1、3.2LC 正弦波振荡器正弦波振荡器LC 正弦波振荡器：正弦波振荡器：采用采用 LC 谐振回路作为相移网络的谐振回路作为相移网络的振荡器。振荡器。种类：种类：变压器耦合振荡电路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。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三点式振荡电路一、电路组成法则一、电路组成法则图图 3-2-1-1三点式振荡的原理电路三点式振荡的原理电路1电路电路两种基本类型三点式振两种基本类型三点式振荡器的原理电路荡器的原理电路(交流通路交流通路)。2组成法则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交流通路中，晶体管的三个极与谐振回路的三
2、个引出端相连接。其中，与发射极相接的为两个相连接。其中，与发射极相接的为两个同性质同性质电抗，接在集电抗，接在集-基间的为基间的为异性异性电抗。电抗。可证，此法连接必满足相位平衡条件，实现正反馈可证，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三点式振荡电路组成法则（请查看（请查看flash动画动画 32）二、三点式振荡器电路二、三点式振荡器电路 (1)电路电路图图 3-2-2电容三点式振器电路电容三点式振器电路RB1、RB2 和和 RE：分压式偏置电阻；分压式偏置电阻；CC、CB、CE：旁旁路和隔直流电容；路和隔直流电容；RC：集电极直流负载电阻；集电极直流负载电阻；RL：
3、输出输出负载电阻负载电阻；L、C1、C2：并联谐振回路。并联谐振回路。图图 3-2-2电容三点式振器电路电容三点式振器电路(2)组成组成可变增益器件：晶体管可变增益器件：晶体管 T；相移网络：相移网络：并谐并谐；发射极：发射极：为两同性质容性电抗；集为两同性质容性电抗；集-基：感性电抗。基：感性电抗。(3)讨论讨论 起振与平衡起振与平衡 T 为可变增益器件，偏置电路设置合适为可变增益器件，偏置电路设置合适 Q 点同时，随点同时，随 vi 的增大产生的增大产生自给偏置效应自给偏置效应，加速放大器增益的下降。，加速放大器增益的下降。图图 3-2-4其其直流偏置电路如图直流偏置电路如图 3-2-4
4、所示所示。刚起振时，发射结。刚起振时，发射结直流偏置为静态偏置电压，直流偏置为静态偏置电压，VBE0=VBEQ=VBB -IBQRB-IEQRE。反馈反馈 vi vi 一部分进入截止区一部分进入截止区 iC为失真的脉冲波，为失真的脉冲波，其平均值其平均值 IC0 ICQ VBE0 增益增益 平衡平衡所以，振荡振幅增大时，加在发射所以，振荡振幅增大时，加在发射结上结上的偏置电压将自静态值向截止方向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。提高了振荡振幅的稳定性。自给偏置效应自给偏置效应（请查看（请查看flash动画动
5、画 33）2电感三点式振荡器电路电感三点式振荡器电路(1)电路与元件作用电路与元件作用(2)组成法则判断组成法则判断 交流通路交流通路图图 3-2-6三、电容三点式振荡电路的起振条件三、电容三点式振荡电路的起振条件(相位与振幅相位与振幅)1等效电路等效电路 以以图图 3-2-2(b)为例为例 推导环路增益推导环路增益 T(j)时，应将闭合环路断开。时，应将闭合环路断开。(1)改画电路改画电路 图图 3-2-3对应图对应图 3-2-2 电路的交流通路电路的交流通路断点左面加环路的输入电压断点左面加环路的输入电压 Vi(j)断点右边断点右边(与与C2 并联并联)接入自断点向左看进去的阻抗接入自断点
6、向左看进去的阻抗 Zi Re0：L、C1、C2 并联谐振回路的固有谐振电阻并联谐振回路的固有谐振电阻。00220eLQrLLrLR Q0：固有品质因数。固有品质因数。(2)用混合用混合 型等效电路表示型等效电路表示设设 fosc 1 (gm A)可求得三点式振荡器的相位可求得三点式振荡器的相位起振条件起振条件为为0Li21212osc -gLgCCCLC (3-2-3)振幅振幅起振条件起振条件为为)11()1(12osci12LmLCgCCgg-(3-2-4)讨论：讨论：1振荡角频率振荡角频率 osc 振荡频率振荡频率 osc 由相位起振条件决定，解由相位起振条件决定，解(3-2-3)求得求得
7、2120Li021Liosc11CCggCCggLC (3-2-5)式中，式中，2121CCCCC ：LC 回路总电容，回路总电容，LC10 ：固有谐振角频率。固有谐振角频率。osc 与与 0(LC)有关，还与有关，还与 gi(Ri)、g L(Re0、RL)有关，有关，且且 osc 0。Li2120ggCC 在实际电路中，一般在实际电路中，一般满足满足 工程估算时，工程估算时，osc 0=(3-2-6)LC12振幅起振条件振幅起振条件 工程估算时，令工程估算时，令 =osc 0，代入，代入(3-2-4)式，即式，即)11()1(12osci12LmLCgCCgg-(3-2-4)211i121L
8、mCCCgCCCgg 振幅起振条件可简化为振幅起振条件可简化为设设211CCCn (3-2-7)n 为电容分压比为电容分压比(p127)，上式改写为，上式改写为gm iL1nggn (3-2-8a)或或 1i2Lm gnggn(3-2-8b)2C 若若 gi ，则由，则由图图 3-2-7 可见，可见，n2gi 便是便是 gi 经电经电容分压器折算到集电极上的电导值。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因而回路谐振时集电极上的总电导为(+n2gi)，gm 除除以这个总电导就是回路谐振时放大器的电压增益以这个总电导就是回路谐振时放大器的电压增益 Av(0)*
9、，而而 n 则是反馈网络则是反馈网络(C1、组成组成)的反馈的反馈系数系数 kfv。这样，式这样，式(3-2-8b)又可表示为又可表示为 Av(0)kfv 11i2Lm gnggn图图 3-2-7 推导推导 T(j)的等效电路的等效电路图图 3-2-7 推导推导 T(j)的等效电路的等效电路讨论：讨论：为满足振幅起振条件，应增大为满足振幅起振条件，应增大 Av(0)和和 kfv。增大增大 kfv(=n)，n2gi 增大，增大，Av(0)减小；减小减小；减小 kfv，虽提高虽提高 Av(0)，但回路增益但回路增益 T(0)受限。受限。故故 n 取值应适中。取值应适中。提高提高 ICQ，可以增大，
10、可以增大 gm，从而提高，从而提高 Av(0)，但不宜，但不宜过大，否则，过大，否则，gi(1/re=gm/)会过大，造成回路有载品质会过大，造成回路有载品质因数下降，影响频率稳定性。因数下降，影响频率稳定性。ICQ 一般取一般取 1 5 mA。(a)(b)图图 3-2-3对应图对应图 3-2-2 电路的交流通路电路的交流通路结论：结论：若振荡管若振荡管 fT 5fosc，RL 又不太小又不太小(1 k)，且，且 n(两电容两电容)取值适中，一般都满足起振条件。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
11、样的。但断开点不同，件都是一样的。但断开点不同，主网络主网络和和反馈网络反馈网络的组成就的组成就不同，相应的不同，相应的放大器增益放大器增益和和反馈系数反馈系数也就不同。也就不同。(a)(b)图图 3-2-3对应图对应图 3-2-2 电路的交流通路电路的交流通路 若若图图 3-2-3(b)所示闭合环路在基极处开断，三极管接所示闭合环路在基极处开断，三极管接成共发组态。成共发组态。Lg 图中用工程估算法将图中用工程估算法将 gib 和折算到集射极间，分别为和折算到集射极间，分别为gib 折算到集射极间的计算。折算到集射极间的计算。，Le0LebEib1111RRgrRg ，和和L2221ib22
12、1)()(gCCCgCC 图图 3-2-8在基极处开断的等效电路在基极处开断的等效电路)()(oi211oE2oiiVVCCCVRVVR ，i211o212i211o211oVCCCVCCCVCCCVCCCV -所以所以等效等效gCCgRCCRCCVV 221ibE212i12oi)()(Lg 折算到集射极间的计算折算到集射极间的计算，L2oii)(RVVR o212iVCCCV 等效等效所以所以gCCCgRCCCR 2221LL2212i)()(四、用工程估算法求起振条件四、用工程估算法求起振条件 将闭合环路断开，画出开环等效电路。将闭合环路断开，画出开环等效电路。求出固有谐振频率求出固有谐
13、振频率 0，并令，并令 osc 0。将谐振回路的电导折算到集电极上，求放大器回路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。谐振时的增益和反馈系数，便可确定振幅起振条件。3.2.2差分对管振荡电路差分对管振荡电路 一、工作原理一、工作原理T2 的集电极上外接的集电极上外接 LC谐振回路，调谐在谐振频率谐振回路，调谐在谐振频率上。其输出电压直接加到上。其输出电压直接加到 T1管的基极上，形成正反馈。管的基极上，形成正反馈。T2 管的基极和集电极直流同管的基极和集电极直流同电位，必须限制电位，必须限制 LC 两端的两端的振荡电压振荡电压(200 mV
14、左右左右)，防止防止 T2 管饱和。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。载品质因数，有利于提高频率稳定性。二、求二、求 T(j)1交流通路交流通路 2共集共集-共基等效电路共基等效电路T1 管的基极电流管的基极电流 Ib1 在在 T2 管的输入端产生的电压为：管的输入端产生的电压为：)j/1/)(ebebmb1i CrVgIV 其中，其中，)j/1/(/ebebebebb1ebeEEee CrZZIVrRrr，)1/(ebmebe rgrrT2 管输入端的等效阻抗管输入端的等效阻抗ebebebeb
15、ebb1iij/11j1 CrrCrIVZ 共集共集-共基级联电路的输入阻抗为共基级联电路的输入阻抗为2/j)2/(11j12ebebebebebi CrrCrZ 电路简化如图电路简化如图 3-2-10(d)所示。所示。三、确定振荡角频率三、确定振荡角频率CL 10osc 式中，式中，C =C+Cb e/2 四、确定振幅起振条件四、确定振幅起振条件1fof vkVV，)2/(12/)(ebLm0 rggAv 所以，所以，ebLm/12 rgg3.2.3举例举例图图 3-2-12(a)例例 1：判断判断如图如图 3-2-12 所所示示交流通路能否满足相位平衡交流通路能否满足相位平衡条件？条件？解
16、：解：若若 L、C3 串联支路呈串联支路呈感性，则感性，则符合相位平衡条件符合相位平衡条件条件：当条件：当 osc 时，时，L、C3 串联支路呈感性。串联支路呈感性。331LC 例例 2：自己看。自己看。(a)(b)(c)图图 3-2-13 例例 3 电路电路(a)及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线(b)()(c)例例 3：图图 3-2-13 为三回路振荡器交流通路，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
17、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。在什么范围内。解：解：已知串、并联谐振回路电抗特性曲线如图已知串、并联谐振回路电抗特性曲线如图 3-2-13(b)、(c)所示。所示。(a)(b)(c)图图 3-2-13 例例 3 电路电路(a)及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线(b)()(c)串联回路串联回路中，中，0，X 0，呈呈感性；感性；0，X 0，X 0，呈呈容性；容性；0，呈呈感性感性。(a)(b)(c)1若构成电容三点式电路若构成电容三点式电路L1C1、L2C2 回路呈回路呈容性失谐容性失谐，L3C3 回路呈回路呈感性失谐。感性失谐。容性失谐：容性失谐：fosc f02；感性失谐：感性失谐：fosc f01，fosc f03。03oscff 02osc10fff
