42_LC正弦波振荡器电路

4.2LC正弦波振荡器电路LC振荡器根据其反馈网络的不同可以分为，互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。本部分重点介绍不同型式的反馈性LC振荡器，以三点式振荡器作为重点。BUPTPress4.2.1互感耦合振荡器电路互感耦合振荡器是利用线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合系数M，使之满足振幅起振条件很重要。互感耦合振荡器有三种形式，调基电路，调集电路和调发电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。BUPTPressBUPTPress调基电路：BUPTPress调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较平衡。由于基极和发射极之间输入阻抗较低，为了避免过多影响回路的Q值，故在调基和调发这两个电路中，晶体管和振荡回路作部分耦合。BUPTPress调集电路：调集电路在高频输出方面比其他两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。BUPTPress调发电路：由于基极和发射极之间输入阻抗较低，为了避免过多影响回路的Q值，故在调基和调发这两个电路中，晶体管和振荡回路作部分耦合。BUPTPress互感耦合振荡器在调整反馈（改变M）时，基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于作出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。BUPTPress三端式LC振荡器三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为10-3~10-4量级，采取一些稳频措施后，还可以再高一些。BUPTPress三端式LC振荡器有许多种，主要有：电感三端式，又称哈特莱振荡器(Hartley);电容三端式，又称考毕兹振荡器(Coplitts);串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器（Clapp）并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器（Selier）LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则)BUPTPress4.2.2电感反馈振荡器电路谐振回路作为集电极负载，利用电感L2将谐振电压反馈到基极，故称电感反馈振荡器，或称“Hartley”振荡器。BUPTPressBUPTPressLC谐振回路引出三个端点，分别与晶体管的三个电极相连接，所以又叫做电感三端式振荡器。这种电路能否起振，关键问题是看它能否构成正反馈，即能够满足相位平衡条件。由放大器的倒相作用，回路上的输出电压Vo与Vi相差180o。回路谐振时，Vo在CL2支路内所产生的电路I超前于Vo90o，I在L2两端产生的电压降也超前于I90o，所以Vf与Vi同相。BUPTPress只要适当选择L1和L2的比值，使其满足AF1,电路就能够产生振荡。下面分析这种电路的起振条件和工作频率BUPTPress由ｈ参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的起振条件：电感反馈三端电路的振荡频率：BUPTPress1'''2ieieiefeppfephhhLMhFRRLMhR0'21212111122(2)()oeiefLChCLLMLLMh哈特莱电路的优点：1、L1和L2之间有互感，反馈较强，容易起振2、振荡频率调节方便，只要调整电容C即可；3、C的改变基本不影响电路的反馈系数。BUPTPress电路的缺点：1、振荡波形不好，因为反馈电压在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大。2、电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这是因为频率太高，L太小且分布参数的影响太大。BUPTPress4.2.3电容反馈振荡器电路利用C2将谐振回路的的一部分电压反馈到基极。LC谐振回路的三个端点分别与晶体管的三个电极相连，所以以称为电容反馈三端式振荡器，或考毕兹振荡器。BUPTPress利用矢量分析法可以证明该电路满足相位平衡条件。只要适当选取C1和C2的比值，并使放大器有足够的放大量，电路就能够振荡。BUPTPress对电路定量分析可得振荡器的工作频率为由于，所以其中，BUPTPress120121122CCfLCC'121212oeiehCCLCChCC1201211122CCfLCCLC1212CCCCC若考虑振荡回路损耗和负载的影响，但不考虑晶体管内反馈，这种电路的起振条件为：或写为相当于放大器的电压放大倍数A为反馈系数的倒数1/FBUPTPress2''1ieiefepfephhChCRhR'211fepiefehRChCh'fepiehRh21CC考毕兹电路的优点：1、振荡波形好；2、电路的频率稳定度高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响；3、电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容，其工作频率可以做到几十MHz到几百MHz的甚高频段范围。BUPTPress电路的缺点：调节C1和C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变，从而影响到起振条件和工作状态。但只要在L两端并上一个可变电容器，并令C1、C2为固定电容，则在调整频率时，基本不会影响反馈系数。BUPTPress4.2.5高稳定度的LC振荡器电路1.问题的提出综上所述，基本电路的工作频率严格来讲都与晶体管参数和负载谐振阻抗有关，这些参数的变化是振荡器频率不稳定的重要因素之一，怎样才能减小它们对振荡频率的影响呢？BUPTPress'pR计入不稳定电容的三端振荡器等效电路：BUPTPress减小在回路中不稳定参数的有效方法，是减弱有源器件与LC振荡回路之间的耦合，使折算到回路内的有源器件参数下降。实际是减小回路接入系数p，以减小与有源器件相耦合的等效谐振阻抗。下面介绍两种改进的电容三端振荡电路。BUPTPress2、克拉波电路右图表示一实际的克拉泼电路。其中BUPTPress1323,CCCC克拉泼电路的交流等效电路：BUPTPress利用电容三端式振荡电路的方法，可得该电路的振荡频率为由于，所以三电容串联后的等效电容为：BUPTPress31122fLCLC1323,CCCC1233333122313121CCCCCCCCCCCCCCCC电路的起振条件为：其中，，所以：所以，克拉波电路较难起振，振荡器的波段覆盖系数小。BUPTPress2''1ieiefepfepChhhCRhR'2pcepRpR3312iefeCCLhhQ克拉波电路的特点：1、由于的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合；2、调整C1，C2的值可以改变反馈系数，但对谐振频率的影响很小；3、调整值可以改变系统的谐振频率，对反馈系数无影响。BUPTPress,cebeCC由于放大倍数与频率的立方成反比，故随着放大频率的升高振荡幅度明显下降，上限频率受到限制，所以：1、克拉波电路的波段覆盖的范围比较窄；2、工作波段内输出波形随着频率的变化大。BUPTPress3、西勒电路并联型改进电容三端式振荡器。BUPTPress回路等效电容振荡频率BUPTPress123434121323CCCCCCCCCCCCC341122()fLCLCC该电路起振条件为：其中，电流放大倍数与频率的关系为：BUPTPress2''1ibibfbpfbpChhhCRhR'2pcepRpR12231ibfbhCChCQL工作频率越高，越有利于起振。其特点：1、波段覆盖范围宽；2、工作波段内，输出波形随频率变化。BUPTPress4.2.4LC三端式振荡器相位平衡条件判断准则三端式振荡器电路的一般形式：BUPTPress三端式LC振荡器是一种反馈式LC振荡器。为得到正反馈，反馈电路必须使晶体管交流电压的瞬时极性满足一定的相位关系：Vbe为负时，Vce应为正，即Vbe与Vce反相。即Veb与Vce同相。只有电抗Xce与Xeb性质相同才有保证其同相。BUPTPress当回路元件的电阻很小，可以忽略其影响，同时也忽略三极管的输入阻抗与输出阻抗的影响，则电路要维持振荡必须满足否则无法满足回路谐振条件。BUPTPress0bececbXXX三端式振荡电路满足相位平衡条件的准则如下：1、Xce与Xeb的电抗性质相同，而与Xcb的电抗性质相反。即ce、be同抗件，cb反抗件。2、对于振荡频率应满足以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。BUPTPressbececbXXX