幻燈片南昌大學(xué)

1、第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.2LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.2.1三點(diǎn)式振蕩電路三點(diǎn)式振蕩電路3.2.2差分對管振蕩電路差分對管振蕩電路 3.2.3舉例舉例3.2LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器LC 正弦波振蕩器：正弦波振蕩器：采用采用 LC 諧振回路作為相移網(wǎng)絡(luò)的諧振回路作為相移網(wǎng)絡(luò)的振蕩器。振蕩器。 種類：種類：變壓器耦合振蕩電路變壓器耦合振蕩電路 三點(diǎn)式振蕩電路和差分對管振蕩電路。三點(diǎn)式振蕩電路和差分對管振蕩電路。 3.2.1三點(diǎn)式振蕩電路三點(diǎn)式振蕩電路一、電路組成法則一、電路組成法則圖圖 3- -2-1-1三點(diǎn)式振蕩的原理電路三點(diǎn)式振蕩的原理電路1電路電路兩種基本類型三

2、點(diǎn)式振兩種基本類型三點(diǎn)式振蕩器的原理電路蕩器的原理電路( (交流通路交流通路) )。 2組成法則組成法則交流通路中，晶體管的三個(gè)極與諧振回路的三個(gè)引出端交流通路中，晶體管的三個(gè)極與諧振回路的三個(gè)引出端相連接。其中，與發(fā)射極相接的為兩個(gè)相連接。其中，與發(fā)射極相接的為兩個(gè)同性質(zhì)同性質(zhì)電抗，接在集電抗，接在集- -基間的為基間的為異性異性電抗。電抗。 可證，此法連接必滿足相位平衡條件，實(shí)現(xiàn)正反饋。可證，此法連接必滿足相位平衡條件，實(shí)現(xiàn)正反饋。 三點(diǎn)式振蕩電路組成法則三點(diǎn)式振蕩電路組成法則（請查看（請查看flash動(dòng)畫動(dòng)畫 32）二、三點(diǎn)式振蕩器電路二、三點(diǎn)式振蕩器電路 ( (1) )電路電路圖圖 3

3、- -2- -2電容三點(diǎn)式振器電路電容三點(diǎn)式振器電路RB1、RB2 和和 RE ：分壓式偏置電阻分壓式偏置電阻； CC、CB、CE ：旁旁路和隔直流電容路和隔直流電容；RC ：集電極直流負(fù)載電阻集電極直流負(fù)載電阻； RL ：輸出輸出負(fù)載電阻負(fù)載電阻 ； L、C1、C2 ：并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路。圖圖 3- -2- -2電容三點(diǎn)式振器電路電容三點(diǎn)式振器電路( (2) )組成組成可變增益器件：晶體管可變增益器件：晶體管 T；相移網(wǎng)絡(luò)：；相移網(wǎng)絡(luò)：并諧；并諧；發(fā)射極：發(fā)射極：為兩同性質(zhì)容性電抗；集為兩同性質(zhì)容性電抗；集- -基：感性電抗?；焊行噪娍埂? (3) )討論討論 起振與平衡起振與平衡

4、T 為可變增益器件，偏置電路設(shè)置合適為可變增益器件，偏置電路設(shè)置合適 Q 點(diǎn)同時(shí)，隨點(diǎn)同時(shí)，隨 vi 的增大產(chǎn)生的增大產(chǎn)生自給偏置效應(yīng)自給偏置效應(yīng)，加速放大器增益的下降。，加速放大器增益的下降。圖圖 3- -2- -4其其直流偏置電路如圖直流偏置電路如圖 3- -2- -4 所示所示。剛起振時(shí)，發(fā)射結(jié)。剛起振時(shí)，發(fā)射結(jié)直流偏置為靜態(tài)偏置電壓，直流偏置為靜態(tài)偏置電壓，VBE0= VBEQ = VBB - - IBQRB - - IEQRE 。反饋反饋 vi vi 一部分進(jìn)入截止區(qū)一部分進(jìn)入截止區(qū) iC為為失真的脈沖波，失真的脈沖波，其其平均值平均值 IC0 ICQ VBE0 增益增益 平衡平衡所

5、以，振蕩振幅增大時(shí)，加在發(fā)射所以，振蕩振幅增大時(shí)，加在發(fā)射結(jié)上結(jié)上的偏置電壓將自靜態(tài)值向截止方向的偏置電壓將自靜態(tài)值向截止方向移動(dòng)，導(dǎo)致環(huán)路增益進(jìn)一步下降，從而移動(dòng)，導(dǎo)致環(huán)路增益進(jìn)一步下降，從而提高了振蕩振幅的穩(wěn)定性。提高了振蕩振幅的穩(wěn)定性。自給偏置效應(yīng)自給偏置效應(yīng)（請查看（請查看flash動(dòng)畫動(dòng)畫 33）2電感三點(diǎn)式振蕩器電路電感三點(diǎn)式振蕩器電路( (1) )電路與元件作用電路與元件作用 ( (2) )組成法則判斷組成法則判斷 交流通路交流通路圖圖 3- -2- -6三、電容三點(diǎn)式振蕩電路的起振條件三、電容三點(diǎn)式振蕩電路的起振條件( (相位與振幅相位與振幅) )1等效電路等效電路 以圖以圖

6、3- -2- -2( (b) )為例為例 推導(dǎo)環(huán)路增益推導(dǎo)環(huán)路增益 T( (j ) ) 時(shí)，應(yīng)將閉合環(huán)路斷開。時(shí)，應(yīng)將閉合環(huán)路斷開。( (1) )改畫電路改畫電路 圖圖 3- -2- -3對應(yīng)圖對應(yīng)圖 3- -2- -2 電路的交流通路電路的交流通路斷點(diǎn)左面加環(huán)路的輸入電壓斷點(diǎn)左面加環(huán)路的輸入電壓 Vi(j )斷點(diǎn)右邊斷點(diǎn)右邊( (與與C2 并聯(lián)并聯(lián)) )接入自斷點(diǎn)向左看進(jìn)去的阻抗接入自斷點(diǎn)向左看進(jìn)去的阻抗 Zi Re0 ： L、C1、C2 并聯(lián)諧振回路的固有諧振電阻并聯(lián)諧振回路的固有諧振電阻。00220eLQrLLrLR Q0：固有品質(zhì)因數(shù)。固有品質(zhì)因數(shù)。( (2) )用混合用混合 型等效電

7、路表示型等效電路表示設(shè)設(shè) fosc 1 (gm A)可求得三點(diǎn)式振蕩器的相位可求得三點(diǎn)式振蕩器的相位起振條件起振條件為為0Li21212osc - - - - - gLgCCCLC ( (3- -2- -3) )振幅振幅起振條件起振條件為為)11()1(12osci12LmLCgCCgg - - ( (3- -2- -4) )討論：討論：1振蕩角頻率振蕩角頻率 osc 振蕩頻率振蕩頻率 osc 由相位起振條件決定，解由相位起振條件決定，解( (3- -2- -3) )求得求得2120Li021Liosc11CCggCCggLC ( (3- -2- -5) )式中，式中， 2121CCCCC ：

8、LC 回路總電容回路總電容， LC10 ：固有諧振角頻率。固有諧振角頻率。 osc 與與 0 (LC) 有關(guān)，還與有關(guān)，還與 gi (Ri)、g L ( Re0、 RL) 有關(guān)，有關(guān)，且且 osc 0 。Li2120ggCC 在實(shí)際電路中，一般在實(shí)際電路中，一般滿足滿足 工程估算時(shí)，工程估算時(shí)， osc 0 = ( (3- -2- -6) )LC12振幅起振條件振幅起振條件 工程估算時(shí)，令工程估算時(shí)，令 = osc 0 ，代入，代入( (3- -2- -4) )式，即式，即)11()1(12osci12LmLCgCCgg - - ( (3- -2- -4) )211i121LmCCCgCCCg

9、g 振幅起振條件可簡化為振幅起振條件可簡化為設(shè)設(shè)211CCCn ( (3- -2- -7) )n 為電容分壓比為電容分壓比 (p127)，上式改寫為，上式改寫為gm iL1nggn ( (3- -2- -8a) )或或 1i2Lm gnggn( (3- -2- -8b) )2C 若若 gi ，則由，則由圖圖 3- -2- -7 可見，可見，n2gi 便是便是 gi 經(jīng)電經(jīng)電容分壓器折算到集電極上的電導(dǎo)值。容分壓器折算到集電極上的電導(dǎo)值。 Lg 2C 因而回路諧振時(shí)集電極上的總電導(dǎo)為因而回路諧振時(shí)集電極上的總電導(dǎo)為( (+ n2gi) )，gm 除除以這個(gè)總電導(dǎo)就是回路諧振時(shí)放大器的電壓增益以這

10、個(gè)總電導(dǎo)就是回路諧振時(shí)放大器的電壓增益 Av( 0)*，而而 n 則是反饋網(wǎng)絡(luò)則是反饋網(wǎng)絡(luò)( (C1、組成組成) )的反饋的反饋系數(shù)系數(shù) kfv 。這樣，式這樣，式( (3- -2- -8b) ) 又可表示為又可表示為 Av( 0) kfv 11i2Lm gnggn圖圖 3- -2- -7 推導(dǎo)推導(dǎo) T(j ) 的等效電路的等效電路圖圖 3- -2- -7 推導(dǎo)推導(dǎo) T(j ) 的等效電路的等效電路討論：討論：為滿足振幅起振條件，應(yīng)增大為滿足振幅起振條件，應(yīng)增大 Av( 0) 和和 kfv 。 增大增大 kfv (= n) ，n2gi 增大，增大，Av( 0) 減??；減小減?。粶p小 kfv ，

11、雖提高雖提高 Av( 0)，但回路增益但回路增益 T( 0) 受限。受限。故故 n 取值應(yīng)適中。取值應(yīng)適中。 提高提高 ICQ，可以增大，可以增大 gm，從而提高，從而提高 Av( 0) ，但不宜，但不宜過大，否則，過大，否則，gi( ( 1/re = gm/ ) )會(huì)過大，造成回路有載品質(zhì)會(huì)過大，造成回路有載品質(zhì)因數(shù)下降，影響頻率穩(wěn)定性。因數(shù)下降，影響頻率穩(wěn)定性。ICQ 一般取一般取 1 5 mA。 ( (a) )( (b) )圖圖 3- -2- -3對應(yīng)圖對應(yīng)圖 3- -2- -2 電路的交流通路電路的交流通路結(jié)論：結(jié)論：若振蕩管若振蕩管 fT 5fosc，RL 又不太小又不太小( ( 1

12、 k ) )，且，且 n( (兩電容兩電容) )取值適中，一般都滿足起振條件。取值適中，一般都滿足起振條件。分析表明，閉合環(huán)路不論何處斷開，它們的振幅起振條分析表明，閉合環(huán)路不論何處斷開，它們的振幅起振條件都是一樣的。但斷開點(diǎn)不同，件都是一樣的。但斷開點(diǎn)不同，主網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)絡(luò)和和反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)的組成就的組成就不同，相應(yīng)的不同，相應(yīng)的放大器增益放大器增益和和反饋系數(shù)反饋系數(shù)也就不同。也就不同。 ( (a) )( (b) )圖圖 3- -2- -3對應(yīng)圖對應(yīng)圖 3- -2- -2 電路的交流通路電路的交流通路 若若圖圖 3- -2- -3( (b) )所示閉合環(huán)路在基極處開斷，三極管接所示閉合環(huán)路在

13、基極處開斷，三極管接成共發(fā)組態(tài)。成共發(fā)組態(tài)。 Lg 圖中圖中用工程估算法將用工程估算法將 gib 和和折算到集射極間，分別為折算到集射極間，分別為gib 折算到集射極間的計(jì)算。折算到集射極間的計(jì)算。，Le0LebEib1111RRgrRg ，和和L2221ib221)()(gCCCgCC 圖圖 3- -2- -8在基極處開斷的等效電路在基極處開斷的等效電路)()(oi211oE2oiiVVCCCVRVVR ，i211o212i211o211oVCCCVCCCVCCCVCCCV - -所所以以等等效效gCCgRCCRCCVV 221ibE212i12oi)()(Lg 折算到集射極間的計(jì)算折算到集

14、射極間的計(jì)算，L2oii)(RVVR o212iVCCCV 等效等效所以所以gCCCgRCCCR 2221LL2212i)()( 四、用工程估算法求起振條件四、用工程估算法求起振條件 將閉合環(huán)路斷開，畫出開環(huán)等效電路。將閉合環(huán)路斷開，畫出開環(huán)等效電路。 求出固有諧振頻率求出固有諧振頻率 0，并令，并令 osc 0。 將諧振回路的電導(dǎo)折算到集電極上，求放大器回路將諧振回路的電導(dǎo)折算到集電極上，求放大器回路諧振時(shí)的增益和反饋系數(shù)，便可確定振幅起振條件。諧振時(shí)的增益和反饋系數(shù)，便可確定振幅起振條件。 3.2.2差分對管振蕩電路差分對管振蕩電路 一、工作原理一、工作原理T2 的集電極上外接的集電極上外

15、接 LC諧振回路，調(diào)諧在諧振頻率諧振回路，調(diào)諧在諧振頻率上。其輸出電壓直接加到上。其輸出電壓直接加到 T1管的基極上，形成正反饋。管的基極上，形成正反饋。T2 管的基極和集電極直流同管的基極和集電極直流同電位，必須限制電位，必須限制 LC 兩端的兩端的振蕩電壓振蕩電壓( (200 mV 左右左右) )，防止防止 T2 管飽和。管飽和。振蕩管進(jìn)入截至區(qū)實(shí)現(xiàn)內(nèi)穩(wěn)幅，使得回路有較高的有振蕩管進(jìn)入截至區(qū)實(shí)現(xiàn)內(nèi)穩(wěn)幅，使得回路有較高的有載品質(zhì)因數(shù)，有利于提高頻率穩(wěn)定性。載品質(zhì)因數(shù)，有利于提高頻率穩(wěn)定性。 二、求二、求 T(j ) 1交流通路交流通路 2共集共集- -共基等效電路共基等效電路T1 管的基極電

16、流管的基極電流 Ib1 在在 T2 管的輸入端產(chǎn)生的電壓為：管的輸入端產(chǎn)生的電壓為： )j/1/)(ebebmb1i CrVgIV 其中，其中， )j/1/(/ebebebebb1ebeEEee CrZZIVrRrr ，)1/(ebmebe rgrrT2 管輸入端的等效阻抗管輸入端的等效阻抗ebebebebebb1iij/11j1 CrrCrIVZ 共集共集- -共基級聯(lián)電路的輸入阻抗為共基級聯(lián)電路的輸入阻抗為2/j)2/(11j12ebebebebebi CrrCrZ 電路簡化如圖電路簡化如圖 3- -2- -10( (d) )所示。所示。 三、確定振蕩角頻率三、確定振蕩角頻率CL 10os

17、c 式中，式中，C = C + Cb e/2 四、確定振幅起振條件四、確定振幅起振條件1fof vkVV，)2/(12/)(ebLm0 rggAv 所以，所以， ebLm/12 rgg3.2.3舉例舉例圖圖 3- -2- -12( (a) )例例 1：判斷判斷如圖如圖 3- -2- -12 所所示示交流通路能否滿足相位平衡交流通路能否滿足相位平衡條件？條件？解：解：若若 L、C3 串聯(lián)支路呈串聯(lián)支路呈感性，則感性，則符合相位平衡條件符合相位平衡條件條件：條件：當(dāng)當(dāng) osc 時(shí)時(shí)， L、C3 串聯(lián)支路呈感性串聯(lián)支路呈感性。331LC 例例 2：自己看。自己看。( (a) )( (b) )( (c

18、) )圖圖 3- -2- -13 例例 3 電路電路( (a) )及串聯(lián)和并聯(lián)諧振回路的電抗特性曲線及串聯(lián)和并聯(lián)諧振回路的電抗特性曲線 ( (b) () (c) )例例 3：圖圖 3- -2- -13 為三回路振蕩器交流通路，為三回路振蕩器交流通路，f01， f02， f03 分別為三個(gè)回路的固有諧振頻率，寫出它們之間能滿足分別為三個(gè)回路的固有諧振頻率，寫出它們之間能滿足相位平衡條件的兩種關(guān)系式，并指出兩種情況下振蕩頻率處相位平衡條件的兩種關(guān)系式，并指出兩種情況下振蕩頻率處在什么范圍內(nèi)。在什么范圍內(nèi)。解：解：已知串、并聯(lián)諧振回路電抗特性曲線如圖已知串、并聯(lián)諧振回路電抗特性曲線如圖 3- -2- -13( (b) )、 ( (c) )所示。所示。( (a) )( (b) )( (c) )圖圖