3.2-LC-正弦波振荡器

第3章正弦波振荡器3.2LC正弦波振荡器3.2.1三点式振荡电路3.2.2差分对管振荡电路3.2.3举例3.2LC正弦波振荡器LC正弦波振荡器：采用LC谐振回路作为相移网络的振荡器。种类：变压器耦合振荡电路三点式振荡电路和差分对管振荡电路。3.2.1三点式振荡电路一、电路组成法则图3-2-1三点式振荡的原理电路1．电路两种基本类型三点式振荡器的原理电路(交流通路)。2．组成法则交流通路中，晶体管的三个极与谐振回路的三个引出端相连接。其中，与发射极相接的为两个同性质电抗，接在集-基间的为异性电抗。可证，此法连接必满足相位平衡条件，实现正反馈。三点式振荡电路组成法则二、三点式振荡器电路(1)电路图3-2-2电容三点式振器电路RB1、RB2和RE：分压式偏置电阻；CC、CB、CE：旁路和隔直流电容；RC：集电极直流负载电阻；RL：输出负载电阻；L、C1、C2：并联谐振回路。图3-2-2电容三点式振器电路(2)组成可变增益器件：晶体管T；相移网络：并谐；发射极：为两同性质容性电抗；集-基：感性电抗。(3)讨论——起振与平衡T为可变增益器件，偏置电路设置合适Q点同时，随vi的增大产生自给偏置效应，加速放大器增益的下降。图3-2-4其直流偏置电路如图3-2-4所示。刚起振时，发射结直流偏置为静态偏置电压，VBE0=VBEQ=VBB-IBQRB-IEQRE。自给偏置效应反馈vivi一部分进入截止区iC为失真的脉冲波，其平均值IC0ICQVBE0增益平衡所以，振荡振幅增大时，加在发射结上的偏置电压将自静态值向截止方向移动，导致环路增益进一步下降，从而提高了振荡振幅的稳定性。2．电感三点式振荡器电路(1)电路与元件作用(2)组成法则判断交流通路图3-2-6三、电容三点式振荡电路的起振条件(相位与振幅)1．等效电路[以图3-2-2(b)为例]推导环路增益T(j)时，应将闭合环路断开。(1)改画电路图3-2-3对应图3-2-2电路的交流通路断点左面加环路的输入电压Vi(j)断点右边(与C2并联)接入自断点向左看进去的阻抗ZiRe0：L、C1、C2并联谐振回路的固有谐振电阻。00220eLQrLLrLRQ0：固有品质因数。(2)用混合型等效电路表示设foscfT(管子的特性频率)，忽略rbb、ree和Cbc，得简化的等效电路：(a)(b)图3-2-3对应图3-2-2电路的交流通路由图3-2-3可见，在×处呈现的输入阻抗。其中Zi=RE//re//(1/jCbe)，re=26mV/IEQ令eeEii///1rrRgReb22CCCLe0LL/1//gRRR且设LgZCgZCZj/11j1j1L32i211，，则反馈电压Vf(j)为：(Z1、Z2串与Z3并)212213imf11)j()j(ZZZZZZVgVZ1Z2Z3所以32132mif11)j()j()j(ZZZZZgVVT(3-2-1)将Z1、Z2、Z3表达式代入，整理得)(jmTe)(j)j(TBAgT(3-2-2a)其中ABBAgT-arctan)()(T22m，式中，)/(/12i12LiLLCgCCgggA-LLCCggCCB1112Li12---谐振时满足虚部为0，即B=0，T(osc)=0起振时满足T(osc)1(gmA)可求得三点式振荡器的相位起振条件为0Li21212osc---gLgCCCLC(3-2-3)振幅起振条件为)11()1(12osci12LmLCgCCgg-(3-2-4)讨论：1．振荡角频率osc振荡频率osc由相位起振条件决定，解(3-2-3)求得2120Li021Liosc11CCggCCggLC(3-2-5)式中，2121CCCCC：LC回路总电容，LC10：固有谐振角频率。osc与0(LC)有关，还与gi(Ri)、gL(Re0、RL)有关，且osc0。Li2120ggCC在实际电路中，一般满足工程估算时，osc0=(3-2-6)LC12．振幅起振条件工程估算时，令=osc0，代入(3-2-4)式，即)11()1(12osci12LmLCgCCgg-(3-2-4)211i121LmCCCgCCCgg振幅起振条件可简化为设211CCCn(3-2-7)n为电容分压比(p127)，上式改写为gmiL1nggn(3-2-8a)或1i2Lmgnggn(3-2-8b)2C若gi，则由图3-2-7可见，n2gi便是gi经电容分压器折算到集电极上的电导值。Lg2C因而回路谐振时集电极上的总电导为(+n2gi)，gm除以这个总电导就是回路谐振时放大器的电压增益Av(0)*，而n则是反馈网络(C1、组成)的反馈系数kfv。这样，式(3-2-8b)又可表示为Av(0)kfv11i2Lmgnggn图3-2-7推导T(j)的等效电路图3-2-7推导T(j)的等效电路讨论：为满足振幅起振条件，应增大Av(0)和kfv。①增大kfv(=n)，n2gi增大，Av(0)减小；减小kfv，虽提高Av(0)，但回路增益T(0)受限。故n取值应适中。②提高ICQ，可以增大gm，从而提高Av(0)，但不宜过大，否则，gi(1/re=gm/)会过大，造成回路有载品质因数下降，影响频率稳定性。ICQ一般取15mA。(a)(b)图3-2-3对应图3-2-2电路的交流通路结论：若振荡管fT5fosc，RL又不太小(1k)，且n(两电容)取值适中，一般都满足起振条件。分析表明，闭合环路不论何处断开，它们的振幅起振条件都是一样的。但断开点不同，主网络和反馈网络的组成就不同，相应的放大器增益和反馈系数也就不同。(a)(b)图3-2-3对应图3-2-2电路的交流通路若图3-2-3(b)所示闭合环路在基极处开断，三极管接成共发组态。Lg图中用工程估算法将gib和折算到集射极间，分别为gib折算到集射极间的计算。，，Le0Leb'Eib1111RRgrRg，和L2221ib221)()(gCCCgCCLg折算到集射极间的计算，L2oii)(RVVRo212iVCCCV等效所以gCCCgRCCCR2221LL2212i)()(四、用工程估算法求起振条件①将闭合环路断开，画出开环等效电路。②求出固有谐振频率0，并令osc0。③将谐振回路的电导折算到集电极上，求放大器回路谐振时的增益和反馈系数，便可确定振幅起振条件。3.2.2差分对管振荡电路一、工作原理T2的集电极上外接LC谐振回路，调谐在谐振频率上。其输出电压直接加到T1管的基极上，形成正反馈。T2管的基极和集电极直流同电位，必须限制LC两端的振荡电压(200mV左右)，防止T2管饱和。振荡管进入截至区实现内稳幅，使得回路有较高的有载品质因数，有利于提高频率稳定性。二、求T(j)1．交流通路2．共集-共基等效电路T1管的基极电流Ib1在T2管的输入端产生的电压为：)j/1//)((ebebmb1iCrVgIV其中，)j/1//(//ebebebebb1ebeEEeeCrZZIVrRrr，，)1/(ebmebergrrT2管输入端的等效阻抗ebebebebebb1iij/11j1CrrCrIVZ共集-共基级联电路的输入阻抗为2/j)2/(11j12ebebebebebiCrrCrZ电路简化如图3-2-10(d)所示。三、确定振荡角频率CL10osc式中，C=C+Cbe/2四、确定振幅起振条件1fofvkVV，　　　)2/(12/)(ebLm0rggAv所以，ebLm/12rgg3.2.3举例图3-2-12(a)例1：判断如图3-2-12所示交流通路能否满足相位平衡条件？解：若L、C3串联支路呈感性，则符合相位平衡条件条件：当osc时，L、C3串联支路呈感性。331LC例2：自己看。(a)(b)(c)图3-2-13例3电路(a)及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线(b)(c)例3：图3-2-13为三回路振荡器交流通路，f01，f02，f03分别为三个回路的固有谐振频率，写出它们之间能满足相位平衡条件的两种关系式，并指出两种情况下振荡频率处在什么范围内。解：已知串、并联谐振回路电抗特性曲线如图3-2-13(b)、(c)所示。(a)(b)(c)图3-2-13例3电路(a)及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线(b)(c)串联回路中，0，X0，呈感性；0，X0，呈容性。并联回路中，0，X0，呈容性；0，X0，呈感性。(a)(b)(c)1．若构成电容三点式电路L1C1、L2C2回路呈容性失谐，L3C3回路呈感性失谐。容性失谐：foscf01,foscf02；感性失谐：foscf03。01osc20fff03oscff2．若构成电感三点式电路L1C1、L2C2回路呈感性失谐，L3C3回路呈容性失谐。感性失谐：foscf01，foscf02；容性失谐：foscf03。03oscff02osc10fff