東華大學(xué)高頻電子電路通信電子電路課件5-3

1、三點式振蕩器的性能分析 1電容三點式振蕩器考畢茲（Colpitts）振蕩器圖5 23給出電容三點式兩種組態(tài)的振蕩器電路。圖中和為分壓式偏置電阻。這就是具有自給偏置效應(yīng)的反饋振蕩電路。 圖5 23電容三點式振蕩器電路圖（a）電路中，三極管發(fā)射極通過交流接地，是共射組態(tài)；圖（b）電路中，三極管基極通過交流接地，是共基組態(tài)。組態(tài)不同，但都滿足“射同基反”的構(gòu)成原則，即與發(fā)射極相連的兩個電抗性質(zhì)相同，不與發(fā)射極相連的是性質(zhì)相異的電抗。 Attention : 一定要會識別電路中的旁路電容和耦合電容Ø 高頻耦合和旁路電容(和)對于高頻振蕩信號可近似認(rèn)為短路，即隔直通交；Ø 旁路和耦合

2、電容的容值至少要比回路電容的容值大一個數(shù)量級以上?；芈冯娙葜傅氖菢?gòu)成諧振回路的電容。 構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，稱為回路電容(也工作電容)。圖5 24電容三點式振蕩器電路的等效交流通路2電容三點式振蕩器電路的起振條件以圖5 22（b）所示共基組態(tài)的電容三點式電路為例分析起振條件。1） 高頻交流等效電路畫高頻振蕩回路之前應(yīng)仔細分析每個電容與電感的作用。必須處理好以下問題：畫高頻振蕩回路時，小電容是工作電容, 大電容是耦合電容或旁路電容；小電感是工作電感, 大電感是高頻扼流圈。畫等效交流電路時，保留工作電容與工作電感, 將耦合電容與旁路電容短路, 高頻扼流圈開路, 直流電源與地短路.通常高頻振蕩回路是用于

3、分析振蕩頻率的，一般不需畫出偏置電阻如何判斷工作電容和工作電感？一是根據(jù)參數(shù)值大小。電路中數(shù)值最小的電容(電感)和與其處于同一數(shù)量級的電容(電感)均被視為工作電容(電感), 耦合電容與旁路電容的數(shù)值往往要大于工作電容幾十倍以上；高頻扼流圈的電感數(shù)值遠遠大于工作電感；二是根據(jù)所處的位置。旁路電容分別與晶體管的電極和交流地相連，旁路電容對偏置電阻起旁路作用；耦合電容通常在振蕩器負(fù)載和晶體管電路之間，起到高頻信號耦合及隔直流作用，即“隔直通交”。這兩種電容對高頻信號都近似為短路。工作電容與工作電感是按照振蕩器組成法則設(shè)置的。必須滿足“射同基反”。高頻扼流圈對直流和低頻信號提供通路, 對高頻信號起阻隔

4、作用。圖5 23（b）的交流等效電路（一定要會畫交流通路）圖5 24（a）電容三點式交流等效電路說明：如果僅從相位角度考慮能否起振，或只要求振蕩頻率，則關(guān)注諧振網(wǎng)絡(luò)，其它部分均可不畫。2）起振條件和振蕩頻率起振條件包括振幅條件和相位條件。起振的相位條件已由“射同基反”滿足。判斷能否起振要解決的關(guān)鍵問題就是推出反饋放大器的環(huán)路增益。振蕩器起振的振幅條件推導(dǎo)環(huán)路增益是判斷起振的關(guān)鍵。推導(dǎo)環(huán)路增益時，需將閉合環(huán)路斷開。斷開點的選擇并不影響表達式的推導(dǎo)，斷開點的選擇一般以便于分析為準(zhǔn)則，通常選擇在輸入端， 環(huán)路斷開后的等效電路（在這部分將給出一系列推導(dǎo)的等效電路）本題在圖5 24所示的×處斷

5、開，斷開點的右面加環(huán)路的輸入電壓，斷開點的左面應(yīng)接入自左向右看進去的輸入阻抗，如下圖（a）所示。 圖中是并聯(lián)諧振回路的諧振電阻，式中為回路固有品質(zhì)因素。將共基組態(tài)的晶體管用混合型等效電路表示。當(dāng)振蕩頻率遠小于管子的特征頻率時，可忽略和，圖5 25（b）給出共基組態(tài)晶體管等效電路。（參看課本P31）可見由斷開處向右看進去的輸入阻抗畫出斷開環(huán)路后的等效電路如下圖（c）所示。圖中虛線框內(nèi)是晶體管共基極組態(tài)的簡化等效電路,為共基放大器的輸入電阻, 為發(fā)射結(jié)電阻，為共射組態(tài)時晶體管的低頻放大倍數(shù)。因為在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)總是正偏的，所以，通常很小，一般在幾百歐以下。將輸出回路的等效電路簡化為如圖5 25（d

6、），以便求出基本放大器的增益A和反饋系數(shù)F，最終得到環(huán)路增益。圖中，輸入阻抗對諧振回路的接入系數(shù)，通常，所以有由圖5 25（d）可簡化為圖（e），圖中的電導(dǎo) 其中 圖中的電納 式中 （其中）由圖（e）可知 反饋系數(shù) 環(huán)路增益 當(dāng)回路發(fā)生諧振時，分母的虛部為零，即可得到振蕩器的振蕩角頻率為： （5.3.3）令，即可求得振幅起振的條件： （5.3.4）上式可改寫為 （5.3.5 a）或 （5.3.5 b）由圖5 25（c）可知，是經(jīng)電容分壓器折算集電極輸出回路上的電導(dǎo)值。諧振回路諧振時，集電極輸出回路的總電導(dǎo)為，回路諧振時，放大器的電壓增益為，是接入系數(shù)，也就是反饋系數(shù)。如何設(shè)置電路參數(shù)，滿足振幅

7、起振條件？要滿足振幅起振條件應(yīng)增大和。a) （）， ；b) 反之， ，雖，但不能增大，結(jié)論：要使較大，必須合理選擇值。一般要求為35，的取值一般為。另外，提高三極管集電極電流，可增大，從而提高，但是不宜過大，否則，會過大，造成回路有載品質(zhì)因數(shù)過低（為什么？請聯(lián)系前面所講內(nèi)容），影響振蕩頻率穩(wěn)定度。一般取值。通常選用，反饋系數(shù)取值適當(dāng)，一般都能滿足振幅起振條件。（1） 工程估算法求起振條件和諧振頻率通過上述分析可知，采用工程估算法，可大大簡化起振條件的分析?，F(xiàn)將基本步驟歸納如下：（結(jié)合文件5-3圖理解該過程）選擇斷開點，畫出推導(dǎo)的高頻等效電路；求出諧振回路的（近似由諧振回路決定）；將輸入阻抗中部

8、分接入電阻折算到集電極輸出回路中。求出諧振回路諧振時基本放大器的增益和反饋系數(shù)（通常就是接入系數(shù)），便可得到振幅起振條件；其中 ，3 電感三點式振蕩器哈特萊（Hartely）振蕩器圖5 26電感三點式振蕩器電路，分別是兩種組態(tài)。圖（a）中，三極管發(fā)射極通過交流接地，是共射組態(tài)；圖（b）中，三極管基極通過交流接地，是共基組態(tài)。都滿足“射同基反”的構(gòu)成原則。電路簡單分析：圖中和為分壓式偏置電阻，和為高頻耦合和旁路電容，對于高頻振蕩信號可近似認(rèn)為短路，為集電極限流電阻，為輸出負(fù)載電阻，構(gòu)成并聯(lián)諧振回路。電感三點式振蕩器電路的起振條件前面電容三點式振蕩器是以共基組態(tài)為例進行分析的，電感三點式將以圖5

9、26（a）所示共射組態(tài)為例分析因電感三點式振蕩器應(yīng)用較少，尤其在集成電路中更為少見，故只對其進行簡單分析，給出一些結(jié)論作為參考。（a）交流等效電路圖5 27共射電感三點式交流等效電路（b）起振條件和振蕩頻率共射組態(tài)的晶體管的等效電路將共射組態(tài)的晶體管用Y參數(shù)等效電路表示。當(dāng)振蕩頻率遠小于管子的特征頻率時，可忽略晶體管正向傳輸導(dǎo)納的相移，可近似等于晶體管的跨導(dǎo)，電路中忽略了晶體管的內(nèi)部反饋，即，不考慮晶體管輸入和輸出電容的影響，得共射組態(tài)的晶體管用Y參數(shù)等效電路圖5 28（a）給出高頻微變等效電路。圖5 28（b）為斷開環(huán)路后的等效電路，圖中虛線框內(nèi)是晶體管共射極組態(tài)的簡化等效電路,為共射放大器

10、的輸入電導(dǎo)，為輸出電導(dǎo)，為輸出負(fù)載回路等效電導(dǎo)，其中為諧振回路諧振電導(dǎo)。振蕩電路的反饋系數(shù) 取值過小，不易起振；過大，管子的輸入阻抗會對諧振回路的值及頻率穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響(?)，并使振蕩波形失真，嚴(yán)重時致使電路無法起振。為了兼顧振蕩的起振條件和各項質(zhì)量指標(biāo)，通常取。 放大器增益的幅值 其中 為接入系數(shù)，其值等于反饋系數(shù)。振幅起振條件 ，即 上式可改寫為 （5.3.6）振蕩頻率的近似計算式為 （5.3.7）式中。4 三點式振蕩器性能比較 電容三點式的優(yōu)點Ø 由于反饋電壓取自電容，而電容對晶體管的非線性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗，能有效地濾除高次諧波，因而輸出波形好。Ø 晶體管的極間電容與回路電容并聯(lián)，可并入回路電容中考慮。若直接用極間電容代替回路電容，工作頻率可大大提高。其缺點是反饋系數(shù)與回路電容有關(guān)。如果用改變電容的方法來調(diào)整振蕩頻率，將改變反饋系數(shù)，甚至可能造成電路停振。電感三