電工基礎(chǔ)之諧振電路

3.2LC正弦波振蕩器采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩器。LC正弦波振蕩器有三種實現(xiàn)電路:

LC振蕩器可用來產(chǎn)生幾十千赫到幾百兆赫的正弦波信號。3.23.2.1互感耦合振蕩器

圖3.1.3是常見的一種集電極調(diào)諧互感耦合振蕩器電路。注意耦合電容

的作用。如果將

短路，則基極通過變壓器次極直流接地，振蕩電路不能起振。3.2.1圖3.1.3集電極調(diào)諧互感耦合振蕩器電路

圖3.2.1給出了不同的互感耦合振蕩電路。從選頻回路所在的電極來看，它們都不利于及時濾除三極管集電極輸出的諧波電流成分。從而電路的電磁干擾大，集電極電壓加大。

圖3.2.1互感耦合振蕩電路舉例

互感耦合振蕩器是依靠線圈之間的互感耦合實現(xiàn)正反饋，所以，應(yīng)注意耦合線圈同名端的正確位置。同時耦合系數(shù)要選擇合適。使之滿足振幅起振需要。

振蕩電路的振蕩頻率的大小并不完全取決于LC回路，而是與晶體管參數(shù)、電路的工作狀態(tài)以及負(fù)載有關(guān)。所以，互感耦合振蕩器的頻率穩(wěn)定度較差，且由于互感耦合元件分布電容的存在，限制了振蕩頻率的提高，所以只適用較低頻段，如中波廣播。

若不考慮晶體管的極間電容與輸入、輸出阻抗的影響，圖3.1.3及圖3.2.1所示的振蕩器的振蕩頻率近似為選頻回路的諧振頻率，即

例3.2.1

判斷圖例3.2.2所示兩極互感耦合振蕩電路能否起振。3.2.1解：在的發(fā)射極與之間斷開。這是一個共基—共集反饋電路。振幅條件是可以滿足的，所以只要相位條件滿足，就可以起振。利用瞬時極性判斷法，根據(jù)同名端位置，可以得到：可見電路是負(fù)反饋，不能產(chǎn)生振蕩。如果把變壓器次級同名端位置換一下，則可改為正反饋。而變壓器初級回路是并聯(lián)LC回路，作為的負(fù)載，考慮其阻抗特性滿足相位穩(wěn)定條件，因此電路有可能產(chǎn)生振蕩。

圖3.2.2例3.2.1圖（動畫）3.2.2三點式振蕩電路一、電路組成法則（相位條件）

三點式振蕩器是指LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而組成的一種振蕩器。其工作頻率可達(dá)到幾百兆赫。

在三點式電路中，ＬＣ回路中與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件必須為同性質(zhì)，另外一個電抗元件必須為異性質(zhì)。同時滿足

3.2.2圖3.2.3三點式振蕩器的原理圖

（三點式振蕩電路動畫）假定LC回路由純電抗元件組成，其電抗值分別為同時不考慮晶體管的電抗效應(yīng)，則當(dāng)回路諧振時，回路呈純阻性，有即由于是在支路分配在上的電壓，即因為這是一個由反相放大器組成的正反饋電路，與同相，與反相，所以必有成立。即必須是同性質(zhì)電抗，因而必須是異性質(zhì)的電抗。3.2.2證明：

例3.2.2在例圖3.2.4所示振蕩器交流等效電路中，三個LC并聯(lián)回路的諧振頻率分別是：試問、、滿足什么條件時該振蕩器能正常工作？解：由圖可知，只要滿足三點式組成法則，該振蕩器就能正常工作。若組成電容三點式，則在振蕩頻處，回路與回路應(yīng)呈現(xiàn)容性，回路應(yīng)呈現(xiàn)感性。所以應(yīng)滿足或3.2.2若組成電感三點式，則在振蕩頻率處，回路與回路應(yīng)呈現(xiàn)感性，回路應(yīng)呈現(xiàn)容性，所以應(yīng)滿足或圖3.2.4例3.2.2圖

（動畫）圖3.2.5電容三點式電路（ａ）原理電路（ｂ）高頻等效電路二、電容三點式電路（又稱考畢茲電路，Coplitts）

與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件同為電容時的三點式電路，稱為電容三點式電路，也稱為考畢茲電路。3.2.2回路電容Ｌ回路電感高頻旁路電容耦合電容

一般來說，旁路電容和耦合電容的電容值至少要比回路電容值大一個數(shù)量級以上。有些電路里還接有高頻扼流圈，其作用是為直流提供通路而又不影響諧振回路工作特性。對于高頻振蕩信號，旁路電容和耦合電容可近似為短路，高頻扼流圈可近似為開路。3.2.2圖3.2.5電容三點式電路高頻等效電路（電容三點式振蕩電路動畫分析）3.2.21、考畢茲電路的近似分析晶體管輸出電容未考慮。

圖中虛線框內(nèi)是晶體管共基極組態(tài)的簡化等效電路。在×處斷開，并考慮到負(fù)載作用，得到:圖3.2.6小信號等效電路

（通常

）

接入系數(shù)式中3.2.2電路的等效：由（a）到（b）：由（b）到（c）：圖3.2.6推導(dǎo)

的等效電路

等效電納

因為所以令分母的虛部為零，即可得到振蕩器的振蕩角頻率為令

即可求得振幅起振的條件為：

3.2.2環(huán)路增益計算：起振條件又可以表示為其中本電路的反饋系數(shù)

一般要求

為3～5。

的取值一般為。3.2.22、實際考慮

上面的分析均基于理想假設(shè)，實際上有很多因素會影響振蕩器的工作頻率，如晶體管的輸入、輸出阻抗，晶體管的偏置電阻與去耦電容、電感的損耗等等，下面對這些因素進(jìn)行分析。3.2.2在圖3.2.6(a)中，令

得到（b）圖。所以由（b）圖求得反饋電壓將、、代入上式整理后得式中且3.2.2根據(jù)起振條件，令B=0可以求得振蕩器的振蕩角頻率為振幅起振條件為上述分析表明，電容三點式振蕩器的振蕩角頻率不僅與有關(guān)，還與、即回路固有諧振電阻、外接電阻和三極管輸入電阻有關(guān)，且在實際電路中，一般滿足因此，工程估算時可近似認(rèn)為：3.2.2三、電感三點式電路（哈特萊電路，Hartley）

與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件同為電感時的三點式電路，稱為電感三點式電路，也稱為哈特萊電路。（ｂ）圖為其共基組態(tài)交流等效電路3.2.2圖3.2.7電感三點式振蕩器電路回路電感回路電容旁路電容耦合電容耦合電容高頻扼流圈高頻扼流圈起振條件接入系數(shù)3.2.2

該電路的振蕩角頻率其中為互感系數(shù)。反饋系數(shù)

四、三點式電路的特點3.2.2

例3.2.3在圖例3.2.8所示電容三點式振蕩電路中,已知，試求起振的頻率范圍。3.2.2圖3.2.8例3.2.3圖解:題圖的交流等效電路為當(dāng)時，

3.2.2電路的有關(guān)參數(shù)如下

接入系數(shù)所以根據(jù)振幅起振條件

3.2.2因為可見時，電路滿足起振條件。相應(yīng)的振蕩頻率：

（2）當(dāng)

時，可求出相應(yīng)的參數(shù)這時電路不滿足起振條件。所以在頻率低端滿足起振條件的臨界值為3.2.2對應(yīng)的振蕩頻率

所以，振蕩電路的頻率范圍為16.59～28.53MHz。3.2.2對應(yīng)的總等效電容對應(yīng)的可變電容3.2.3單片集成振蕩器一、差分對管振蕩電路

在集成電路振蕩器中，廣泛采用差分對管振蕩電路。(b)圖中為恒流源的交流等效電阻。這電路。電路的電壓增益可調(diào)至大于１。根據(jù)瞬時極性法判斷，在管基極斷開,有

3.2.3圖3.2.10差分對管振蕩電路

（動畫）是一個共集—共基反饋所以電路是正反饋。在振蕩頻率點，并聯(lián)ＬＣ回路最強，且滿足相位穩(wěn)定條件。綜上所述，此振蕩器電路能正常工作。

E1648單片集成振蕩器是ECL中規(guī)模集成電路，其內(nèi)部電路圖如圖3.2.11所示。3.2.3阻抗最大，正反饋電壓二、E1648單片集成振蕩器圖3.2.11單片集成振蕩器E1648內(nèi)部電路圖基極電位。若基極電位受到干擾而升高，則有

這一負(fù)反饋作用使基極電位保持恒定。3.2.3與管組成互補穩(wěn)定電路，穩(wěn)定需要說明的是：電路的振蕩頻率其中是10、12腳之間的輸入電容。

E1648的最高振蕩頻率可達(dá)225MHz。E1648有1腳與3腳兩個輸出端。由于1腳和3