三点式振荡电路一课件

3.2LC 正弦波振荡器正弦波振荡器LC 正正弦弦波波振振荡荡器器：采采用用 LC 谐谐振振回回路路作作为为相相移移网网络络的的振荡器。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。3.2LC 正弦波振荡器正弦波振荡器LC 正弦波振荡器：采用正弦波振荡器：采用 LC3.2.1三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电路电路两两种种基基本本类类型型三三点点式式振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交流流通通路路中中，晶晶体体管管的的三三个个极极与与谐谐振振回回路路的的三三个个引引出出端端相相连连接接。其其中中，与与发发射射极极相相接接的的为为两两个个同同性性质质电电抗抗，接接在在集集-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）3.2.1三点式振荡电路一、电路组成法则图三点式振荡电路一、电路组成法则图 3-2-1三三二、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：分分压压式式偏偏置置电电阻阻；CC、CB、CE：旁旁路路和和隔隔直直流流电电容容；RC：集集电电极极直直流流负负载载电电阻阻；RL：输输出出负载电阻负载电阻；L、C1、C2：并联谐振回路。：并联谐振回路。二、三点式振荡器电路二、三点式振荡器电路(1)电路图电路图 3-2-2电容三点电容三点图图 3-2-2电容三点式振器电路电容三点式振器电路(2)组成组成可可变变增增益益器器件件：晶晶体体管管 T；相相移移网网络络：并并谐谐；发发射射极极：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。图图 3-2-2电容三点式振器电路电容三点式振器电路(2)组成可变增益组成可变增益(3)讨论讨论 起振与平衡起振与平衡 T 为为可可变变增增益益器器件件，偏偏置置电电路路设设置置合合适适 Q 点点同同时时，随随 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其其直直流流偏偏置置电电路路如如图图 3-2-4 所所示示。刚刚起起振振时时，发发射射结结直直流流偏偏置置为为静静态态偏偏置置电电压压，VBE0=VBEQ=VBB -IBQRB-IEQRE。反反馈馈 vi vi 一一部部分分进进入入截截止止区区 iC为为失失真真的的脉脉冲冲波波，其其平平均均值值 IC0 ICQ VBE0 增益增益 平衡平衡所所以以，振振荡荡振振幅幅增增大大时时，加加在在发发射射结结上上的的偏偏置置电电压压将将自自静静态态值值向向截截止止方方向向移移动动，导导致致环环路路增增益益进进一一步步下下降降，从从而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动画动画 33）(3)讨论讨论 起振与平衡起振与平衡 T 为可变增益器件，偏置电为可变增益器件，偏置电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 3-2-62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)组成法则组成法则三、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 以图以图 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。Q0：固有品质因数。：固有品质因数。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(2)用混合用混合 型等效电路表示型等效电路表示设设 fosc fT(管管子子的的特特性性频频率率)，忽忽略略 rbb 、ree 和和 Cbc ，得简化的等效电路：，得简化的等效电路：(2)用混合用混合 型等效电路表示设型等效电路表示设 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所以所以(3-2-1)将将 Z1、Z2、Z3 表达式代入，整理得表达式代入，整理得(3-2-3)振幅振幅起振条件起振条件为为(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(3-2-5)式中，式中，：LC 回路总电容，回路总电容，：固有谐振角频率。固有谐振角频率。osc 与与 0(LC)有有关关，还还与与 gi(Ri)、g L(Re0、RL)有有关，且关，且 osc 0。在实际电路中，一般在实际电路中，一般满足满足 (3-2-3)振幅起振条件为振幅起振条件为(3-2-4)讨论：讨论：1振荡振荡工程估算时，工程估算时，osc 0=(3-2-6)2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(3-2-4)振幅起振条件可简化为振幅起振条件可简化为设设(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(3-2-8a)或或 (3-2-8b)工程估算时，工程估算时，osc 0=(3若若 gi ，则则由由图图 3-2-7 可可见见，n2gi 便便是是 gi 经经电电容容分压器折算到集电极上的电导值。分压器折算到集电极上的电导值。因因而而回回路路谐谐振振时时集集电电极极上上的的总总电电导导为为(+n2gi)，gm 除除以以这这个个总总电电导导就就是是回回路路谐谐振振时时放放大大器器的的电电压压增增益益 Av(0)*，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 1图图 3-2-7 推导推导 T(j)的等效电路的等效电路若若 gi ，则由图，则由图 3-2-7 可见，可见，n2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。增增大大 kfv(=n)，n2gi 增增大大，Av(0)减减小小；减减小小 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。提提高高 ICQ，可可以以增增大大 gm，从从而而提提高高 Av(0)，但但不不宜宜过过大大，否否则则，gi(1/re=gm/)会会过过大大，造造成成回回路路有有载载品品质质因数下降，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。图图 3-2-7 推导推导 T(j)的等效电路讨论：为满的等效电路讨论：为满(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结论论：若若振振荡荡管管 fT 5fosc，RL 又又不不太太小小(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。分分析析表表明明，闭闭合合环环路路不不论论何何处处断断开开，它它们们的的振振幅幅起起振振条条件件都都是是一一样样的的。但但断断开开点点不不同同，主主网网络络和和反反馈馈网网络络的的组组成成就就不同，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)(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)所所示示闭闭合合环环路路在在基基极极处处开开断断，三三极极管管接接成成共发组态。共发组态。图图中中用用工工程程估估算算法法将将 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。(a)(b)折算到集射极间的计算折算到集射极间的计算折算到集射极间的计算折算到集射极间的计算 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振频率 0，并令，并令 osc 0。将将谐谐振振回回路路的的电电导导折折算算到到集集电电极极上上，求求放放大大器器回回路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。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，画出将闭合环路断开，画出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 的的集集电电极极上上外外接接 LC谐谐振振回回路路，调调谐谐在在谐谐振振频频率率上上。其其输输出出电电压压直直接接加加到到 T1管管的的基基极极上上，形形成成正正反反馈馈。T2 管管的的基基极极和和集集电电极极直直流流同同电电位位，必必须须限限制制 LC 两两端端的的振振荡荡电电压压(200 mV 左左右右)，防止防止 T2 管饱和。管饱和。振振荡荡管管进进入入截截至至区区实实现现内内稳稳幅幅，使使得得回回路路有有较较高高的的有有载品质因数，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。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 的集电极的集电极二、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二、求二、求 T(j)1交流通路交流通路 2T1 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：其中，其中，T2 管输入端的等效阻抗管输入端的等效阻抗共集共集-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管的输入端产生的电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、确定振荡角频率式中，式中，C =C+Cb e/2 电路简化如图电路简化如图 3-2-10(d)所示。所示。三、确定振荡角频三、确定振荡角频四、确定振幅起振条件四、确定振幅起振条件所以，所以，四、确定振幅起振条件所以，四、确定振幅起振条件所以，3.2.3举例举例图图 3-2-12(a)例例 1：判判断断如如图图 3-2-12 所所示示交交流流通通路路能能否否满满足足相相位位平平衡衡条件？条件？解解：若若 L、C3 串串联联支支路路呈呈感性，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。例例 2：自己看。自己看。3.2.3举例图举例图 3-2-12(a)例例 1：判断如图：判断如图(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 分分别别为为三三个个回回路路的的固固有有谐谐振振频频率率，写写出出它它们们之之间间能能满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的两两种种关关系系式式，并并指指出出两两种种情情况况下下振振荡荡频频率率处处在什么范围内。在什么范围内。解解：已已知知串串、并并联联谐谐振振回回路路电电抗抗特特性性曲曲线线如如图图 3-2-13(b)、(c)所示。所示。(a)(b)(c)(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)串串(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。(a)(b)(c)1