高頻電子電路5.2

1、15.4 LC振蕩電路振蕩電路(LC Oscillator CirCuits)25.4 LC振蕩電路振蕩電路(LC Oscillator CirCuits)一一 構(gòu)構(gòu)成成L LC C振振蕩蕩器器的的基基本本原原則則LC 振振蕩蕩器器又又稱稱為為三三點點式式振振蕩蕩器器, 其其基基本本電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如如右右圖圖所所示示,即即晶晶體體 三三極極管管的的三三個個電電極極分分別別于于三三個個電電抗抗元元 件件 X1 ,X2 ,X3相相連連接接.X1 ,X2 ,X3可可以以是是 電電感感也也可可以以是是電電容容, 但但電電路路在在構(gòu)構(gòu)造造上上 必必須須滿滿足足以以下下基基本本原原則則: 1 1為為了了

2、滿滿足足正正反反饋饋的的相相位位條條件件, ,反反饋饋電電路路必必須須使使晶晶體體管管的的交交流流瞬瞬時時電電壓壓極極性性的的相相位位關(guān)關(guān)系系滿滿足足: : beu為為正正時時, ,ceu為為負(fù)負(fù) beu為為負(fù)負(fù)時時, ,ceu為為正正 即即: : beu與與ceu反反相相。 beu ceuI證證明明：若若設(shè)設(shè)回回路路電電流流為為 I, , 則則有有: : beu=2jXI ； ceu=1jXI 要要求求電電抗抗 X1與與 X2具具有有相相同同的的電電抗抗特特性性。 即即 X1與與 X2或或者者 同同為為電電感感元元件件,或或同同為為電電容容元元件件 I I I I3C1C2LLECRb1Rb

3、2ReCeCbC2C1Lc二二 電容反饋三點式振蕩器電容反饋三點式振蕩器(Colpitts Oscillators)(Colpitts Oscillators)1 1. . 電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)(1) 直直流流偏偏置置電電路路決決定定了了起起振振時時電電路路的的工工作作點點,當(dāng)當(dāng)振振蕩蕩以以后后 Re,Ce構(gòu)構(gòu)成成自自給給偏偏壓壓電電路路，LC阻阻流流圈圈可可以以用用一一個個大大電電阻阻代代替替,防防止止電電源源對對回回路路旁旁路路. （2 2）交交流流等等效效電電路路典典型型的的電電容容三三點點式式振振蕩蕩電電路路.滿滿足足相相位位平平衡衡條條件件,只只要要適適當(dāng)當(dāng)選選取取 C1與與 C2的的比

4、比值值,并并使使放放大大器器有有足足夠夠的的放放大大量量,電電路路就就能能產(chǎn)產(chǎn)生生振振蕩蕩. +uce- -+ube - -LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc4C1C2L（3 3） 起起振振條條件件分分析析分分析析起起振振條條件件時時可可以以利利用用高高頻頻小小信信號號放放大大器器的的分分析析法法. . 如如右右圖圖為為小小信信號號微微變變等等效效電電路路, ,如如果果忽忽略略rey 且由于且由于mfeoeiegyCCCC ,12 ( (即忽略即忽略ci與與beu的相移的相移) )而回路線圈的損而回路線圈的損 耗及負(fù)載用耗及負(fù)載用Lg 等效等效 1 1, ,反反饋饋系系數(shù)數(shù) F | |

5、F|=|=cebeuu = =1211CjiCji = =21CC 2 2, ,放放大大器器的的放放大大倍倍數(shù)數(shù)| |uoA| | 因因為為| |uoA| |= =beceuu 而而 gugubemce ieFLoegkggg2 C2C1LgiegLgoegmube+uce- -+ube- -iC1LgiegLgmubegoe+ube- -i+uce- -C2+uce- -C2LC1gLgoegmubek2Fgie+ube- -i5C1LgiegLgmubegoe+ube- -i+uce- -C2( (4 4) ) 振振蕩蕩頻頻率率振振蕩蕩頻頻率率一一般般可可以以利利用用相相位位平平衡衡條條件

6、件求求解解: :即即令令 bebeuuFA 的的相相位位差差為為 0 0 2221be11111CjgLjCjgCjgLjCjgguguieieieLoebem 222111111CjgLjCjgCjgLjCjggguuieieieLoembebe 令令上上式式虛虛部部為為零零, ,可可得得: :0)()(21321 CLCggLgCCLoeie 所所以以有有: : LCCCgggLCLoeie1)(121 其其中中2121CCCCC 6ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C三三, ,電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器(Hartly Oscillators)(Hartly Oscill

7、ators)( (1 1) ) 電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 其其交交流流等等效效電電路路及及起起振振時時的的小小信信號號高高頻頻電電路路如如右右下下圖圖所所示示注注意意其其中中高高頻頻小小信信號號等等效效電電路路忽忽略略了了rey和和ieC及及oeC對對電電路路的的影影響響, ,另另外外, ,mfegy （2 2） 起起振振條條件件分分析析: :忽忽略略ieg對對回回路路的的影影響響時時, ,反反饋饋系系數(shù)數(shù)為為: : FcebekMLiMLiuuF )()(12即即: :MLMLkFF 12 RguuAmbeceuoL2L1CgLgoegmubek2Fgie+ube- -+uce- -+uce- -+

8、 ube - -ii7LC1C2C3RLBA四四, ,兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器 電電感感反反饋饋振振蕩蕩器器:反反饋饋系系數(shù)數(shù) F=kF的的改改變變可可通通過過改改變變線線圈圈抽抽頭頭位位置置實實現(xiàn)現(xiàn),但但振振蕩蕩頻頻率率比比較較低低,產(chǎn)產(chǎn)生生振振蕩蕩波波形形不不如如電電容容三三點點式式振振蕩蕩器器。 電電 容容 反反 饋饋 振振 蕩蕩 器器 :反反 饋饋 系系 數(shù)數(shù) F=kF改改 變變 必必 須須 改改 變變 C1與與C2的的 比比 值值 ,振振 蕩蕩 頻頻 率率 較較 高高 ,電電 壓壓 波波 形形 較較 好好 . 1 1 Clapp Oscilltor 右右圖

9、圖為為 Clapp 振振蕩蕩器器的的實實際際電電路路和和等等效效電電路路,它它是是在在原原電電容容三三點點式式振振蕩蕩器器中中,用用 L,C3的的串串聯(lián)聯(lián)電電路路代代替替原原來來的的 L 而而構(gòu)構(gòu)成成,C3和和 L 的的串串聯(lián)聯(lián)電電路路在在振振蕩蕩頻頻率率上上等等效效為為一一個個電電感感,仍仍屬屬于于電電容容反反饋饋型型電電路路,振振蕩蕩回回路路的的總總電電容容為為: 3211111CCCC 由于一般由于一般 C1,C2取值較大取值較大, 即即 C1,C2C3 所以有所以有: :3CC 振蕩頻率：振蕩頻率：311LCLC RLECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB8LC1C2C3C

10、4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB四四, ,兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器2.2.S Seiloreilor O Oscillascillatortor 與與 Clapp 電路不同點僅在于電路不同點僅在于 回路電感回路電感 L 兩端并聯(lián)一個可變電兩端并聯(lián)一個可變電 容容 C4 ,而而 C3 為固定值電容為固定值電容 ,且且 有有 C3C1,C2 其其振振蕩蕩頻頻率率為為: :)(1)(1434CCLCCL 其其中中33211111CCCCC 而而電電壓壓反反饋饋系系數(shù)數(shù): :21CCuuFcebe 保保持持不不變變, ,又又因因 RL的的接接入入系系數(shù)數(shù)

11、為為: 321111111CCCCCCp 13CC EC9例題2 試判斷下列電路是否可能起振?如果可能,需要什么條件?屬于何種類型的振蕩器?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例題2(第一圖解答)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C3C1C2L1L2Q1為電容bcXbec法則根據(jù)三端式振蕩器判斷必須呈感性與cebeXX,這一點是有可能實現(xiàn)的OSCOSC

13、fCLfCL22112121且只要振蕩器屬于電感反饋型三端式滿足條件后,)(率元件整體產(chǎn)生的振蕩頻是所有其中LCfOSC11例題2(第二圖解答)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:Q1L1L2C1 C2C3bec為電容ceX法則根據(jù)三端式振蕩器判斷必須呈感性必須呈容性且bcbeXX,這一點是有可能實現(xiàn)的OSCOSCfCLfCL22112121且只要振蕩器屬于電容反饋型三端式滿足條件后,12例題2(第三圖解答)123456AB

14、CD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C2C1L1bec感性容性而cebeXX斷法則不符合三端式振蕩器判不可能起振135.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定性振蕩器的頻率穩(wěn)定性一一, ,頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定的的意意義義和和表表征征頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定: :在在各各種種外外界界條條件件發(fā)發(fā)生生變變化化的的情情況況下下, ,要要求求實實際際工工作作頻頻率率與與指指定定頻頻率率的的偏偏差差最最小小. .頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定在在數(shù)數(shù)量量上上常常用用頻頻率率偏偏差差來來表表示示

15、: :絕絕對對偏偏差差: :01fff , , 相相對對偏偏差差: : 0011011ffffffff 其其中中: :1f為為實實際際工工作作頻頻率率, ,0f為為指指定定頻頻率率定定義義: : 頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定度度= =tff 1即即在在一一定定時時間間間間隔隔t 內(nèi)內(nèi), ,頻頻率率的的相相對對偏偏差差. .一一般般按按時時間間的的長長短短不不同同, ,通通常常可可分分為為三三種種頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定度度: :體現(xiàn)器件的抗衰老能力體現(xiàn)電路的環(huán)境適應(yīng)能力體現(xiàn)電路的抗干擾能力145.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定性振蕩器的頻率穩(wěn)定性二二, ,振振蕩蕩器器的的穩(wěn)穩(wěn)頻頻原原理理 放大器放大器LC選頻選頻 反饋網(wǎng)絡(luò)

16、反饋網(wǎng)絡(luò)A Z F 1 1, ,頻頻率率不不穩(wěn)穩(wěn)定定的的原原 因因由由于于振振蕩蕩器器的的頻頻率率是是由由相相位位平平衡衡條條件件決決定定的的, ,即即0 FZA 其其中中 :A 為為正正向向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移導(dǎo)導(dǎo)納納ic1ui的的相相角角 :Z 為為L LC C回回路路阻阻抗抗ZL的的相相角角 F : : 為為反反饋饋系系數(shù)數(shù)oiuu 的的相相角角 uiic1ZLuouf)(FAZ Z )(FA 0 1 由由右右圖圖可可以以看看出出, ,由由Z 和和- -( (FA ) )兩兩條條曲曲線線的的交交點點便便決決定定了了振振蕩蕩器器的的振振蕩蕩頻頻率率1 因因而而凡凡是是能能引引起起交交點點變變化化的的因

17、因素素都都會會引引起起振振蕩蕩頻頻率率的的變變化化。155.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定性振蕩器的頻率穩(wěn)定性Z )(FA 0 1 定定 性性 分分 析析1 1, ,外外界界因因素素僅僅使使諧諧振振回回路路固固 有有頻頻率率0 變變化化, ,即即Z ) (000曲曲 線線 平平 移移) (111 在在這這種種情情況況下下有有: : 10 0 1 2 2 諧諧振振回回路路的的品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù) Q 變變化化 )()(111 曲曲線線斜斜率率變變化化ZQQQ 1 1 QQ 3 3 - -( (FA ) )的的變變化化當(dāng)當(dāng)- -( (FA ) )變變化化 1)( 曲曲線線上上下下平平穩(wěn)穩(wěn)FA 1 1 o 1 1 16三三, ,振振蕩蕩器器的的穩(wěn)穩(wěn)頻頻措措施施1 1, ,提提高高振振蕩蕩器器回回路路的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)性性提高回路元件提高回路元件 L,C 的標(biāo)準(zhǔn)性的標(biāo)準(zhǔn)性,而而溫度是引起元件溫度是引起元件 L,C 變化的主變化的主要原因要原因,電感電感 L 和電容和電容 C 隨溫度變化的大小通常用溫度系數(shù)來表示隨溫度變化的大小通常用溫度系數(shù)來表示. 電電感感: : TLLL ; ; 電電容容: : TCCC L LC C 振振蕩蕩回回路路的的溫溫度度系系數(shù)數(shù): :)(210CLfTff 可