变压器耦合反馈振荡在高频电路设计中的应用

变压器耦合反馈振荡在高频电路设计中的应用

1调发性回路与变压器的耦合图1显示了三种连接方式。1。在图1(a)中,LC并联谐振回路接在集电极,故该电路为调集振荡器电路;在图1(b)中LC回路通过耦合电容Ce与发射极相连接,图1(c)中LC回路直接与晶体管基极相连接,所以(b)、(c)分别为调发和调基振荡电路。为了满足产生自激的相位平衡条件,变压器的初、次级均标有同名端,反馈量的大小可通过互感量M的调整而实现。M改变,基本上不会影响振荡器的振荡频率。为了避免低输入阻抗对LC并联谐振回路的等效Q值产生影响,在(b)、(c)两个电路中,晶体管与振荡回路之间采用了部分接入的形式。2相位起振电路对变压器耦合振荡器相位平衡条件的分析,一般采用瞬时极性法。画出图1电路交流通路如图2所示。对于图2(a)的电路,假设输入端(基极)的振荡信号电压υi极性为正。由于放大器为共发射极调谐放大器,集电极的振荡信号电压与基极端的电压υi相位相反,因而同名端的信号电压υf为正,故反馈电压υf与原输入信号电压υi同相,所以该调集电路满足相位起振条件。对于图2(b)的交流通路,假设输入端(发射极)的振荡信号电压υi极性为正,引起集电极电流减小,因而在集电极电感线圈中产生感应电动势。同名端的感应电压极性为负,则通过互感M的耦合反馈到发射极电压υf的极性为正,与原输入信号υi同相,所以该调发电路满足相位起振条件。对于图2(c)的交流通路,假设输入端(基极)振荡信号υi的极性为正,引起集电极电流的增加。该电流使得集电极电感线圈产生感应电动势,同名端的电压极性为正,通过互感M的耦合,在LC回路两端产生的电压极性为上正下负,因而得到的反馈电压υf与原输入信号电压υi同相,所以该调基电路满足相位起振条件。如果上述三种变压器耦合的反馈振荡器又同时满足振幅起振条件,则它们一定能产生稳定的正弦波振荡。3网络传输系数ep的影响下面仅对图2(a)电路进行分析。设工作频率远低于晶体管的特征频率,忽略其内部的反馈影响,用y参数画出图2(a)交流通路的小信号等效电路,如图3所示。其中r为电感线圈种中的损耗电阻。图3中的˙VoV˙o为˙Vo=-gm˙VigΣ+jωC+1/(r+jωL)(1)V˙o=−gmV˙igΣ+jωC+1/(r+jωL)(1)故放大器的电压增益为˙Aυ=˙Vo˙Vi=-gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)(2)A˙υ=V˙oV˙i=−gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)(2)式中gΣ=goe+p2gie‚p=-Ν2Ν1gΣ=goe+p2gie‚p=−N2N1反馈网络的传输系数为˙Bυ=˙Vf˙Vo=-jωΜ˙ΙL(r+jωL)˙ΙL=-jωΜr+jωL(3)B˙υ=V˙fV˙o=−jωMI˙L(r+jωL)I˙L=−jωMr+jωL(3)根据振荡器的起振条件,环路增益˙Τ>1T˙>1,即˙Τ=˙Aυ˙Bυ=gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)⋅jωΜ(r+jωL)>1(4)˙Τ=jωΜgm1+gΣr+jωgΣL+jωrC-ω2LC>1(5)˙Τ=ωΜgmω(rC+gΣL)+j(ωLC-1-gΣr)>1(6)˙Τ=|˙Τ|ejφΤ>1(7)T˙=A˙υB˙υ=gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)⋅jωM(r+jωL)>1(4)T˙=jωMgm1+gΣr+jωgΣL+jωrC−ω2LC>1(5)T˙=ωMgmω(rC+gΣL)+j(ωLC−1−gΣr)>1(6)T˙=|T˙|ejφT>1(7)振荡器的振幅起振条件为Τ=ωΜgm√(ωrC+ωgΣL)2+(ω2LC-1-gΣr)2>1(8)T=ωMgm(ωrC+ωgΣL)2+(ω2LC−1−gΣr)2√>1(8)振荡器的相位起振条件为φΤ=-arctanω2oscLC-1-gΣrω2osc(rC+gΣL)=0(9)φT=−arctanω2oscLC−1−gΣrω2osc(rC+gΣL)=0(9)根据相位起振条件得ω2oscLC-1-gΣr=0⇒ωosc=1√LC√rgΣ+1(10)ω2oscLC−1−gΣr=0⇒ωosc=1LC√rgΣ+1−−−−−−√(10)则振幅起振条件为Τ=ωoscΜgmωosc(rC+gΣL)>1gm>rC+gΣLΜ(11)T=ωoscMgmωosc(rC+gΣL)>1gm>rC+gΣLM(11)4环路增益rg①变压器耦合LC正弦波振荡器起振条件是根据环路增益˙ΤT˙推导而来。由于反馈采用互感耦合,只需将输入阻抗折合到输出回路,环路仍处于闭环状态而不影响环路增益的求解。②从式(10)中可见,由于rg∑≪1,振荡器的振荡频率近似为LC回路的固有频率;从式(11)中可见,电感线圈中的损耗电阻r越大,互感量M越小,电路起振