高頻電子線路 4.2LC正弦波振蕩器課件

1、 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器以以LC諧振回路作選頻網(wǎng)絡(luò)諧振回路作選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋振蕩器稱為的反饋振蕩器稱為L(zhǎng)C正弦波振蕩器正弦波振蕩器正弦波振蕩器按選頻網(wǎng)絡(luò)不同分為：正弦波振蕩器按選頻網(wǎng)絡(luò)不同分為：RC振蕩器振蕩器LC振蕩器振蕩器石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 1MHz , Po較大較大 fo 精確穩(wěn)定精確穩(wěn)定LC振蕩器振蕩器變壓器反饋式變壓器反饋式電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路主要要點(diǎn)：主要要點(diǎn)： 了解變壓器反饋式振蕩器的工作原理和分析方法了解變壓器反

2、饋式振蕩器的工作原理和分析方法掌握三點(diǎn)式振蕩器的組成原則和工作原理掌握三點(diǎn)式振蕩器的組成原則和工作原理掌握電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式振蕩器的典型掌握電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式振蕩器的典型電路、工作原理、工作特點(diǎn)和分析方法。電路、工作原理、工作特點(diǎn)和分析方法。4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器了解集成了解集成LCLC振蕩器振蕩器 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路P6770 變壓器反饋式振蕩器變壓器反饋式振蕩器 P6770 變壓器反饋式振蕩器變壓器反饋式振蕩器一、電路組成一、電路組成 三極管、三極管、LC諧振回路構(gòu)諧振回路構(gòu)成選頻放大器，成選頻放大器，變壓器變壓器Tr構(gòu)成反

3、構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。饋網(wǎng)絡(luò)。 放大器在小放大器在小信號(hào)時(shí)工于甲類，信號(hào)時(shí)工于甲類，以保證起振時(shí)有以保證起振時(shí)有較大的環(huán)路增益。較大的環(huán)路增益。 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路二、工作原理二、工作原理LC+iUoU+變壓器反饋式振蕩器交流通路變壓器反饋式振蕩器交流通路fU+ 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路二、工作原理二、工作原理 起振時(shí)放大器工作于起振時(shí)放大器工作于甲類，甲類，T1。隨著振蕩幅。隨著振蕩幅度的增大，放大器進(jìn)入非度的增大，放大器進(jìn)入非線性狀態(tài)，且由于自給偏線性狀態(tài)，且由于自給偏置效應(yīng)進(jìn)入乙類或丙類非置效應(yīng)進(jìn)入乙類或丙類非線性

4、工作狀態(tài)，使線性工作狀態(tài)，使T減小，減小，直至直至T=1，進(jìn)入平衡狀態(tài)，進(jìn)入平衡狀態(tài)LC+iUoU+變壓器反饋式振蕩器交流通路變壓器反饋式振蕩器交流通路fU+ 在回路諧振頻率上構(gòu)在回路諧振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足了振蕩的成正反饋，滿足了振蕩的相位條件。相位條件。 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路振蕩電路起振工作狀態(tài)的變化振蕩電路起振工作狀態(tài)的變化 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路三、振蕩條件的分析三、振蕩條件的分析LC+iUoU+變壓器反饋式振蕩器交流通路變壓器反饋式振蕩器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA 為集電極電流基波分

5、量；為集電極電流基波分量； Z 為回路對(duì)基波電流呈現(xiàn)的為回路對(duì)基波電流呈現(xiàn)的阻抗。阻抗。.cI.cI 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路三、振蕩條件的分析三、振蕩條件的分析LC+iUoU+變壓器反饋式振蕩器交流通路變壓器反饋式振蕩器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA Yfe 為晶體管的正向傳輸導(dǎo)納為晶體管的正向傳輸導(dǎo)納.cIZYfe 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路三、振蕩條件的分析三、振蕩條件的分析LC+iUoU+變壓器反饋式振蕩器交流通路變壓器反饋式振蕩器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA ）（Zfejfee Z

6、Y ZYfe fe.o.f. jFLjrMjUUF r 為電感線圈為電感線圈L的等效損耗電阻。的等效損耗電阻。 忽略忽略r 時(shí)，時(shí)， 。 如互感為全耦合，則如互感為全耦合，則 說明忽略說明忽略r 時(shí)，時(shí)， 為實(shí)數(shù)，為實(shí)數(shù)， fe0；且；且 為常數(shù)。為常數(shù)。LMF/. 12./ NNF .F.F 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路三、振蕩條件的分析三、振蕩條件的分析LC+iUoU+變壓器反饋式振蕩器交流通路變壓器反饋式振蕩器交流通路fU+.i.c.i.o.UZIUUA ）（Zfejfee ZY ZYfe fe.o.f. jFLjrMjUUF 故故 ）（fZfejfe.

7、e FZYFAT 即即 FZYTfe fZfeT 在小信號(hào)時(shí)為常數(shù)，在大信號(hào)非在小信號(hào)時(shí)為常數(shù)，在大信號(hào)非線性工作狀態(tài)時(shí)，隨振蕩幅度增大而線性工作狀態(tài)時(shí)，隨振蕩幅度增大而減小，故能滿足減小，故能滿足T的振幅特性要求。的振幅特性要求。feY 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路三、振蕩條件的分析三、振蕩條件的分析 實(shí)際電路中，實(shí)際電路中， fe 和和 f 都很小，故相位平衡條件可近似為都很小，故相位平衡條件可近似為可得該振蕩器相位平衡條件為可得該振蕩器相位平衡條件為0fZfeT 因此采用因此采用LC諧振回路作選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩器，其振蕩頻率諧振回路作選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩器，其振蕩

8、頻率約等于回路諧振頻率。約等于回路諧振頻率。0Z 當(dāng)當(dāng) LC回路調(diào)諧于回路調(diào)諧于f0上時(shí)，即上時(shí)，即可滿足此條件?？蓾M足此條件。 210LCf 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路例例4.1.1試分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩試分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩解：解：該電路由共基放大電路和該電路由共基放大電路和LC反饋選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，反饋選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在在LC回路的諧振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足相位平衡條件?；芈返闹C振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足相位平衡條件。而共基放大電路具有較大增益，又具有內(nèi)穩(wěn)幅作用，而共基放大電路具有較大增益，又具有內(nèi)穩(wěn)幅作用，因此合理選擇電路參數(shù)可滿足振幅起振和

9、平衡調(diào)節(jié)因此合理選擇電路參數(shù)可滿足振幅起振和平衡調(diào)節(jié)故此電路可能產(chǎn)生振蕩。故此電路可能產(chǎn)生振蕩。 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路作業(yè)作業(yè)P89 4.2 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路4.2.1 三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理三個(gè)電抗元件組成三個(gè)電抗元件組成LC諧振回路諧振回路 諧振回路既是負(fù)載，又構(gòu)成正反諧振回路既是負(fù)載，又構(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)。饋選頻網(wǎng)絡(luò)。 三點(diǎn)式振蕩器組成原則：與三點(diǎn)式振蕩器組成原則：與放大器同相輸入端相連的為同性放大器同相輸入端相連的為同性質(zhì)電抗，不與同相輸入端相連的質(zhì)電抗，不與同相輸入端

10、相連的為異性質(zhì)電抗。為異性質(zhì)電抗。X1X2X3三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)_ _ 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路X1X2X3BCE三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu) 與與E相連的為同性質(zhì)電抗，不相連的為同性質(zhì)電抗，不與與E端相連的為異性質(zhì)電抗。端相連的為異性質(zhì)電抗。？ 只有這樣，才能構(gòu)成正反饋！只有這樣，才能構(gòu)成正反饋！4.2.1 三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路X1X2X3BCE三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)iUoUfU 為便于說明，忽略電抗元件為便

11、于說明，忽略電抗元件的損耗及管子輸入、輸出阻抗的的損耗及管子輸入、輸出阻抗的影響。影響。時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)X1 + X2 + X3 = 0回路諧振，回路等效為純電阻，回路諧振，回路等效為純電阻，得到得到 與與 反相。因此反相。因此 必須必須.oU.iU與與 反相，才能構(gòu)成正反饋。反相，才能構(gòu)成正反饋。.oU.fU 通常通常Q值很高，故回路諧振電流遠(yuǎn)大于值很高，故回路諧振電流遠(yuǎn)大于B、C、E極電流極電流 并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，回路電流為輸入電流的并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，回路電流為輸入電流的Q倍倍.I4.2.1 三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電

12、子線路高頻電子線路X1X2X3BCE三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)iUoUfU 為便于說明，忽略電抗元件為便于說明，忽略電抗元件的損耗及管子輸入、輸出阻抗的的損耗及管子輸入、輸出阻抗的影響。影響。時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)X1 + X2 + X3 = 0回路諧振，回路等效為純電阻，回路諧振，回路等效為純電阻，得到得到 與與 反相。因此反相。因此 必須必須.oU.iU與與 反相，才能構(gòu)成正反饋。反相，才能構(gòu)成正反饋。.oU.fU 通常通常Q值很高，故回路諧振電流遠(yuǎn)大于值很高，故回路諧振電流遠(yuǎn)大于B、C、E極電流極電流.I2.fXIjU 故故1.oXIjU ，.oU.fU ，為使，為使 和和 反相，反

13、相， 要求要求X1和和X2 必須同性質(zhì)。而必須同性質(zhì)。而X3必須與必須與X1、X2異性質(zhì)異性質(zhì) 。 4.2.1 三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路X1X2X3BCE三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)三點(diǎn)式振蕩器基本結(jié)構(gòu)iUoUfU 有電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式兩種有電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式兩種.I4.2.1 三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路4.2.2 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器 (Hartley 哈脫萊哈脫萊)哈脫萊電路哈脫萊電路交流通路交流通

14、路 )2(21210CMLLf MLMLIMLjIMLjUUF 12.1.2.o.f.)()( 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路哈脫萊電路哈脫萊電路4.2.2 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器 (Hartley 哈脫萊哈脫萊)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：易起振，頻率易調(diào)（調(diào)易起振，頻率易調(diào)（調(diào)C）缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：高次諧波成分較大，高次諧波成分較大，輸出波形差。輸出波形差。 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路交流通路交流通路4.2.3 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器 (Colpitts 考畢茲考畢茲) L210Cf 考畢茲電路考畢茲電路 2121CCCCC

15、 211.2.o.f.11CCCjICjIUUF 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路 L210Cf 考畢茲電路考畢茲電路 2121CCCCC 211.2.o.f.11CCCjICjIUUF 增大增大 C1/ C2 ，可增大反饋，可增大反饋系數(shù)，提高輸出幅值，但會(huì)使系數(shù)，提高輸出幅值，但會(huì)使三極管輸入阻抗的影響增大，三極管輸入阻抗的影響增大，使使Q值下降，不利于起振，且值下降，不利于起振，且波形變差，故波形變差，故C1/ C2不宜過大，不宜過大，一般取一般取0.10.5 。4.2.3 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器 (Colpitts 考畢茲考畢茲) 12121C2

16、C1 CCCCCnZnZinin ， 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路考畢茲電路考畢茲電路優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：高次諧波成分小，高次諧波成分小，輸出波形好。輸出波形好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 頻率不易調(diào)頻率不易調(diào)（調(diào)（調(diào)L，調(diào)節(jié)范圍?。?，調(diào)節(jié)范圍小）4.2.3 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器 (Colpitts 考畢茲考畢茲) 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路例例4.2.1解：解：1. 求振蕩頻率求振蕩頻率下圖中，下圖中，IEQ=0.8mA，Gie=0.8mS ，Goe=0.04mS ；C1=100pF， C2=360pF，L=12H ；空載；空載Q=

17、70； RC=4.3k， RB=RB1/RB2=7.7 k 。試求振蕩頻率，并驗(yàn)證電路是否滿足振。試求振蕩頻率，并驗(yàn)證電路是否滿足振幅起振條件。幅起振條件。 考畢茲電路考畢茲電路 2121CCCCC 78.3pFpF360100360100 LCf210 MHzHz2 . 5103 .78101221126 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路2. 驗(yàn)證振幅起振條件驗(yàn)證振幅起振條件 交流通路交流通路 回路諧振電導(dǎo)的折算值回路諧振電導(dǎo)的折算值忽略了忽略了Coe和和Cie 開環(huán)開環(huán)小信號(hào)等效電路小信號(hào)等效電路 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路

18、2. 驗(yàn)證振幅起振條件驗(yàn)證振幅起振條件 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路2. 驗(yàn)證振幅起振條件驗(yàn)證振幅起振條件 而而 故故因此電路滿足振幅起振條件。因此電路滿足振幅起振條件。 通常通常T取取35 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路例例解：解：該電路由共基極小信號(hào)諧振放大電路和電容分壓式反饋該電路由共基極小信號(hào)諧振放大電路和電容分壓式反饋電路構(gòu)成，符合電容三點(diǎn)式構(gòu)成原則，且具有較大的起電路構(gòu)成，符合電容三點(diǎn)式構(gòu)成原則，且具有較大的起振環(huán)路增益，因此可能產(chǎn)生振蕩。其振蕩頻率為振環(huán)路增益，因此可能產(chǎn)生振蕩。其振蕩頻率為分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩。若可能產(chǎn)生分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩。若可能產(chǎn)生振蕩，試求其振蕩頻率。振蕩，試求其振蕩頻率。交流通路交流通路 4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路解：解：該電路由共基極小信號(hào)諧振放大電路和電容分壓式反饋該電路由共基極小信號(hào)諧振放大電路和電容分壓式反饋電路構(gòu)成，符合電容三點(diǎn)式構(gòu)成原則，且具有較大的起電路構(gòu)成，符合電容三點(diǎn)式構(gòu)成原則，且具有較大的起振環(huán)路增益，因此可能產(chǎn)生振蕩。其振蕩頻率為振環(huán)路增益，因此可能產(chǎn)生振蕩。其振蕩頻率為分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩。若可能產(chǎn)生分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩。若可能產(chǎn)生振蕩，試求其振蕩頻率。振蕩，試求其振蕩頻率