора Курокава, яка встановлює стабільне коливання однієї частоти.
   3. Які загальні варіанти дизайну\(G_{r},\: B_{r},\: G_{d},\) і\(B_{d}\) зроблені, які спрощують умова генератора Курокава? Запишіть отримане спрощене умова коливань Курокава.
10. Осцилятор має лінійну провідність\(G_{r}\), лінійну сприйнятливість,\(B_{r}\), нелінійну або провідність пристрою\(G_{d}\), і нелінійну або пристрій сприйнятливості\(B_{d}\), все в шунті. Коефіцієнт відбиття, що дивиться в лінійну мережу, є\(\Gamma_{r}\) і коефіцієнт відбиття, що дивиться в пристрій, є\(\Gamma_{d}\).
    1. Використовуйте ескіз діаграми Сміта, щоб показати локуси лінійних та нелінійних допусків (або еквівалентно їх коефіцієнти відбиття\(\Gamma_{r}\) і\(\Gamma_{d}\)) для випадку, коли втрати в лінійній мережі низькі (тобто\(G_{r}\approx 0\)). Роблять це, коли коливальний сигнал невеликий і коли він досяг стійкого стану. Вкажіть стійку точку коливань. (Ви можете використовувати негативне або зворотне\(\Gamma_{r}\) або\(\Gamma_{d}\) відповідно.)
    2. Використовуйте ескіз діаграми Сміта, щоб показати локуси лінійних та нелінійних допусків (або еквівалентно їх коефіцієнти відбиття для випадку, коли втрати в лінійній мережі високі (тобто\(G_{r}\) не можна ігнорувати). Роблять це, коли коливальний сигнал невеликий і коли він досяг стійкого стану. (Ви можете використовувати негатив зворотного\(\Gamma_{r}\) або відповідним\(\Gamma_{d}\) чином.)
11. Еквівалентна схема генератора показана нижче з\(R_{L} = 50\:\Omega,\)\(C_{T} = 1\text{ pF}\) і індуктивністю\(L_{T} = 0.1\text{ nH}\).

Малюнок\(\PageIndex{8}\)

1. Яка частота коливань припускає, що існує достатня негативна провідність для коливання?
2. Що таке,\(R_{D}\) коли відбувається коливання?

12. Осцилятор відображення показаний нижче разом із\(\Gamma_{d}\) локусами\(\Gamma_{r}\) та, нанесеними на діаграму Сміта. \(\Gamma_{r}\), коефіцієнт відбиття дивиться в резонатор, обертається за годинниковою стрілкою зі збільшенням частоти. \(\Gamma_{d}\), коефіцієнт відбиття активного пристрою, залежить від амплітуди, але незалежний від частоти. Стрілка крива відображує локуси γD зі збільшенням амплітуди. [Підказка: Розглянемо малюнок 5.5.4.]

Малюнок\(\PageIndex{9}\)

1. На\(\Gamma_{r}\) площині показують область діаграми Сміта, що ідентифікує коливання.
2. На\(\Gamma_{d}\) площині показують область діаграми Сміта, що ідентифікує коливання.
3. Яка частота коливань?

13. Тематичне дослідження, представлене в розділі 5.6, описувало конструкцію\(5\text{ GHz}\) ГУН. Вихід генератора супроводжувався резистивним атенюатором Pi, а потім смуговим фільтром. Що таке загасання (в децибелах) і системний опір атенюатора. [Підказка: Вам потрібно буде уважно прочитати розділ 5.6.]
14. Розглянемо поширений випромінювач BJT Clapp осцилятор.
    1. Намалюйте схему генератора без схеми зміщення.
    2. Перемалюйте схему генератора, включаючи схему зміщення.
15. Розглянемо генератор BJT Хартлі.
    1. Намалюйте схему схеми генератора в загальній базовій конфігурації. Чи не показувати ланцюг зміщення.
    2. Перемалюйте схему схеми генератора в загальній базовій конфігурації, на цей раз показуючи схему зміщення.
16. Розглянемо генератор FET Клапп.
    1. Намалюйте схему схеми генератора в загальній конфігурації стоку. Чи не показувати ланцюг зміщення.
    2. Перемалюйте схему схеми генератора, на цей раз показуючи схему зміщення.
17. Розглянемо генератор FET Хартлі.
    1. Намалюйте схему схеми генератора в загальній конфігурації джерела. Чи не показувати ланцюг зміщення.
    2. Перемалюйте схему схеми генератора, на цей раз показуючи схему зміщення.
18. Розглянемо загальне джерело FET Clapp осцилятора.
    1. Намалюйте схему осцилятора без зміщення.
    2. Перемалюйте схему генератора, включаючи джерела струму зміщення.
19. Виведіть вираз для частоти коливань генератора Colpitts BJT у загальній конфігурації випромінювача, показаної на малюнку 5.8.1 (b).
20. Генератор зворотного зв'язку з двома портами показаний на малюнку 5.2.1.
    1. Намалюйте схему генератора Колпітта зі зворотним зв'язком.
    2. Враховуючи, що підсилювач в генераторі зворотного зв'язку має коефіцієнт посилення, який не залежить від частоти, яка частота коливань, якщо компоненти мережі зворотного зв'язку\(C_{1} = C_{2} = 2\text{ pF}\) Кольпітта є і\(L_{3} = 5\text{ nH}\). Ігноруйте будь-який зсув фаз, введений підсилювачем.
21. Генератор зворотного зв'язку з двома портами показаний на малюнку 5.2.1.
    1. Намалюйте схему генератора Колпітта зі зворотним зв'язком.
    2. Враховуючи, що підсилювач в генераторі зворотного зв'язку має коефіцієнт посилення, який не залежить від частоти, яка частота коливань, якщо компоненти мережі зворотного зв'язку Кольпітта є\(C_{1} = 1\text{ pF},\: C_{2} = 3\text{ pF}\), і\(L_{3} = 1\text{ nH}\). Ігноруйте будь-який зсув фаз, введений підсилювачем.
22. Генератор зворотного зв'язку з двома портами показаний на малюнку 5.2.1.
    1. Намалюйте схему генератора Колпітта зі зворотним зв'язком.
    2. Враховуючи, що підсилювач в генераторі зворотного зв'язку має коефіцієнт посилення, який не залежить від частоти, яка частота коливань, якщо компоненти мережі зворотного зв'язку Кольпітта є\(C_{1} = 5\text{ pF},\: C_{2} = 1\text{ pF}\), і\(L_{3} = 10\text{ nH}\)? Ігноруйте будь-який зсув фаз, введений підсилювачем.
23. Негативно-ГМ диференціальний FET ГУН, як показано на малюнку 5.7.1, має\(C = 0.2\text{ pF}\) і\(L = 0.2\text{ nH}\). \(V_{DD} = 5\text{ V}\)і схема зміщена так, що для кожного транзистора\(g_{m} = 1\text{ mS}\). Вихід на колектор транзистора приводить в рух\(1\text{ k}\Omega\) навантаження. Ігноруйте внутрішні паразитики транзистора і ви повинні враховувати можливість того, що ланцюг не коливається. Яка частота коливань генератора?
24. Негативно-ГМ диференціальний FET ГУН, як показано на малюнку 5.7.1, має\(C = 0.2\text{ pF}\) і\(L = 0.2\text{ nH}\). \(V_{DD} = 5\text{ V}\)і схема зміщена так, що для кожного транзистора\(g_{m} = 1\text{ mS}\). Вихід на колектор транзистора приводить в рух\(50\:\Omega\) диференціальне навантаження, яка знаходиться паралельно\(0.5\text{ pF}\) конденсатору. Ігноруйте внутрішні паразитики транзистора і ви повинні враховувати можливість того, що ланцюг не коливається.
    1. Намалюйте схему генератора з навантаженням.
    2. Намалюйте еквівалентну схему бака генератора. Сюди потрібно буде включити вплив навантаження.
    3. Яка частота коливань генератора?
25. Негативно-ГМ диференціальний FET ГУН, як показано на малюнку 5.7.1, має\(C = 0.2\text{ pF}\) і\(L = 0.2\text{ nH}\). \(V_{DD} = 5\text{ V}\)і схема зміщена так, що для кожного транзистора\(g_{m} = 1\text{ mS}\). Вихід на колектор транзистора приводить в рух\(50\:\Omega\) диференціальне навантаження, яка знаходиться паралельно\(1\text{ pF}\) конденсатору. Ігноруйте внутрішні паразитики транзистора і ви повинні враховувати можливість того, що ланцюг не коливається. Яка частота коливань генератора?
26. Загальний випромінювач Кольпітта осцилятор, як показано на малюнку 5.8.1 (a)\(C_{1} = 1\text{ pF}\), має\(C_{2} = 2\text{ pF}\), і\(L_{3} = 2\text{ nH}\). \(L_{C}\)є дроселем індуктивності. \(V_{CC} = 5\text{ V}\)і схема зміщена так, що\(g_{m} = 1\text{ mS}\). Ігноруйте внутрішні паразитики транзистора. Яка частота коливань генератора? [Приклад паралелей 5.7.1]
27. Загальний випромінювач Кольпітта осцилятор, як показано на малюнку 5.8.1 (a)\(C_{1} = 0.1\text{ pF}\), має\(C_{2} = 0.2\text{ pF}\), і\(L_{3} = 0.5\text{ nH}\). \(L_{C}\)є дроселем індуктивності. \(V_{CC} = 5\text{ V}\)і схема зміщена так, що\(g_{m} = 1\text{ mS}\). Ігноруйте внутрішні паразитики транзистора. Яка частота коливань генератора? [Приклад паралелей 5.7.1]
28. Цифрова система зв'язку має частоту символів\(1\text{ MS/s}\).
    1. Який фазовий шум найвищої частоти, який вплине на частоту бітових помилок системи зв'язку? (Це може бути\(1\text{ MHz}\),\(2\text{ MHZ}\), без обмежень і\(0.5\text{ MHz}\) т.д.)
    2. Які зміни ви б внесли в систему (наприклад, додані компоненти, такі як атенюатор, фільтр, підсилювач тощо), які зменшать вплив фазового шуму з високим зміщенням?
29. Система зв'язку QPSK має переданий бітрейт\(100\text{ kbit/s}\). Вважайте, що схема модуляції QPSK ідеальна.
    1. Що таке ставка символів?
    2. Що б ви зробили з системою (наприклад, додані компоненти), щоб зменшити вплив фазового шуму з високим зміщенням?
30. Система зв'язку QPSK має переданий бітрейт\(1\text{ Mbit/s}\). Схема модуляції QPSK ідеальна (\(2\text{ bit/s/Hz}\). Обробка DSP така, що фазовий шум повільніше тривалості\(5\) символів не впливає на пропускну здатність системи зв'язку.
    1. Що таке ставка символів?
    2. Який фазовий шум найнижчої частоти, який вплине на систему зв'язку?
31. Осцилятор має фазовий шум, який зменшується від центральної частоти коливань, зі\(f_{\text{osc}}\) швидкістю,\(1/\Delta f^{2}\) звідки\(\Delta f\) є зміщення частоти\(f_{\text{osc}}\). Якщо фазовий шум при зміщенні\(100\text{ MHz}\) частоти від частоти коливань є\(−100\text{ dBc/Hz}\), що таке фазовий шум при\(10\text{ MHz}\)?
32. Фазовий шум осцилятора,\(1\text{ MHz}\) виміряний при є\(−136\text{ dBc/Hz}\). Якщо фазовий шум змінюється як\(1/(\Delta f)\), де\(\Delta f\) зміщення від центральної частоти коливань, що таке фазовий шум при\(100\text{ kHz}\) зміщенні?
33. Фазовий мікрохвильовий генератор, як правило, використовує низько-\(Q\) генератор. Для такого генератора фазовий шум на частоті, що впливає на мікрохвильові системи, має зворотну квадратну залежність до частоти. Вимірюваний фазовий шум\(100\text{ kHz}\) - це те\(−106\text{ dBc/Hz}\), про що посилається фазовий шум\(1\text{ MHz}\)?
34. Фазовий мікрохвильовий генератор, як правило, використовує низько-\(Q\) генератор. Для такого генератора фазовий шум на частоті, що впливає на мікрохвильові системи, часто має зворотну квадратну залежність до частоти. Вимірюється\(1\text{ MHz}\) фазовий шум\(−125\text{ dBc/Hz}\), що таке фазовий шум при\(100\text{ kHz}\)?

5.12.1 Вправи за розділами

\(†\)складний,\(‡\) дуже складний

\(§5.2\: 1\)

\(§5.3\: 2†, 3†, 4†, 5†, 6‡, 7‡, 8, 9, 10, 11\)

\(§5.5\: 12\)

\(§5.6\: 13†\)

\(§5.7\: 14†, 15†, 16†, 17†, 18†, 19†, 20†, 21†, 22†, 23†, 24†, 25†, 26†, 27†\)

\(§5.8\: 28†, 29†, 30†, 31, 32†, 33†, 34†\)

5.12.2 Відповіді на вибрані вправи

4. \(4.594\text{ GHz}\)

6. (г)\(49.8\:\Omega,\: 99.6\text{ fF}\)
7. (е)\(4.883\text{ MHz}\)

13. \(49.8\:\Omega,\: 2.97\text{ dB}\)

19. \(\sqrt{\frac{C_{1}+C_{2}}{L_{3}C_{1}C_{2}}}\)
20. \(1.592\text{ GHz}\)

23. \(25.16\text{ GHz}\)
24. (c)\(10.27\text{ GHz}\)

30. \(100\text{ GHz}\)

34. \(-105\text{ dBc/Hz}\)