5.3.2 三点式振荡电路

《5.3.2 三点式振荡电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5.3.2 三点式振荡电路（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、5.3.2 三点式振荡电路定义：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反馈型振荡器。三点式振荡电路用电感耦合或电容耦合代替变压器耦合，可以克服变压器耦合振荡器只适宜于低频振荡的缺点，是一种广泛应用的振荡电路，其工作频率可从几兆赫到几百兆赫。 1、 三点式振荡器的构成原则图 5 20 三点式振荡器的原理图图 5 20 是三点式振荡器的原理电路（交流通路）为了便于分析，图中忽略了回路损耗，三个电抗元件构成了决定振荡频率的并联谐振回路。becebcXX、 和要产生振荡，对谐振网络的要求：？必须满足谐振回路的总电抗 ，回路呈现纯0becbX阻性。反馈电压 作为输入加在

2、晶体管的 b、e 极，输出fug加在晶体管的 c、e 之间，共射组态为反相放大og器，放大器的的输出电压 与输入电压 （即 ）反ougiugfg相，而反馈电压 又是 在 、 支路中分配在 上fggbcXe beX的电压。要满足正反馈，必须有（5.3.1）()be bef ooccXXuuggg为了满足相位平衡条件， 和 必须反相，由式（5.3.1）fg可知必有 成立，即 和 必须是同性质电抗，而0becXbeXce必为异性电抗。()bcbec综上所述，三点式振荡器构成的一般原则：（1） 为满足相位平衡条件，与晶体管发射极相连的两个电抗元件 、 必须为同性，beXce而不与发射极相连的电抗元件

3、的电bcX抗性质与前者相反，概括起来“射同基反” 。此构成原则同样适用于场效应管电路，对应的有“源同栅反” 。（2） 振荡器的振荡频率可利用谐振回路的谐振频率来估算。若与发射极相连的两个电抗元件 、beX为容性的，称为电容三点式振荡器，也称为考ceX比兹振荡器(Colpitts) ，如图 5 21（a ）所示；若与发射极相连的两个电抗元件 、beX为感性的，称为电感三点式振荡器，也ceX称为哈特莱振荡器(Hartley)，如图 5 21（b）所示。图 5 21 电容三点式与电感三点式振荡器电路原理图三点式振荡器的性能分析1 电容三点式振荡器考毕兹（Colpitts）振荡器图 1 给出两种电容三

4、点式振荡器电路。图中 和 为12bR、 e分压式偏置电阻，图 1 电容三点式振荡器电路图（a）电路中，三极管发射极通过 交流接地，是共射组EC态；图（b）电路中，三极管基极通过 交流接地，是共基组态。b组态不同，但都满足“射同基反”的构成原则，即与发射极相连的两个电抗性质相同，不与发射极相连的是性质相异的电抗。高频耦合和旁路电容( 和 )对于高频振荡信号可近似bcC、 E认为短路，旁路和耦合电容的容值至少要比回路电容值大一个数量级以上。 构成并联谐振回路， 称为回路电容(也工作12LC、 和 12C和电容)。2 电容三点式振荡器电路的起振条件以图 5 22（b）所示共基组态的电容三点式电路为例

5、分析起振条件。(a)高频交流等效电路画高频振荡回路之前应仔细分析每个电容与电感的作用，应处理好以下问题：画高频振荡回路时，小电容是工作电容, 大电容是耦合电容或旁路电容, 小电感是工作电感, 大电感是高频扼流圈。画等效电路时保留工作电容与工作电感, 将耦合电容与旁路电容短路, 高频扼流圈开路, 直流电源与地短路,通常高频振荡回路是用于分析振荡频率的，一般不需画出偏置电阻。 判断工作电容和工作电感, 一是根据参数值大小。电路中数值最小的电容(电感)和与其处于同一数量级的电容(电感)均被视为工作电容(电感), 耦合电容与旁路电容的数值往往要大于工作电容几十倍以上, 高频扼流圈的电感数值远远大于工作

6、电感；二是根据所处的位置。旁路电容分别与晶体管的电极和交流地相连，旁路电容对偏置电阻起旁路作用；耦合电容通常在振荡器负载和晶体管电路之间，起到高频信号耦合及隔直流作用。这两种电容对高频信号都近似为短路。工作电容与工作电感是按照振荡器组成法则设置的。高频扼流圈对直流和低频信号提供通路, 对高频信号起阻隔作用。图 1（b）的交流等效电路图 5 24（a）电容三点式交流等效电路(b) 起振条件和振荡频率起振条件包括振幅条件和相位条件。起振的相位条件已由“射同基反”满足。判断能否起振要解决的关键问题就是推出反馈放大器的环路增益 。)(jT。()()()TjoscTjAFTe&振荡器起振的振幅条件 ()

7、1OSCAFg推导环路增益 时，需将闭合环路断开。断开点的选择)(jT并不影响 表达式的推导，断开点的选择一般以便于分析为准则，通常选择在输入端， 环路断开后的等效电路（在这部分将给出一系列推导的等效电路）)(jT本题在图 5 24 所示的处断开，断开点的右面加环路的输入电压 ，断开点的左面应接入自左向右看进去的输入阻iV抗，如下图（a）所示。iZ图中 是并联谐振回路 的谐振电阻，eoR12LC、 和，式中 为回路固有品质因素。00escLQ0可见由断开处向右看进去的输入阻抗 /ieebeZRrjC将共基组态的晶体管用混合 型等效电路表示。当振荡频率远小于管子的特征频率 时，可忽略Tf和 ，得

8、到如图 5 25（b ）所示的晶体管等效cebr、 bcC电路。可画出断开环路后的等效电路如下图（c）所示。图中虚线框内是晶体管共基极组态的简化等效电路,为共基放大器的输入电阻, er (1)(5.32 1bee beerrr ）为发射结电阻， 为共射组态时晶体管的低频放大倍ber数。因为在放大区，发射结总是正偏的，所以， 通常很ber小，一般在几百欧以下。 =,(1)mbemegrgr 而 11,()26mv=()mCeeEQgrIAQ跨 导而 共 基 放 大 器 的 输 入 电 阻 （ ）将输出回路的等效电路简化为如图 5 25（d） ，以便求出基本放大器的增益 A 和反馈系数 F，最终得

9、到环路增益。图中 ，输入阻抗 对谐振回路的()OSCT22beCiZ接入系数，122CnffVn&通常 ，所以有eerR2 211(/)eeeerrRrnn由图 5 25（d）可简化为图（e） ，图中的电导 LiGg其中 1LgR 21i iengr 0/LLeRR图中的电纳 1BCL式中 （其中 ）1212C222beC由图（e）可知 mifgVGjB&=（ 电 压 电 流 电 阻 ） dfffVn& 而其 中 为 集 电 极 回 路 两 端 的 电 压 ， 如 图 （ ） 所 示反馈系数 12CFn环路增益 () 1()ffo mmii LiVngngTjAFGjBjCL g&当回路发生谐

10、振时， 分母的虚部为零，即可得到()Tj振荡器的振荡角频率为：（5.3.3）1oscLC令 ，即可求得振幅起振的条件：()1T（5.3.4）() 1moscLingAF上式可改写为 （5.3.5 a）2()miLigngng或 （5.3.5 21Lingb）由图 5 25（c ）可知， 是 经电容分压器折算集电2ingi极输出回路上的电导值。谐振回路谐振时，集电极输出回路的总电导为 ，2Lign回路谐振时，放大器的电压增益 A， 是接入系数，也就是反馈系数。2()mLignn如何设置电路参数，满足振幅起振条件？由式（5.3.5 b）可知，要满足振幅起振条件应增大 和 ，AF但增大 （ ） ，

11、也随之增大，必将造成Fn2ig减小；反之，减小 ，虽能提高 ，但不能增大AFA，因此要使 较大，必须合理选择 值。一()oscT()oscTF般要求 为 35， 的取值一般为 。另()oscF182:外，提高三极管集电极电流 ，可增大 ，从而提高CQImg，但是 不宜过大，否则， 会过大，ACQI1()ier造成回路有载品质因数过低，影响振荡频率稳定度。一般取值 。通常选用 ，CQI15mA: 5Toscff，反馈系数 取值适当，一般都能满足振幅LRKF起振条件。（3） 工程估算法求起振条件和谐振频率通过上述分析可知，采用工程估算法，可大大简化起振条件的分析。现将基本步骤归纳如下：选择断开点，

12、画出推导 的高频等效电路；()Tj求出谐振回路的 （近似由谐振回路决定） ；osc将输入阻抗中部分接入电阻折算到集电极输出回路中。求出谐振回路谐振时基本放大器的增益 和反馈系数A（通常就是接入系数 ） ，便可得到振幅起振条件；其Fn中 ，A输 出 电 压 输 入 电 导输 入 电 压 输 出 回 路 电 导foVF反 馈 电 压 输 出 电 压3 电感三点式振荡器哈特莱（Hartely）振荡器图 5 26 电感三点式振荡器电路图（a）中，三极管发射极通过 交流接地，是共射组态；EC图（b）中，三极管基极通过 交流接地，是共基组态。B尽管两个振荡电路的组态不同，但都满足“射同基反”的构成原则，即

13、与发射极相连的两个电抗性质相同，不与发射极相连的是性质相异的电抗。电路简单分析：图中 和 为分压式偏置电阻，12BR、 ER和 为高频耦合和旁路电容，对于高频振荡BcC、 EC信号可近似认为短路， 为集电极限流电阻， 为输出cRLR负载电阻， 构成并联谐振回路。12CL、 和电感三点式振荡器电路的起振条件前面电容三点式振荡器是以共基组态为例进行分析的，电感三点式将以图 5 26（a）所示共射组态为例分析因电感三点式振荡器应用较少，尤其在集成电路中更为少见，故只对其进行简单分析，给出一些结论作为参考。（a ）交流等效电路图 5 27 共射电感三点式交流等效电路(b) 起振条件和振荡频率共射组态的

14、晶体管的等效电路将共射组态的晶体管用 Y 参数等效电路表示。当振荡频率远小于管子的特征频率 时，可忽略晶体管正向传输导纳Tf的相移， 可近似等于晶体管的跨导 ，电路中忽略fey mg了晶体管的内部反馈，即 ，不考虑晶体管输入和输0rey出电容的影响，得共射组态的晶体管用 Y 参数等效电路图 5 28（a）给出高频微变等效电路。图 5 28（b）为断开环路后的等效电路，图中虚线框内是晶体管共射极组态的简化等效电路,为共射放大器的输入电导，ieg为输出电导，o为输出负载回路等效电导，0()LLg其中 为谐振回路谐振电导。0振荡电路的反馈系数 2121foVLMF L反 馈 电 压 （ 与 之 间

15、有 互 感 ）输 出 电 压2121LL（ 与 之 间 无 互 感 ）取值过小，不易起振； 过大，管子的输入阻抗会对FF谐振回路的 值及频率稳定性产生不良影响，并使振荡波Q形失真，严重时致使电路无法起振。为了兼顾振荡的起振条件和各项质量指标，通常取 。182: 放大器增益的幅值 omiVgA输 出 电 压 输 入 电 压其中 2oeLiegggng 为接入系数，其值等于反馈系数。n振幅起振条件 ，1AF即 21mmoeLieggAFnn上式可改写为（5.3.6）1()mieoeLgng振荡频率的近似计算式为1oscLC（5.3.7）式中 。12 12LM为 与 的 互 感4 三点式振荡器性能比较电容三点式的优点由于反馈电压取自电容，而电容对晶体管的非线性产生的高次谐波呈现低阻抗，能有效地滤除高次谐波，因而输出波形好。晶体管的极间电容与回路电容并联，可并入回路电容中考虑。若直接用极间电容代替回