第4章 正弦波振荡器(2)

1LC振荡器:用LC振荡回路作为选频网络的反馈型振荡器。种类（按反馈网络的不同）：互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器、电容反馈式振荡器。其中，后面两种通常又称为三点式振荡器。4.2LC振荡器（P109）24.1.5互感耦合振荡器（P108）一、电路形式（根据振荡回路加在哪个级）(a)调集电路(b)调基电路(c)调发电路◆为满足产生自激的相位平衡条件，图中给出了同名端。◆在高频输出方面，调集电路比其它两种稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。调基电路的振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较平稳。◆此类振荡器在调整反馈（改变M）时，基本不影响振荡频率。由于难于做出稳定性高的高频变压器(理由：存在分布电容),因此，它们的工作频率都不高，一般应用于中、短波波段。3二、正反馈原理用瞬时极性法判断三、相位平衡条件注意同名端的正确连接四、选频性能的考虑为使有载有适当值，振荡管与LC回路作部分耦合。六、优缺点优点：调整反馈系数时，不影响振荡频率。缺点：工作频率较高时，变压器的稳定性降低。只宜中短波使用。44.2.2电容三点式振荡器（考毕兹振荡电路）一、电路形式与交流等效电路特点：①交流等效电路中，与发射极相连的元件都是电容；与基极和集电极相连的元件既有电容，又有电感。②即反馈系数21121128fCoCVIXCFVIXC取，12CC11285二、馈电方式集电极：并馈基极：固定分压偏置电压发射结：自给偏压6三、相位平衡条件以为基准，与反相iV0ViV180111ooVIjCVjCI落后0V902211fVIjIjCCfVI又落后90fV落后0V180fV与iV同相位。振荡频率：12fLC121212//CCCCCCC其中7四、振幅起振条件◆振幅起振条件，即要求满足条件：01AF的电路参数关系。◆原理电路图可改画成下图所示的等效电路：图中，为晶体管输出电阻；ceroC为晶体管输出电容；ir为晶体管输入电阻；iC为晶体管输入电容；pR回路的谐振电阻。11;oCCC22;iCCC//ibbebeberRrrr考毕兹振荡电路等效电路输出回路等效电路8从图中可看出，反馈系数F：'22'11'112'211CffooceiCIXjCVVCCCFVVIXCCCjC接入系数p：pR从（高端）b-c端折合到（低端）c-e端的数值：'2ppRpRir从b-e端（C2）折合到c-e端的数值：'2iirrF∴谐振时c-e间的总电阻：221111pipiFRpRrRr112211212.'''''''.''1//1(//)cecepmaxIjCCCCVVpVVCCCIjCC谐振电压[ω（L1+L2）]IorI/[ω(c1//c2)]谐振电压的部分接入电压P28P189共射电路的放大倍数为：0iRAr环路的增益为：0iFRAFr起振时，应满足：01AF因此，满足起振条件的电路参数关系为：1111iipiFRFrrRRr即：iprFFR或：1mbebeiipFgrrrrFR10例5.1如图所示考毕兹振荡电路。给定参数C1＝160pF,C2=680pF,L=2.5μH,Q0=100,晶体管参数rce＝100KΩ，ri＝2KΩ，C0=5.3pF,Ci=41pF。求：(1)振荡频率f0；（2）反馈系数F；（3）为满足起振所需的β最小值。解（1）'11'22''12''120181605.316568041720134.2118.7222.5134.210oiCCCpFpFpFCCCpFpFpFCCCpFCCfMHzLC求0f（2）求反馈系数F'2'11021650.23720CfCIXVCFVCIX11(3)求最小β(根据：）2()iipprrFFFpRFR66001006.288.7102.51013.66pRQLk2127200.81165720CpCC220.8113.668.96ppRpRk20.231.20.238.96iprFFR12例5.2如图所示的电容三端式电路中，试求电路振荡频率和维持振荡所必须的最小电压增益。21210612210122130000754001122501075102.6130013100cefCCCCCpFCCfLCMHzvVIXCFVIXCCAFAFC回路总电容振荡频率当以作为放大器的输出时，反馈系数要维持振荡，应满足，即解：13五、优缺点优点：输出波形好；频稳度高；工作频率高。缺点：调整电容，以改变频率时，反馈系数将改变。为避免该缺点，将调整电容并接在L的两端，构成西勒电路。14湖南理工学院物理与电子信息系5.3.3电感三端式振荡器（哈特莱电路）一、电路形式与交流等效电路特点：②12(25),LLVV即。22011()11()52fVjLILFVjLIL①与发射极相连的元件都是电感；与基极和集电极相连的元件既有电容，又有电感。15二、馈电方式集电极：串馈基极：分压式固定偏压发射结：自给偏压三、正反馈原理亦可用瞬时极性法判断。16四、相位平衡条件以为基准，与反相;iV0ViV18011ooVVIjjLLI超前；0V902fVjLII又超前90fVfV超前0V180fV与iV同相位。振荡频率：12fLC12LLL17上一页下一页湖南理工学院物理与电子信息系五、振幅起振条件(与电容三点式一样)21iprFFpR六、优缺点优点：容易起振；当改变电容调节频率时，不影响反馈系数。缺点：输出波形较差；高频段反馈系数减小，起振困难。185.3.4三点式振荡器的相位平衡判断准则一、相位平衡条件（回路谐振时，电抗的代数和等于零）与反相因为为了使0ViV180ebX与必须是同性质电抗，所以，ecXcbC必然与、的电抗性质相异。beXceX二、判定准则（射同集（基）反）0cbebecXXXebXecX和性质相同。cbX和ebX、ecX性质相反。195.3.3改进型电容三点式振荡器前面讨论的几种LC振荡器，振荡频率不仅与谐振回路L、C的值有关，还与晶体管的输入电容Ci及输出电容C0有关。当环境改变或更换晶体管后，振荡频率、稳定性都要受到影响。例如，对于电容三点式电路，晶体管的输出电容Co、输入电容Ci分别与回路电容C1，C2并联，振动频率为：012121oioiCCCCLCCCC表面看，加大回路电容C1与C2，可减弱Ci、Co对振荡频率的影响。但是，只适用于频率不太高，或C1、C2本身较大的情况。201．串联改进型电容三点式振荡器(克拉泼电路)特点：把考毕兹振荡电路中的电感L改为由L、C组成的串联回路。3121111oiCCCCCC选1323,CCCC有：3CC031LC振荡频率可写成：使得ω0与Ci、C0无关，增强了频率的稳定性。回路总电容：21缺点：(1)若C1，C2过大，则振荡电压的幅度较小。(2)通过减小C3来提高f0时，振荡幅度下降很快；当C3减到一定程度时，可能停振。因此振荡频率f0不能做得很高。(3)该电路用作频率可调的振荡器时，振荡幅度随频率增加而下降，即幅度不平稳。因此，频率覆盖系数(高端频率和低端频率之比)不大，约为1.2～1.3。因此，仍然需要改进！222.并联改进型电容三点式振荡器(西勒电路)特点：把考毕兹振荡电路中的电感L改为由LC4并联再与C3串联。41231111oiCCCCCCC回路总电容：选1323,CCCC有：34CCC振荡频率可写成：03411()LCLCC23湖南理工学院物理与电子信息系例5.3振荡器电路如图所示，图中：1212100,0.0132,100,300CPFCFLHLH1）试画出交流等效电路；2）求振荡频率；3）用矢量图判断是否满足相位平衡；4）求电压反馈系数F；5）当放大器电压放大系数，回路有载时，求满足起振条件所需最小值。20LQ',3fepieiehRAhKhfeh解：1）画交流等效电路。输出端交流短路时，晶体管正向电流放大系数输出端交流短路时，晶体管的输入电阻242）求振荡频率ω0：12100300400LLLHμ12121001320099.24810010013200CCCPFPFCC601510/radsLC5261222115.25210/300101320010radsLC10，所以L1C1支路呈容性。6161211111010/1001010010radsLC25以为参考矢量。与反相180o；L2C2支路呈感性，滞后90o；3）用矢量图判断是否满足相位平衡条件：iVOVoVLI111101011(5002000)()1500LCLCZjLjjCX2202021115()15CCZjjXjCC150.011500FiV可见，与同相位，满足相位平衡条件。fViV112ffCoceLCVVXFVVX4）求F:滞后90o。fVLI26满足起振条件需要的最小为13.3。5)求最小hfe66012()510(100300)102000LL1101215000.75()2000CceceLpmaxXVVpVVLL22012'()0.7520200022.5pLRpQLLk'11,100fepiehRAFAFh100100313.3'22.5iefephhRfeh275.4试画出下图所示各电路的交流等效电路，并用LC三点式振荡器的相位判断条件，判断哪些可能产生正弦波振荡，那些不能产生正弦波振荡？be间为L1，ce为C1,电抗性质不同；不满足“射同”，不能振荡。28213333eb10,10,CecCLLCCLLCC为，为，满足“射同”；若则支路呈感性，满足“集（基）反”；为电容三点式振荡器。若则支路呈容性，不满足“集（基）反”；不能构成振荡器。29ce间为L2,cb间为L1，不满足“集反”；不管b、e间呈容抗或感抗，电路均不能起振。3001LC电路是具有级间反馈的放大器，它通过RF产生级间负反馈，通过LC1串联谐振回路产生级间正反馈。当正反馈量大于负反馈量时，电路就可能产生自激振荡。设1，LC1谐振回路在ω0上呈现的阻抗最小，正反馈最强，因此，能满足起振的相位条件，产生振荡频率为ω0的正弦波振荡。031例5.5图为三个谐振回路振荡器的交流等效电路。假设有之以下六种情况，（1）L1C1L2C2L3C3（2）L1C1L2C2L3C3；(3)L1C1=L2C2＝L3C3;（4）L1C1=L2C2L3C3;(5)L1C1L2C2=L3C3；(6)L2C2L3C3L1C1;试分析哪几种电路能起振？等效为哪种类型的振荡电路？其振荡频率与各回路的固有谐振频率之间有什么关系？解：11111110110LLjjCZCCjjCCCCLCCLC并(jL)＝jL+jL-L-L-，即时呈感性L-，即时呈容性123;;112233111＝＝＝LCLCLC图中有三个并联支路。各支路的阻抗：每个支路的谐振频率分别为：32331122332211111111或LCLCLCLCLCLC331122332211LCLCLC或LCLCLC设回路谐振频率为ω，则：312321或满足电感三点式的条件为：213123或满足电容三点式的条件为：即：要求：