高频电子线路第三章.ppt

3 2LC正弦波振荡器 3 2 1三点式振荡电路 一 电路组成法则 1 电路两种基本类型三点式振荡器的原理电路 交流通路 2 组成法则 交流通路中 三极管的三个极与谐振回路的三个引出端相连接 发射极相接的为两个同性质电抗 接在集 基间的为异性电抗 二 三点式振荡器电路 1 电容三点式 1 电路 RB1 RB2和RE 分压式偏置电阻 CC CB CE 旁路和隔直流电容 RC 集电极直流负载电阻 RL 输出负载电阻 L C1 C2 并联谐振回路 3 讨论 起振与平衡 T为可变增益器件 偏置电路设置合适Q点同时 随vi的增大产生自给偏置效应 加速放大器增益的下降 其直流偏置电路如图 刚起振时 射结直流偏置为静态偏置电压 VBE0 VBEQ 正反馈 vi vi一部分进入截止区 iC为失真的脉冲波 其平均值IC0将 ICQ VBE0 增益 平衡所以 振荡振幅增大时 加在发射结上的偏置电压将自静态值向截止方向移动 导致环路增益进一步下降 从而提高了振荡振幅的稳定性 2 电感三点式振荡器电路 交流通路 三 电容三点式振荡电路的起振条件 相位与振幅 1 等效电路 以3 2 2b为例 推导环路增益时 应将闭合环路断开 1 改画电路 Re0 L C1 C2并联谐振回路的固有谐振电阻 断点左面加环路的输入电压Vi j 断点右边 与C2并联 接入自断点向左看进去的阻抗Zi Q0 固有品质因数 设fosc fT 管子的特性频率 忽略rbb ree和Cbc 得简化的等效电路 2 用混合 型等效电路表示 Z3 Z1 Z2 令 且设 所以 3 2 1 将Z1 Z2 Z3表达式带入 整理得 3 2 2a 其中 式中 3 2 3 振幅起振条件为 3 2 4 讨论 1 振荡角频率 osc 振荡频率 osc由相位起振条件决定 解 3 2 3 求得 3 2 5 式中 LC回路总电容 osc与 0 LC 有关 还与gi Ri g L Re0 RL 有关 且 osc 0 固有谐振角频率 2 振幅起振条件 振幅起振条件可简化为 gm 设 3 2 7 n为电容分压比 p127 上式改写为 3 2 8a 或 3 2 8b 因而回路谐振时集电极上的总电导为 L n2gi gm 除以这个总电导就是回路谐振时放大器的电压增益Av 0 而n则是反馈网络 C1 2组成 的反馈系数kf 这样 8b 又可表示为 Av 0 kfv 1 讨论 为满足振幅起振条件 应增大Av 0 和kfv 增大kfv n n2gi增大 Av 0 减小 减小kfv 虽提高Av 0 但回路增益T 0 受限 故n取值应适中 提高ICQ 可以增大gm 从而提高Av 0 但不宜过大 否则 gi 1 re gm 会过大 造成回路有载品质因数下降 影响频率稳定性 ICQ一般取 1 5 mA 结论 若振荡管fT 5fosc RL又不太小 1k 且n 两电容 取值适中 一般都满足起振条件 Av 0 kfv 1 分析表明 闭合环路不论何处断开 它们的振幅起振条件都是一样的 但断开点不同 主网络和反馈网络的组成就不同 相应的放大器增益和反馈系数也就不同 若图3 2 3 b 所示闭合环路在基极处开断 三极管接成共发组态 图中 用工程估算法将gib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 四 用工程估算法求起振条件 例2 自己看 例3 图为三回路振荡器交流通路 f01 f02 f03分别为三个回路的固有谐振频率 写出它们之间能满足相位平衡条件的两种关系式 并指出两种情况下振荡频率处在什么范围内 解 已知串 并联谐振回路电抗特性曲线如图 b c 1 若构成电容三点式电路 3 3LC振荡器的频率稳定度 1 定义 频率稳定度又称频稳度 为振荡器最重要的指标 指在规定时间内 规定的温度 湿度 电源电压等变化范围内 振荡频率的相对变化量 3 表达式 3 3 1提高频稳度的基本措施 首先分析外界因素对振荡频率变化的影响 一 频稳度的定性分析 1 振荡频率的图解 由相位平衡条件 即 说明 1 主要取决于并联谐振回路的相 它在谐振频率附近随 的变化十分剧烈 2 随 的变化相对地要缓慢的多 可近似认为它与频率无关的常数 用表示 得 故 曲线与高度为水平线相交点上所对应的角频率 振荡角频率 2 影响振荡频率的参数 由 知 影响振荡频率的参数是 故讨论频稳度就是分析外界因素通过这三个参数对振荡频率变化的影响 1 谐振频率 0变化若L C变化 0产生 0的变化 则 z 曲线沿横坐标平移 0 曲线形状不变 图 a 2 Qe变化若负载和管子参数变化 使谐振回路Qe增加 Qe 则 z 曲线变陡 Qe引起振荡频率的变化量与 f大小有关 图 b f大 同样的 Qe 引起振荡频率的变化量大 3 若 f产生 f 则 z 曲线形状不变 而交点移动 f引起振荡频率的变化与 f 同条曲线 Qe的大小有关 措施 减振 恒温 密封 湿度 大气压 高稳定度电源 屏蔽罩 振荡器与负载间插入跟随器 2 提高振荡回路标准性 3 分析 可见 为提高回路标准性 须减小L C的相对变化量 温度补偿 电感和部分寄生参量有正值的温度系数 选用有负温度系数的陶瓷电容器 且数值合适 正负可补偿 缩短引线 采用贴片元器件 减小分布参数 措施 使用高稳定度的外接集总电容 电感 减小不稳定的寄生量及其在L C中的比重 4 讨论fosc LC 1 2定 C L Q0 Qe 频稳度 所以 增加总电容是有限度的 因此一般都串联电容 减小管子与回路间耦合的方法 如 clapp电路 3 4晶体振荡器 晶体振荡器 采用用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器 3 4 1石英谐振器的电特性 1 石英晶体的性能与等效电路 1 结构 利用石英晶体 Quartz Crystal 的压电效应制成的一种谐振器件 将其接到振荡器的闭合环路中 利用其固有频率 能有效地控制和稳定振荡频率 压电效应 机械与电的相互转换效应 正压电效应 外加力 产生电荷现象 逆压电效应 外加电压 产生机械振动现象 振动特性 具有多谐性 除基频 FundamentalFrequency 振动外还有奇次谐波的泛音 Overtones 振动 3 等效电路 C0 静态电容和支架引线分布电容之和 Lq1 Cq1 rq1 晶体基频等效电路 Lq3 Cq3 rq3 晶体三次泛音等效电路 Lq很大 Qq很大 Cq很小且数值极其稳定 当外加交变电压与石英晶片的机械振动发生共振时 石英晶片两极上的交变电荷量即通过的交变电流量最大 因而具有串联谐振特性 讨论 小结 工作于fs附近为串联谐振 对fs 相当于短路 晶体两个谐振频率 fs fp 且fs fp 工作于fs fp之间为高Q电感 并联谐振 晶体只能工作于上述两种方式 否则频稳度下降