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1、3 2LC正弦波振荡器 采用LC谐振回路作为选频网络的振荡器 LC正弦波振荡器有三种实现电路 LC振荡器可用来产生几十千赫到几百兆赫的正弦波信号 3 2 3 2 1互感耦合振荡器 图3 1 3是常见的一种集电极调谐互感耦合振荡器电路 注意耦合电容 的作用 如果将 短路 则基极通过变压器次极直流接地 振荡电路不能起振 3 2 1 图3 1 3集电极调谐互感耦合振荡器电路 图3 2 1给出了不同的互感耦合振荡电路 从选频回路所在的电极来看 它们都不利于及时滤除三极管集电极输出的谐波电流成分 从而电路的电磁干扰大 集电极电压加大 图3 2 1互感耦合振荡电路举例 若不考虑晶体管的极间电容与输入 输出
2、阻抗的影响 图3 1 3及图3 2 1所示的振荡器的振荡频率近似为选频回路的谐振频率 即 振荡电路的振荡频率的大小并不完全取决于LC回路 而是与晶体管参数 电路的工作状态以及负载有关 所以 互感耦合振荡器的频率稳定度较差 且由于互感耦合元件分布电容的存在 限制了振荡频率的提高 所以只适用较低频段 如中波广播 互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈 所以 应注意耦合线圈同名端的正确位置 同时耦合系数要选择合适 使之满足振幅起振需要 例3 2 1判断图例3 2 2所示两极互感耦合振荡电路能否起振 3 2 1 之间断开 这是一个共基 共集反馈电路 振幅条件是可以满足的 所以只要相位条件满足
3、 就可以起振 利用瞬时极性判断法 根据同名端位置 可以得到 可见电路是负反馈 不能产生振荡 如果把变压器次级同名端位置换一下 则可改为正反馈 而变压器初级 回路是并联LC回路 作为 的负载 考虑其阻抗特性满足相位稳定条件 因此电路有可能产生振荡 图3 2 2例3 2 1图 动画 3 2 2三点式振荡电路 一 电路组成法则 相位条件 三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器 其工作频率可达到几百兆赫 在三点式电路中 回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质 另外一个电抗元件必须为异性质 同时满足 3 2 2 图3 2 3三点式振荡器的原理图 动画 假定
4、LC回路由纯电抗元件组成 其电抗值分别为 同时不考虑晶体管的电抗效应 则当回路谐振 时 回路呈纯阻性 有 即 3 2 2 证明 例3 2 2在例图3 2 4所示振荡器交流等效电路中 三个LC并联回路的谐振频率分别是 满足什么条件时该振荡器能正常工作 3 2 2 图3 2 4例3 2 2图 解 由图可知 只要满足三点式组成法则 该振荡器就能正常工作 若组成电容三点式 则在振荡频率 处 回路应呈现感性 所以应满足 或 若组成电感三点式 则在振荡频率 或 3 2 2 图3 2 4例3 2 2图 动画 图3 2 5电容三点式电路 原理电路 高频等效电路 二 电容三点式电路 又称考毕兹电路 Coplit
5、ts 与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三点式电路 称为电容三点式电路 也称为考毕兹电路 3 2 2 回路电容 回路电感 高频旁路电容 耦合电容 一般来说 旁路电容和耦合电容的电容值至少要比回路电容值大一个数量级以上 有些电路里还接有高频扼流圈 其作用是为直流提供通路而又不影响谐振回路工作特性 对于高频振荡信号 旁路电容和耦合电容可近似为短路 高频扼流圈可近似为开路 3 2 2 图3 2 5电容三点式电路高频等效电路 电容三点式振荡电路分析动画 3 2 2 1 考毕兹电路的近似分析 晶体管输出电容未考虑 图中虚线框内是晶体管共基极组态的简化等效电路 在 处断开 并考虑到负载作用 得到 图
6、3 2 6小信号等效电路 接入系数 式中 3 2 2 电路的等效 由 a 到 b 由 b 到 c 等效电纳 因为 所以 令 分母的虚部为零 即可得到振荡器的振荡角频率为 3 2 2 环路增益计算 起振条件又可以表示为 其中 本电路的反馈系数 3 2 2 2 实际考虑 上面的分析均基于理想假设 实际上有很多因素会影响振荡器的工作频率 如晶体管的输入 输出阻抗 晶体管的偏置电阻与去耦电容 电感的损耗等等 下面对这些因素进行分析 3 2 2 在图3 2 6 a 中 令 得到 b 图 所以 由 b 图求得反馈电压 式中 且 3 2 2 根据起振条件 令B 0可以求得振荡器的振荡角频率为 振幅起振条件为
7、 上述分析表明 电容三点式振荡器的振荡角频率 在实际电路中 一般满足 因此 工程估算时可近似认为 3 2 2 三 电感三点式电路 哈特莱电路 Hartley 与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电路 称为电感三点式电路 也称为哈特莱电路 图为其共基组态交流等效电路 动画 3 2 2 图3 2 7电感三点式振荡器电路 回路电感 回路电容 旁路电容 耦合电容 耦合电容 高频扼流圈 高频扼流圈 起振条件 接入系数 3 2 2 该电路的振荡角频率 反馈系数 四 三点式电路的特点 3 2 2 例3 2 3在图例3 2 8所示电容三点式振荡电路中 已知 试求起振的频率范围 3 2 2 图3 2
8、8例3 2 3图 解 题图的交流等效电路为 当时 3 2 2 电路的有关参数如下 接入系数 所以 根据振幅起振条件 3 2 2 因为 可见时 电路满足起振条件 相应的振荡频率 这时电路不满足起振条件 所以 在频率低端满足起振条件的临界值为 3 2 2 对应的振荡频率 所以 振荡电路的频率范围为16 59 28 53MHz 3 2 2 对应的总等效电容 对应的可变电容 3 2 3单片集成振荡器 一 差分对管振荡电路 在集成电路振荡器中 广泛采用差分对管振荡电路 b 图中 为恒流源 的交流等效电阻 这 电路 电路的电压增益可调至大于 根据瞬时极性法判断 在管基极断开 有 3 2 3 图3 2 10
9、差分对管振荡电路 动画 是一个共集 共基反馈 所以电路是正反馈 在振荡频率点 并联 回路 最强 且满足相位稳定条件 综上所述 此振荡器电路能正常工作 E1648单片集成振荡器是ECL中规模集成电路 其内部电路图如图3 2 11所示 3 2 3 阻抗最大 正反馈电压 二 E1648单片集成振荡器 图3 2 11单片集成振荡器E1648内部电路图 3 2 3 电路的振荡频率 E1648的最高振荡频率可达225MHz E1648有1脚与3脚两个输出端 由于1脚和3脚分别是片内管的集电 极和发射极所以1脚输出电压的幅度可大于3脚的输出 图3 2 12E1648组成的正弦波振荡 如果10脚与12脚外接包括变容二极管在内的LC元件 可以构成压控振荡器 显然 利用E1648也可以构成晶体振荡器 3 2 3 图3 2 12是利用E1648组成的正弦波振荡器
