LC正弦波振荡器学习教案

1、会计学1LC正弦波振荡器正弦波振荡器第一页，共41页。主要主要(zhyo)(zhyo)要求：要求： 了解变压器反馈了解变压器反馈(fnku)(fnku)式振荡器的工作原理和分析式振荡器的工作原理和分析方法方法掌握三点式振荡器的组成原则掌握三点式振荡器的组成原则(yunz)(yunz)和工作原理和工作原理掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型电路、工作原理、工作特点和分析方法。电路、工作原理、工作特点和分析方法。4.2 LC正弦波振荡器了解集成了解集成LCLC振荡器振荡器第1页/共41页第二页，共41页。变压器反馈变压器反馈(fnku)式式振荡器振荡器一、电

2、路(dinl)组成 三极管、LC谐振回路构成选频放大器，变压器Tr构成反馈网络。 放大器在小信号时工于甲类，以保证起振时有较大的环路增益。第2页/共41页第三页，共41页。二、工作(gngzu)原理LC+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路fU+第3页/共41页第四页，共41页。 4种互感(hgn)耦合的LC振荡器电路如图。具有LC选频网络，其互感(hgn)同名端方向满足正反馈要求。 这4种振荡器的实际电路如图。必须有合适的偏置电压和交流信号通路才能正常工作。第4页/共41页第五页，共41页。二、工作(gngzu)原理 起振时放大器工作于甲类，T1。随着振荡幅度的增大，放大器进入非线性状态(z

3、hungti)，且由于自给偏置效应进入乙类或丙类非线性工作状态(zhungti)，使T减小，直至T=1，进入平衡状态(zhungti)LC+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路fU+ 在回路谐振频率上构成正反馈，满足了振荡(zhndng)的相位条件。第5页/共41页第六页，共41页。振荡电路起振工作状态的变化第6页/共41页第七页，共41页。三、振荡条件(tiojin)的分析LC+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA 为集电极电流基波分量； Z 为回路对基波电流呈现的阻抗。.cI.cIZYfe Yfe 为晶体管的正向(zhn xin)传输导纳第7页/共41页

4、第八页，共41页。三、振荡(zhndng)条件的分析LC+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA ）（Zfejfee ZY ZYfe fe.o.f. jFLjrMjUUF r 为电感线圈L的等效损耗电阻。 忽略r 时， 。 如互感为全耦合，则 说明忽略r 时， 为实数，fe0；且 为常数。LMF/. 12./ NNF .F.F第8页/共41页第九页，共41页。三、振荡(zhndng)条件的分析LC+iUoU+变压器反馈式振荡器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA ）（Zfejfee ZY ZYfe fe.o.f. jFLjrMjUUF 故 ）（fZfe

5、jfe.e FZYFAT 即 FZYTfe fZfeT 在小信号时为常数，在大信号非线性工作状态时，随振荡幅度增大而减小，故能满足T的频率特性要求。feY第9页/共41页第十页，共41页。三、振荡条件(tiojin)的分析 实际电路中， fe 和f 都很小，故相位(xingwi)平衡条件可近似为可得该振荡器相位平衡条件为0fZfeT 因此采用LC谐振回路作选频网络的振荡(zhndng)器，其振荡(zhndng)频率约等于回路谐振频率。0Z 当 LC回路调谐于f0上时，即可满足此条件。 210LCf 第10页/共41页第十一页，共41页。三个电抗元件组成LC谐振回路 谐振回路既是负载，又构成正反

6、馈选频网络。 三点式振荡器组成原则：与放大器同相输入端相连的为同性质(xngzh)电抗，不与同相输入端相连的为异性质(xngzh)电抗。X1X2X3三点式振荡器基本结构_ _第11页/共41页第十二页，共41页。 与E相连(xin lin)的为同性质电抗，不与E端相连(xin lin)的为异性质电抗。 只有这样，才能(cinng)构成正反馈！4.2.1 三点式振荡器的基本(jbn)工作原理 为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。时，当X1 + X2 + X3 = 0回路谐振，回路等效为纯电阻，得到 与 反相。因此 必须.oU.iU与 反相，才能构成正反馈。.oU.fUX1X

7、2X3BCE三点式振荡器基本结构iUoUfU.I 通常Q值很高，故回路谐振电流远大于B、C、E极电流. 并联谐振回路谐振时，回路电流为输入电流的Q倍第12页/共41页第十三页，共41页。4.2.1 三点式振荡器的基本(jbn)工作原理220231()()ffjoiioVVVjXXTA eAVV Vj XXX 由相位平衡条件jT=2np，n=0，1，2， =X1与X2为同性质的电抗元件， X3为与它们(t men)相反性质的电抗元件。这就是三点式振荡器的电路构成原则。 X1，X2同为电容，X3为电感，称为电容三点式振荡器， X1，X2同为电感，X3为电容，称为电感三点式振荡器。从端口上来看，有：

8、第13页/共41页第十四页，共41页。 有电感(din n)三点式和电容三点式两种4.2.1 三点式振荡器的基本(jbn)工作原理LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2 图 4 6两种基本的三端(sn dun)式振荡器(a) 电容反馈振荡器； (b) 电感反馈振荡器 第14页/共41页第十五页，共41页。(d)Cbc(a)(b)(c)(e)(f)图 4 7 几种常见振荡器的高频(o pn)电路 第15页/共41页第十六页，共41页。1L1C2L3L2C3Ci PX电感(din n)电容(dinrng)i=1,2,3;) 1 (332211CLCLCL;)2(332211C

9、LCLCL;)3(332211CLCLCL;)4(332211CLCLCL;)5(332211CLCLCL;)6(113322CLCLCL例例4-1：P120 试分析下列几种情况电路能否试分析下列几种情况电路能否(nn fu)振荡振荡第16页/共41页第十七页，共41页。解：（1） 则，则若电路可能振荡。此时 、 均为容抗， 为感抗，（2）则，若 电路可能振荡。此时 、 均为感抗， 为容抗，（3）无论取何值， 性质相同(xin tn)，不可能产生振荡。332211CLCLCL 332222112111CLCLCL 3322221121011CLCLCLceXbeXcbX332211CLCLCL

10、 332222112111CLCLCL 3322221121011CLCLCLceXbeXcbX332211CLCLCLceXbeX020103cbX030201第17页/共41页第十八页，共41页。（4）则，若电路可能振荡。此时 、 均为容抗(rn kn)， 为感抗，（5）则无论取何值， 性质相同，不可能产生振荡（6）则，说明无论取何值， 至少与 、 中的一个电抗性质相同。所以不可能产生振荡。332211CLCLCL 332222112111CLCLCL 3322221121011CLCLCLbeXceXcbX020103332211CLCLCL113322CLCLCL 1123322221

11、11CLCLCLcbXbeXceXcbXceX第18页/共41页第十九页，共41页。例41：检查(jinch)如图振荡器电路有哪些错误，并加以改正。第19页/共41页第二十页，共41页。 解：根据(gnj)直流通路、交流通路、反馈极性、偏置极性等方面的要求，改正电路如图。第20页/共41页第二十一页，共41页。哈脱莱电路哈脱莱电路交流通路交流通路 )2(21210CMLLf MLMLIMLjIMLjUUF 12.1.2.o.f.)()( 第21页/共41页第二十二页，共41页。哈脱莱电路哈脱莱电路4.2.2 电感电感(din n)三点式振荡器三点式振荡器 (Hartley 哈脱莱哈脱莱)优点优

12、点(yudin)：易起振，频率易调（调易起振，频率易调（调C）缺点缺点(qudin)：高次谐波成分较大，输出波形差。第22页/共41页第二十三页，共41页。交流通路交流通路 L210Cf 考毕兹电路考毕兹电路 2121CCCCC 211.2.o.f.11CCCjICjIUUF 第23页/共41页第二十四页，共41页。 L210Cf 考毕兹电路考毕兹电路 2121CCCCC 211.2.o.f.11CCCjICjIUUF 增大 C1/ C2 ，可增大反馈系数，提高输出幅值，但会使三极管输入阻抗(sh r z kn)的影响增大，使Q值下降，不利于起振，且波形变差，故C2/ C1不宜过大，一般取0.

13、10.5 。4.2.3 电容电容(dinrng)三点式振荡器三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹) 12121C2C1 CCCCCnZnZinin ，第24页/共41页第二十五页，共41页。考毕兹电路考毕兹电路优点优点(yudin)：高次谐波成分小，高次谐波成分小，输出波形好。输出波形好。缺点缺点(qudin)： 频率(pnl)不易调（调L，调节范围小）4.2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹考毕兹)第25页/共41页第二十六页，共41页。解：1. 求振荡(zhndng)频率下图中，IEQ=0.8mA，Gie=0.8mS ，Goe=0.04mS ；C1

14、=100pF， C2=360pF，L=12H ；空载Q=70； RC=4.3k， RB=RB1/RB2=7.7 k 。试求振荡频率，并验证电路是否满足振幅起振条件。 考毕兹电路考毕兹电路 2121CCCCC 78.3pFpF360100360100 LCf210 MHzHz2 . 5103 .78101221126 第26页/共41页第二十七页，共41页。2. 验证振幅(zhnf)起振条件 交流通路交流通路 回路谐振电导的折算值忽略了忽略了Coe和和Cie 开环开环小信号等效电路小信号等效电路第27页/共41页第二十八页，共41页。2. 验证(ynzhng)振幅起振条件 第28页/共41页第二

15、十九页，共41页。2. 验证振幅(zhnf)起振条件 而 故因此电路满足(mnz)振幅起振条件。 通常(tngchng)T取35第29页/共41页第三十页，共41页。解：该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈电路构成，符合电容三点式构成原则，且具有较大的起振环路(hun l)增益，因此可能产生振荡。其振荡频率为分析下图电路是否(sh fu)可能产生振荡。若可能产生振荡(zhndng)，试求其振荡(zhndng)频率。交流通路第30页/共41页第三十一页，共41页。解：该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈电路构成，符合电容三点式构成原则，且具有较大的起振环路增益，因此可能产

16、生振荡(zhndng)。其振荡(zhndng)频率为分析下图电路(dinl)是否可能产生振荡。若可能产生振荡(zhndng)，试求其振荡(zhndng)频率。放大器采用共基组态，可产生更高频率的振荡。例第31页/共41页第三十二页，共41页。考毕兹电路考毕兹电路 考毕兹电路中，晶体管极间电容与回路电容并联，会使振荡频率(pnl)偏移，且极间电容随晶体管工作状态而变，会使振荡频率(pnl)不稳定。第32页/共41页第三十三页，共41页。4.2.4 改进型电容改进型电容(dinrng)三点式振荡器三点式振荡器 (Clapp 克拉泼克拉泼)C3 C1 ， C3 L2C2 L3C32. L1C1 L2C2 L3C34. L1C1 L2C2 L3C32. L1C1 L2C2 L3C34. L1C1 L2C2 = L3C3110121CLf 22022