东华大学高频电子电路通信电子电路课件5-3汇总

三点式振荡器的性能分析 1电容三点式振荡器考毕兹（Colpitts）振荡器图5 23给出电容三点式两种组态的振荡器电路。图中和为分压式偏置电阻。这就是具有自给偏置效应的反馈振荡电路。 图5 23电容三点式振荡器电路图（a）电路中，三极管发射极通过交流接地，是共射组态；图（b）电路中，三极管基极通过交流接地，是共基组态。组态不同，但都满足“射同基反”的构成原则，即与发射极相连的两个电抗性质相同，不与发射极相连的是性质相异的电抗。 Attention : 一定要会识别电路中的旁路电容和耦合电容 高频耦合和旁路电容(和)对于高频振荡信号可近似认为短路，即隔直通交； 旁路和耦合电容的容值至少要比回路电容的容值大一个数量级以上。回路电容指的是构成谐振回路的电容。 构成并联谐振回路，称为回路电容(也工作电容)。图5 24电容三点式振荡器电路的等效交流通路2电容三点式振荡器电路的起振条件以图5 22（b）所示共基组态的电容三点式电路为例分析起振条件。1） 高频交流等效电路画高频振荡回路之前应仔细分析每个电容与电感的作用。必须处理好以下问题：画高频振荡回路时，小电容是工作电容, 大电容是耦合电容或旁路电容；小电感是工作电感, 大电感是高频扼流圈。画等效交流电路时，保留工作电容与工作电感, 将耦合电容与旁路电容短路, 高频扼流圈开路, 直流电源与地短路.通常高频振荡回路是用于分析振荡频率的，一般不需画出偏置电阻如何判断工作电容和工作电感？一是根据参数值大小。电路中数值最小的电容(电感)和与其处于同一数量级的电容(电感)均被视为工作电容(电感), 耦合电容与旁路电容的数值往往要大于工作电容几十倍以上；高频扼流圈的电感数值远远大于工作电感；二是根据所处的位置。旁路电容分别与晶体管的电极和交流地相连，旁路电容对偏置电阻起旁路作用；耦合电容通常在振荡器负载和晶体管电路之间，起到高频信号耦合及隔直流作用，即“隔直通交”。这两种电容对高频信号都近似为短路。工作电容与工作电感是按照振荡器组成法则设置的。必须满足“射同基反”。高频扼流圈对直流和低频信号提供通路, 对高频信号起阻隔作用。图5 23（b）的交流等效电路（一定要会画交流通路）图5 24（a）电容三点式交流等效电路说明：如果仅从相位角度考虑能否起振，或只要求振荡频率，则关注谐振网络，其它部分均可不画。2）起振条件和振荡频率起振条件包括振幅条件和相位条件。起振的相位条件已由“射同基反”满足。判断能否起振要解决的关键问题就是推出反馈放大器的环路增益。振荡器起振的振幅条件推导环路增益是判断起振的关键。推导环路增益时，需将闭合环路断开。断开点的选择并不影响表达式的推导，断开点的选择一般以便于分析为准则，通常选择在输入端， 环路断开后的等效电路（在这部分将给出一系列推导的等效电路）本题在图5 24所示的处断开，断开点的右面加环路的输入电压，断开点的左面应接入自左向右看进去的输入阻抗，如下图（a）所示。 图中是并联谐振回路的谐振电阻，式中为回路固有品质因素。将共基组态的晶体管用混合型等效电路表示。当振荡频率远小于管子的特征频率时，可忽略和，图5 25（b）给出共基组态晶体管等效电路。（参看课本P31）可见由断开处向右看进去的输入阻抗画出断开环路后的等效电路如下图（c）所示。图中虚线框内是晶体管共基极组态的简化等效电路,为共基放大器的输入电阻, 为发射结电阻，为共射组态时晶体管的低频放大倍数。因为在放大区，发射结总是正偏的，所以，通常很小，一般在几百欧以下。将输出回路的等效电路简化为如图5 25（d），以便求出基本放大器的增益A和反馈系数F，最终得到环路增益。图中，输入阻抗对谐振回路的接入系数，通常，所以有由图5 25（d）可简化为图（e），图中的电导 其中 图中的电纳 式中 （其中）由图（e）可知 反馈系数 环路增益 当回路发生谐振时，分母的虚部为零，即可得到振荡器的振荡角频率为： （5.3.3）令，即可求得振幅起振的条件： （5.3.4）上式可改写为 （5.3.5 a）或 （5.3.5 b）由图5 25（c）可知，是经电容分压器折算集电极输出回路上的电导值。谐振回路谐振时，集电极输出回路的总电导为，回路谐振时，放大器的电压增益为，是接入系数，也就是反馈系数。如何设置电路参数，满足振幅起振条件？要满足振幅起振条件应增大和。a) （）， ；b) 反之， ，虽，但不能增大，结论：要使较大，必须合理选择值。一般要求为35，的取值一般为。另外，提高三极管集电极电流，可增大，从而提高，但是不宜过大，否则，会过大，造成回路有载品质因数过低（为什么？请联系前面所讲内容），影响振荡频率稳定度。一般取值。通常选用，反馈系数取值适当，一般都能满足振幅起振条件。（1） 工程估算法求起振条件和谐振频率通过上述分析可知，采用工程估算法，可大大简化起振条件的分析。现将基本步骤归纳如下：（结合文件5-3图理解该过程）选择断开点，画出推导的高频等效电路；求出谐振回路的（近似由谐振回路决定）；将输入阻抗中部分接入电阻折算到集电极输出回路中。求出谐振回路谐振时基本放大器的增益和反馈系数（通常就是接入系数），便可得到振幅起振条件；其中 ，3 电感三点式振荡器哈特莱（Hartely）振荡器图5 26电感三点式振荡器电路，分别是两种组态。图（a）中，三极管发射极通过交流接地，是共射组态；图（b）中，三极管基极通过交流接地，是共基组态。都满足“射同基反”的构成原则。电路简单分析：图中和为分压式偏置电阻，和为高频耦合和旁路电容，对于高频振荡信号可近似认为短路，为集电极限流电阻，为输出负载电阻，构成并联谐振回路。电感三点式振荡器电路的起振条件前面电容三点式振荡器是以共基组态为例进行分析的，电感三点式将以图5 26（a）所示共射组态为例分析因电感三点式振荡器应用较少，尤其在集成电路中更为少见，故只对其进行简单分析，给出一些结论作为参考。（a）交流等效电路图5 27共射电感三点式交流等效电路（b）起振条件和振荡频率共射组态的晶体管的等效电路将共射组态的晶体管用Y参数等效电路表示。当振荡频率远小于管子的特征频率时，可忽略晶体管正向传输导纳的相移，可近似等于晶体管的跨导，电路中忽略了晶体管的内部反馈，即，不考虑晶体管输入和输出电容的影响，得共射组态的晶体管用Y参数等效电路图5 28（a）给出高频微变等效电路。图5 28（b）为断开环路后的等效电路，图中虚线框内是晶体管共射极组态的简化等效电路,为共射放大器的输入电导，为输出电导，为输出负载回路等效电导，其中为谐振回路谐振电导。振荡电路的反馈系数 取值过小，不易起振；过大，管子的输入阻抗会对谐振回路的值及频率稳定性产生不良影响(?)，并使振荡波形失真，严重时致使电路无法起振。为了兼顾振荡的起振条件和各项质量指标，通常取。 放大器增益的幅值 其中 为接入系数，其值等于反馈系数。振幅起振条件 ，即 上式可改写为 （5.3.6）振荡频率的近似计算式为 （5.3.7）式中。4 三点式振荡器性能比较 电容三点式的优点 由于反馈电压取自电容，而电容对晶体管的非线性产生的高次谐波呈现低阻抗，能有效地滤除高次谐波，因而输出波形好。 晶体管的极间电容与回路电容并联，可并入回路电容中考虑。若直接用极间电容代替回路电容，工作频率可大大提高。其缺点是反馈系数与回路电容有关。如果用改变电容的方法来调整振荡频率，将改变反馈系数，甚至可能造成电路停振。电感三点式