共基和共射组态电容三点式振荡的优化设计

共基和共射组态电容三点式振荡的优化设计

相关数据推断出了计算公共基组态电波场三维振动路径改善的计算公式。T˙=Fgmg′L+g′e+j(ωC−1/ωL)Τ˙=Fgmg′L+g′e+j(ωC-1/ωL)并给出了振荡电路的起振条件gm>1Fg′L+Fggm>1Fg′L+Fge上述公式及其推导过程存在一些有待完善的地方。第一,在公式的推导过程中,考虑了三极管结电容等次要因素的影响,并直接将相量法应用于微变等效电路,分析过程较为繁杂.由于所得到的公式仍然是近似公式,考虑结电容等次要因素就失去了必要性.第二,所得到的公式缺乏直观性,不能很好地用于指导分析和设计振荡电路。笔者在此采用简便的计算方法,给出共基和共射组态电容三点式振荡电路环路增益T(ω0)的近似计算公式,并由此给出静态集电极电流和反馈系数的优化设计方案。1ewb仿真中三种常用的方法共基组态电容三点式振荡电路的交流通道如图1所示,由于共基极放大电路的输入电阻较小,图中将发射极电阻视为开路。若三极管的结电容远小于C1和C2,且发射极电流的交流成分远小于C1和C2上的电流,则反馈系数可表示为F≈C1/(C1+C2)(1)当f=f0时,放大电路的负载是纯电阻性负载.由于共基极放大电路的输入电阻ri=rbe/(1+β),利用阻抗变换的方法,可得f=f0时放大电路的等效负载电阻为Rp≈1/[1/R′L+F2(1+β)/rbe]≈1/[1/R′L+F2β/rbe](2)其中R′L由负载电阻和集电极供电电阻决定.当f=f0时,共基极放大电路的电压放大倍数为Au(ω0)=βRp/rbe(3)由(2)式和(3)式可得f=f0时振荡器的环路增益T(ω0)=Au(ω0)·F≈F/[rbe/(βR′L)+F2](4)由(4)式可知共基组态电容三点式振荡电路的起振条件为Fβ/(rbe/R′L+F2β)>1,即β>1F−F2⋅rbeR′Lβ>1F-F2⋅rbeR′L(5)(4)式给出了环路增益T(ω0)与F、rbe、β、R′L之间的近似关系.由于rbe随ICQ的增大而减小,而当ICQ较小(在反向AGC区)时,β随ICQ的增大而增大,因此由(4)式和(5)式可以得到如下结论:结论1对于共基组态电容三点式振荡电路,增大R′L,选择β较大、rbe较小的三极管,适当地增大ICQ(在反向AGC区),都能使环路增益T(ω0)增大,从而有利于振荡电路起振,增大振荡器的输出电压。结论2对于共基组态电容三点式振荡电路,若R′L不随F变化,则:当反馈系数F=rbe/(βR′L)−−−−−−−−−√=FmF=rbe/(βR′L)=Fm时,环路增益T(ω0)取得极大值,相应地振荡器的输出电压也取得极大值;当ICQ较小(在反向AGC区)时,极值点反馈系数Fm随ICQ的增大而减小;极值点反馈系数Fm的最大值为1/2。有关资料指出,F的取值范围一般为1/8～1/2,结论2能够很好地解释这一点.通过EWB软件的仿真,表明当R′L不随F变化时,共基组态电容三点式振荡器的极值点反馈系数Fm的取值范围基本上在1/8～1/2之间。需要强调的是,结论2成立的前提条件是R′L不随反馈系数F变化.对于采用共基组态的考毕兹电路(如图1),R′L不随反馈系数F变化,但为了使电路在规定的频率下振荡,在调整反馈系数时应使Cs=C1C2/(C1+C2)保持不变.设C1/C2=K,则C1和C2应由以下关系确定C1=Cs(1+K)(6)C2=Cs(1+K)/K(7)对于采用共基组态的西勒电路(如图2),振荡频率基本与C1和C2无关,但将负载电阻折合到三极管的基极与集电极之间后,其值约为[C3(C1+C2)/(C1C2)]2RL,为使R′L不随反馈系数F变化,调整反馈系数时也应使CP=C1C2/(C1+C2)保持不变,即C1、C2也应由(6)式和(7)式确定。2共射组态电容三点式振荡电路共射组态电容三点式振荡电路的交流通道如图3所示,图中发射极电阻仍视为开路。由于电容C1上的电压即为放大电路的输出电压,而电容C2上的电压即为放大电路的正反馈电压,忽略三极管发射极电流的交流成分,则反馈系数为F≈-C1/C2(8)由于共发射极放大电路的输入电阻ri=rbe,利用阻抗变换的方法,可得f=f0时放大电路的负载电阻为RP≈1/[1/R′L+F2/rbe](9)其中R′L由负载电阻和集电极供电电阻决定.当f=f0时,共发射极放大电路的电压放大倍数为Au(ω0)=-βRp/rbe(10)由(9)式和(10)式可得f=f0时振荡器的环路增益为T(ω0)=Au(ω0)·F≈-Fβ/(rbe/R′L+F2)(11)由(11)式可知共射组态电容三点式振荡电路的起振条件为-Fβ/(rbe/R′L+F2)>1,即β>-(rbe/R′L+F2)/F(12)由(11)式可知,结论1同样适用于共射组态电容三点式振荡电路.结论2也基本适用于共射组态电容三点式振荡电路,但极值点反馈系数的绝对值为Fm=2rbe/R′L−−−−−−√Fm=2rbe/R′L,是共基组态的2β√2β倍.即使考虑到两种情况下反馈系数与C1、C2的关系不同,在环路增益随F变化的极值点处,就C1/C2这一参数而言,仍然是共基组态情况较大.3调整方案的确定关于电容三点式振荡电路的设计,有关资料已有不少讨论,这里仅讨论ICQ和F的优化调整方案。ICQ和F的优化调整需反复进行.合理地选择两者的初始取值,有利于节省调整时间.ICQ和F初始取值的选择可参考有关文献。3.1振动增大icqICQ的调整原则是:在保证三极管工作在反向AGC区、三极管的工作状态不会进入饱和区的前提下,应适当增大ICQ,使振荡电路易于起振并有足够的输出幅度。三点式振荡电路靠出现截止失真来减小集电极电流的直流分量,只有保证三极管工作在反向AGC区,才能保证β和T(ω0)随集电极电流直流分量的减小而减小,从而避免三极管的工作状态进入饱和区,减小输出电压的高次谐波成分。3.2振荡频率的影响当静态集电极电流ICQ确定后,应在满足(6)式和(7)式的前提下调整反馈系数F,进一步优化振荡器的性能。对于电容三点式振荡器,应使|F|≤|Fm|.这是由于|F|越小,放大器输入电阻对选频电路品质因数的影响就越小,振荡频率的稳定性就越高,输出电压的高次谐波成分就越小。对于并联型泛音晶体振荡器,应使|F|≥|Fm|.在并联型泛音晶体振荡器中,一般要在反馈电容C1(连于三极管集电极与发射极之间)的两端并联一个适当的电感