高频电子电路5.2

1、15.4 LC振荡电路振荡电路(LC Oscillator CirCuits)25.4 LC振荡电路振荡电路(LC Oscillator CirCuits)一一 构构成成L LC C振振荡荡器器的的基基本本原原则则LC 振振荡荡器器又又称称为为三三点点式式振振荡荡器器, 其其基基本本电电路路结结构构如如右右图图所所示示,即即晶晶体体 三三极极管管的的三三个个电电极极分分别别于于三三个个电电抗抗元元 件件 X1 ,X2 ,X3相相连连接接.X1 ,X2 ,X3可可以以是是 电电感感也也可可以以是是电电容容, 但但电电路路在在构构造造上上 必必须须满满足足以以下下基基本本原原则则: 1 1为为了了

2、满满足足正正反反馈馈的的相相位位条条件件, ,反反馈馈电电路路必必须须使使晶晶体体管管的的交交流流瞬瞬时时电电压压极极性性的的相相位位关关系系满满足足: : beu为为正正时时, ,ceu为为负负 beu为为负负时时, ,ceu为为正正 即即: : beu与与ceu反反相相。 beu ceuI证证明明：若若设设回回路路电电流流为为 I, , 则则有有: : beu=2jXI ； ceu=1jXI 要要求求电电抗抗 X1与与 X2具具有有相相同同的的电电抗抗特特性性。 即即 X1与与 X2或或者者 同同为为电电感感元元件件,或或同同为为电电容容元元件件 I I I I3C1C2LLECRb1Rb

3、2ReCeCbC2C1Lc二二 电容反馈三点式振荡器电容反馈三点式振荡器(Colpitts Oscillators)(Colpitts Oscillators)1 1. . 电电路路结结构构(1) 直直流流偏偏置置电电路路决决定定了了起起振振时时电电路路的的工工作作点点,当当振振荡荡以以后后 Re,Ce构构成成自自给给偏偏压压电电路路，LC阻阻流流圈圈可可以以用用一一个个大大电电阻阻代代替替,防防止止电电源源对对回回路路旁旁路路. （2 2）交交流流等等效效电电路路典典型型的的电电容容三三点点式式振振荡荡电电路路.满满足足相相位位平平衡衡条条件件,只只要要适适当当选选取取 C1与与 C2的的比

4、比值值,并并使使放放大大器器有有足足够够的的放放大大量量,电电路路就就能能产产生生振振荡荡. +uce- -+ube - -LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc4C1C2L（3 3） 起起振振条条件件分分析析分分析析起起振振条条件件时时可可以以利利用用高高频频小小信信号号放放大大器器的的分分析析法法. . 如如右右图图为为小小信信号号微微变变等等效效电电路路, ,如如果果忽忽略略rey 且由于且由于mfeoeiegyCCCC ,12 ( (即忽略即忽略ci与与beu的相移的相移) )而回路线圈的损而回路线圈的损 耗及负载用耗及负载用Lg 等效等效 1 1, ,反反馈馈系系数数 F | |

5、F|=|=cebeuu = =1211CjiCji = =21CC 2 2, ,放放大大器器的的放放大大倍倍数数| |uoA| | 因因为为| |uoA| |= =beceuu 而而 gugubemce ieFLoegkggg2 C2C1LgiegLgoegmube+uce- -+ube- -iC1LgiegLgmubegoe+ube- -i+uce- -C2+uce- -C2LC1gLgoegmubek2Fgie+ube- -i5C1LgiegLgmubegoe+ube- -i+uce- -C2( (4 4) ) 振振荡荡频频率率振振荡荡频频率率一一般般可可以以利利用用相相位位平平衡衡条条件

6、件求求解解: :即即令令 bebeuuFA 的的相相位位差差为为 0 0 2221be11111CjgLjCjgCjgLjCjgguguieieieLoebem 222111111CjgLjCjgCjgLjCjggguuieieieLoembebe 令令上上式式虚虚部部为为零零, ,可可得得: :0)()(21321 CLCggLgCCLoeie 所所以以有有: : LCCCgggLCLoeie1)(121 其其中中2121CCCCC 6ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C三三, ,电感三点式振荡器电感三点式振荡器(Hartly Oscillators)(Hartly Oscill

7、ators)( (1 1) ) 电电路路结结构构 其其交交流流等等效效电电路路及及起起振振时时的的小小信信号号高高频频电电路路如如右右下下图图所所示示注注意意其其中中高高频频小小信信号号等等效效电电路路忽忽略略了了rey和和ieC及及oeC对对电电路路的的影影响响, ,另另外外, ,mfegy （2 2） 起起振振条条件件分分析析: :忽忽略略ieg对对回回路路的的影影响响时时, ,反反馈馈系系数数为为: : FcebekMLiMLiuuF )()(12即即: :MLMLkFF 12 RguuAmbeceuoL2L1CgLgoegmubek2Fgie+ube- -+uce- -+uce- -+

8、 ube - -ii7LC1C2C3RLBA四四, ,两种改进型的电容反馈振荡器两种改进型的电容反馈振荡器 电电感感反反馈馈振振荡荡器器:反反馈馈系系数数 F=kF的的改改变变可可通通过过改改变变线线圈圈抽抽头头位位置置实实现现,但但振振荡荡频频率率比比较较低低,产产生生振振荡荡波波形形不不如如电电容容三三点点式式振振荡荡器器。 电电 容容 反反 馈馈 振振 荡荡 器器 :反反 馈馈 系系 数数 F=kF改改 变变 必必 须须 改改 变变 C1与与C2的的 比比 值值 ,振振 荡荡 频频 率率 较较 高高 ,电电 压压 波波 形形 较较 好好 . 1 1 Clapp Oscilltor 右右图

9、图为为 Clapp 振振荡荡器器的的实实际际电电路路和和等等效效电电路路,它它是是在在原原电电容容三三点点式式振振荡荡器器中中,用用 L,C3的的串串联联电电路路代代替替原原来来的的 L 而而构构成成,C3和和 L 的的串串联联电电路路在在振振荡荡频频率率上上等等效效为为一一个个电电感感,仍仍属属于于电电容容反反馈馈型型电电路路,振振荡荡回回路路的的总总电电容容为为: 3211111CCCC 由于一般由于一般 C1,C2取值较大取值较大, 即即 C1,C2C3 所以有所以有: :3CC 振荡频率：振荡频率：311LCLC RLECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB8LC1C2C3C

10、4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB四四, ,两种改进型的电容反馈振荡器两种改进型的电容反馈振荡器2.2.S Seiloreilor O Oscillascillatortor 与与 Clapp 电路不同点仅在于电路不同点仅在于 回路电感回路电感 L 两端并联一个可变电两端并联一个可变电 容容 C4 ,而而 C3 为固定值电容为固定值电容 ,且且 有有 C3C1,C2 其其振振荡荡频频率率为为: :)(1)(1434CCLCCL 其其中中33211111CCCCC 而而电电压压反反馈馈系系数数: :21CCuuFcebe 保保持持不不变变, ,又又因因 RL的的接接入入系系数数

11、为为: 321111111CCCCCCp 13CC EC9例题2 试判断下列电路是否可能起振?如果可能,需要什么条件?属于何种类型的振荡器?123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:Q1L1L2C1 C2C3123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C3C1C2L1L

12、2Q1123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C2C1L1(1)(2)(3)10例题2(第一图解答)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C3C1C2L1L2Q1为电容bcXbec法则根据三端式振荡器判断必须呈感性与cebeXX,这一点是有可能实现的OSCOSC

13、fCLfCL22112121且只要振荡器属于电感反馈型三端式满足条件后,)(率元件整体产生的振荡频是所有其中LCfOSC11例题2(第二图解答)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:Q1L1L2C1 C2C3bec为电容ceX法则根据三端式振荡器判断必须呈感性必须呈容性且bcbeXX,这一点是有可能实现的OSCOSCfCLfCL22112121且只要振荡器属于电容反馈型三端式满足条件后,12例题2(第三图解答)123456AB

14、CD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C2C1L1bec感性容性而cebeXX断法则不符合三端式振荡器判不可能起振135.5 振荡器的频率稳定性振荡器的频率稳定性一一, ,频频率率稳稳定定的的意意义义和和表表征征频频率率稳稳定定: :在在各各种种外外界界条条件件发发生生变变化化的的情情况况下下, ,要要求求实实际际工工作作频频率率与与指指定定频频率率的的偏偏差差最最小小. .频频率率稳稳定定在在数数量量上上常常用用频频率率偏偏差差来来表表示示

15、: :绝绝对对偏偏差差: :01fff , , 相相对对偏偏差差: : 0011011ffffffff 其其中中: :1f为为实实际际工工作作频频率率, ,0f为为指指定定频频率率定定义义: : 频频率率稳稳定定度度= =tff 1即即在在一一定定时时间间间间隔隔t 内内, ,频频率率的的相相对对偏偏差差. .一一般般按按时时间间的的长长短短不不同同, ,通通常常可可分分为为三三种种频频率率稳稳定定度度: :体现器件的抗衰老能力体现电路的环境适应能力体现电路的抗干扰能力145.5 振荡器的频率稳定性振荡器的频率稳定性二二, ,振振荡荡器器的的稳稳频频原原理理 放大器放大器LC选频选频 反馈网络

16、反馈网络A Z F 1 1, ,频频率率不不稳稳定定的的原原 因因由由于于振振荡荡器器的的频频率率是是由由相相位位平平衡衡条条件件决决定定的的, ,即即0 FZA 其其中中 :A 为为正正向向转转移移导导纳纳ic1ui的的相相角角 :Z 为为L LC C回回路路阻阻抗抗ZL的的相相角角 F : : 为为反反馈馈系系数数oiuu 的的相相角角 uiic1ZLuouf)(FAZ Z )(FA 0 1 由由右右图图可可以以看看出出, ,由由Z 和和- -( (FA ) )两两条条曲曲线线的的交交点点便便决决定定了了振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率1 因因而而凡凡是是能能引引起起交交点点变变化化的的因

17、因素素都都会会引引起起振振荡荡频频率率的的变变化化。155.5 振荡器的频率稳定性振荡器的频率稳定性Z )(FA 0 1 定定 性性 分分 析析1 1, ,外外界界因因素素仅仅使使谐谐振振回回路路固固 有有频频率率0 变变化化, ,即即Z ) (000曲曲 线线 平平 移移) (111 在在这这种种情情况况下下有有: : 10 0 1 2 2 谐谐振振回回路路的的品品质质因因数数 Q 变变化化 )()(111 曲曲线线斜斜率率变变化化ZQQQ 1 1 QQ 3 3 - -( (FA ) )的的变变化化当当- -( (FA ) )变变化化 1)( 曲曲线线上上下下平平稳稳FA 1 1 o 1 1 16三三, ,振振荡荡器器的的稳稳频频措措施施1 1, ,提提高高振振荡荡器器回回路路的的标标准准性性提高回路元件提高回路元件 L,C 的标准性的标准性,而而温度是引起元件温度是引起元件 L,C 变化的主变化的主要原因要原因,电感电感 L 和电容和电容 C 随温度变化的大小通常用温度系数来表示随温度变化的大小通常用温度系数来表示. 电电感感: : TLLL ; ; 电电容容: : TCCC L LC C 振振荡荡回回路路的的温温度度系系数数: :)(210CLfTff 可