东华大学高频电子电路通信电子电路课件5-3.doc

三点式振荡器的性能分析三点式振荡器的性能分析1 电容三点式振荡器——考毕兹考毕兹 （（Colpitts）振荡器）振荡器图 5 —23 给出电容三点式两种组态两种组态的振荡器电路图中和为分压式偏置电阻12bbRR、eR这就是具有自给偏置效应的反馈振荡电路VCCCb Rb2Rb1ReRcCcTCeC1C2LRLu0+－VCCCcLRb1Rb2 CbTReC2C1u0+－RL(a)(b)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，是共射是共射EC组态组态；；图（b）电路中，三极管基极通过交流接地，是共基组共基组bC态组态不同，但都满足““射同基反射同基反””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旁路电容和耦合耦合 电容电容高频耦合和旁路电容(和)对于高频振bcCC、EC荡信号可近似认为短路，即隔直通交；隔直通交；旁路和耦合电容旁路和耦合电容的容值至少要比回路电容回路电容的 容值大一个数大一个数量级以上回路电容指的是构成谐振回路的电容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12LCC、和12CC和电容)图 5 —24 电容三点式振荡器电路的等效交流通路RbRcRLC1C2T+－v0(t)LTReC2C1L+－v0(t)RL2 电容三点式振荡器电路的起振条件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保留工作电容与工作电感, 将耦合电容与旁路电容短路将耦合电容与旁路电容短路, 高频扼高频扼 流圈开路流圈开路, 直流电源与地短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), 耦合电容耦合电容与旁路电容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成法则设置的必须满足““射同基反射同基反”” 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（一定要会画交流通路）交流通路）ReRe0LC1C2RL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）起振条件和振荡频率 起振条件包括振幅条件振幅条件和相位条件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环 路增益路增益)(jT)()()Tj oscT jAFTe&&振荡器起振的振幅条件()1OSCTA FAFgg推导环路增益是判断起振的关键)(jT推导环路增益时，需将闭合环路断开。

断开点)(jT的选择并不影响表达式的推导，)(jT断开点的选择一般以便于分析为准则， 通常选择在输入端输入端，①① 环路断开后的等效电路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）)(jT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iV接入自左向右看进去的输入阻抗，如下图iZ（a）所示图中是并联谐振回路的谐振电阻，eoR12LCC、和，式中为回路固有品质因素00eoscRLQ0Q②②将共基组态的晶体管用混合将共基组态的晶体管用混合型等型等效电路表示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，Tf'cebbrr、'bcC图 5 —25（b）给出共基组态晶体管等效电路共基组态晶体管等效电路 （参看课本（参看课本P31））可见由断开处向右看进去的输入阻抗'////ieebeZRrj C③③画出断开环路后的等效电路如下图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共基极组态的简化等 效电路效电路,为共基放大器的输入电阻, er(1)(5.3.2 1b e eb eerrrr ）为发射结电阻，为共射组态时晶体管b er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，一般在几百百b er 欧以下欧以下1)m b em eg rgr而11,()26mv=()mC ee EQggrrImA Q跨导而共基放大器的输入电阻 （）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)OSCT图中，输入阻抗对谐振回路的接入系数22b eCCC iZ，1 ' 12CnCC1ffVVn &&通常，所以有eerR2211(//)eeeerrRrnn由图 5 —25（d）可简化为图（e） ，图中的电导 LiGgg其中 1L LgR '21ii egn gr0//LLeRRR图中的电纳 1BCL式中 （其中）12121212C CC CCCCCC222b eCCCC 由图（e）可知 mi fg VVGjB && =（电压电流电阻）dfffVnVV&&&而其中为集电极回路两端的电压，如图（）所示反馈系数 112CFnCC环路增益 '()1()ffommioiLiVVVngngT jAFV VVGjBggjCL  gg&&& & &&mi fffg VVnVVGjB&&&&当回路发生谐振时，分母的虚部为零，即可得到振荡器()T j的振荡角频率为：（5.3.3）1oscLC令，即可求得振幅起振的条件：( )1T（5.3.4）'()1m osc LingTAFgg 上式可改写为 （5.3.5 a）211()mLiLiggn ggngnn或 （5.3.5 b）21mLigngn g g由图 5 —25（c）可知，是经电容分压器折算集电极2 in gig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2 Lign g 路谐振时，放大器的电压增益为，A2()mLig gn g 是接入系数，也就是反馈系数n如何设置电路参数，满足振幅起振条件？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增大和和AFa) （） ，， ；F Fn2 in g Ab) 反之， ，虽，但不能增大，F A()oscT结论：要使较大，必须合理选择()oscT值一般要求为 3～5，的取F()oscTF值一般为另外，提高三极管集11 82:电极电流，可增大，从而提高，CQImgA但是不宜过大，否则，会CQI1()im eggr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CQI通常选用，15mA:5Toscff，反馈系数取值适当，一1LRKF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工程估算法求起振条件和谐振 频率频率 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） ①选择断开点，画出推导的高频()T j等效电路；②求出谐振回路的（近似由谐振osc回路决定） ；③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A（通常就是接入系数） ，便可得Fn到振幅起振条件；其中 ，A 输出电压 输入电压foVFV反馈电压＝输出电压3 电感三点式振荡器电感三点式振荡器——哈特莱（哈特莱（Hartely）振）振 荡器荡器图 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；EC图（b）中，三极管基极通过 交流接地，是共基组态BC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，12BBRR、ER和为高频耦合和旁路电容，对于高频振荡信号可近BcCC、EC似认为短路，为集电极限流电阻，为输出负载电阻，cRLR构成并联谐振回路12CLL、和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）所示共射组态共射组态为例分析因电感三点式振荡器应用较少，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Tf移，可近似等于晶体管的跨导，电路中忽略了晶体管的feymg内部反馈，即，不考虑晶体管输入和输出电容的影响，0rey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，ieg为输出电导，oeg为输出负载回路等效电导，'' 0()LLLgggg其中为谐振回路谐振电导0g振荡电路的反馈系数 2 12 1foVLMFLLVLM反馈电压＝（与之间有互感）输出电压2 12 1LFLLL（与之间无互感）取值过小，不易起振；过大，管子的输入阻抗会对谐振FF回路的值及频率稳定性产生不良影响(?)，并使振荡波形失Q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11 82:放大器增益的幅值 omiVgAVg输出电压＝输入电压其中 为接入系数，其值等于2 oeLiegggn gn反馈系数振幅起振条件 ，1AF 即 21mmoeLieggAFnngggn g上式可改写为（5.3.6）1()mieoeLgngggn振荡频率的近似计算式为（5.3.7）1oscLC式中。

12122LLLMMLL为与的互感4 三点式振荡器性能比较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，因能有效地滤除高次谐波，因 而输出波形好而输出波形好  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是通过改变电容的来调整 频率，基本上不会影响反。