高频课程设计-正弦波电容三点式振荡器-精品

下图示出了一压控振荡器的频率—控制电压特性,一般情况下,这种特性是非线性的,非线性程度与变容二极管变容指数及电路形式有关。

ff00U图2.2 压控振荡器的频率与控制电压关系

2.2方案选择

2.2.1 LC振荡器组成原则

基本电路就是通常所说的三端式的振荡器,即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路,如下。由图可见,除晶体管外,还有三个电抗元件X1、X2、X3,它们构成了决定振荡频率的并联谐振回路,同时也构成了正反馈所需的反馈网络,为此三者必须满足一定的关系。 .

Ic+.UbX2V--.IX3.UcX1+图2.3三点式振荡器原理图

根据谐振回路的性质,谐振时回路应呈纯电阻性,因而有

X1?X2?X3?0

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三个电抗元件不能同时为感抗或容抗,必须由两种不同性质的电抗元件组成。

一般情况下,回路Q值很高,因此回路电流远大于晶体管的基极电流 ?b、集电极电流 ? c以及发射极电流 ?e,故由图4-5有

??jXI?Ub2 ???jXI?Uc1

在不考虑晶体管参数(输入电阻、极间电容等)的影响并假设回路谐振时, 应与 同相;因此X1、 X2应为同性质的电抗元件。

三端式振荡器能否振荡的原则:

(1)X1和 X2的电抗性质相同; (2)X3与X1、 X2的电抗性质相反。

三端式振荡器有两种基本电路,如图4-6所示。图4-6 (a)中X1和X2为容性,X3为感性,满足三端式振荡器的组成原则,反馈网络是由电容元件完成的,称为电容反馈振荡器,也称为考必兹(Colpitts)振荡器。

VV

X1X2L2L1

X1X2 C2C1 X3X3LC (a)(b)

图 2.4两种基本的三端式振荡器

(a) 电容反馈振荡器; (b) 电感反馈振荡器

图2.4中X1和X2为感性,X3为容性,满足三端式振荡器的组成原则,反馈网络是由电感元件完成的,称为电感反馈振荡器,也称为哈特莱(Hartley)振荡器。

2.2.2电容反馈振荡器

下图为电感反馈式振荡器原理图

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R 1 + .CbL1 UcbCV L2+R-.2 CeUbRe

(a)

图 2.5电感反馈式振荡器原理图

Ec高频等效电路如下

+ .Ub

.Ucgiegoeg′L+cL1C.I-bL2gie.gmUb+.Ub′-Me(c)图2.6高频等效通路原理图

电感反馈振荡器中,电感通常是绕在同一带磁芯的骨架上,它们之间存在互感,用M表示。同电容反馈振荡器的分析一样,振荡器的振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示,即

1LC ?1??0?式中的L为回路的总电感,由图4-9有

L?L1?L2?2M 由相位平衡条件分析,振荡器的振荡频率表达式为

1?1?2LC?gie(goe?g?L)(L1L2?M)式中的g’L与电容反馈振荡器相同,表示除晶体管以外的电路中所有电导折算到CE两端后的总电导。振荡频率近似用回路的谐振频率表示时其偏差较小,

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而且线圈耦合越紧,偏差越小。

工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响,反馈系数的大小为 L?MKF?F(j?)?2L1?M由起振条件分析,同样可得起振时的gm应满足

1gm?(goe?g?)?gieKF LKF电容反馈振荡器与电感反馈振荡器比较

1)两种线路都简单,容易起振。电感反馈振荡器靠改变线圈抽头位置来改变反馈值F;而电容反馈振荡器需要改变C1、C2的比值。

2)由于晶体管存在极间电容,对电感反馈振荡器,极间电容与回路电感并联,在频率高时极间电容影响大,有可能使电抗的性质改变,电感反馈振荡器的工作频率不能过高;电容反馈振荡器,其极间电容与回路电容并联,不存在电抗性质改变的问题,工作频率可以较高。

2.2.3 电感反馈式振荡器

图 4-8(a)是一电容反馈振荡器的实际电路,图(c)是其交流等效电路。

EcLc R1 C b V

+b+C1. Ig′R2CeL.L .RegoegieUbUbgie. C1C2C2gmUb -- e (c)(a) 图2.7电容反馈振荡器原理图

(a) 实际电路; (c) 高频小信号等效电路

图 4-8(c)是图 4-8(a)的高频小信号等效电路,由于起振时晶体管工作在小信号线性放大区,可用小信号Y参数等效电路进行分析。为方便起见,等效时作了相应简化:

(1)忽略晶体管内部反馈的影响,Yre=0;

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