變壓器耦合反饋振蕩在高頻電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

變壓器耦合反饋振蕩在高頻電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1調(diào)發(fā)性回路與變壓器的耦合圖1顯示了三種連接方式。1。在圖1(a)中,LC并聯(lián)諧振回路接在集電極,故該電路為調(diào)集振蕩器電路;在圖1(b)中LC回路通過耦合電容Ce與發(fā)射極相連接,圖1(c)中LC回路直接與晶體管基極相連接,所以(b)、(c)分別為調(diào)發(fā)和調(diào)基振蕩電路。為了滿足產(chǎn)生自激的相位平衡條件,變壓器的初、次級(jí)均標(biāo)有同名端,反饋量的大小可通過互感量M的調(diào)整而實(shí)現(xiàn)。M改變,基本上不會(huì)影響振蕩器的振蕩頻率。為了避免低輸入阻抗對(duì)LC并聯(lián)諧振回路的等效Q值產(chǎn)生影響,在(b)、(c)兩個(gè)電路中,晶體管與振蕩回路之間采用了部分接入的形式。2相位起振電路對(duì)變壓器耦合振蕩器相位平衡條件的分析,一般采用瞬時(shí)極性法。畫出圖1電路交流通路如圖2所示。對(duì)于圖2(a)的電路,假設(shè)輸入端(基極)的振蕩信號(hào)電壓υi極性為正。由于放大器為共發(fā)射極調(diào)諧放大器,集電極的振蕩信號(hào)電壓與基極端的電壓υi相位相反,因而同名端的信號(hào)電壓υf為正,故反饋電壓υf與原輸入信號(hào)電壓υi同相,所以該調(diào)集電路滿足相位起振條件。對(duì)于圖2(b)的交流通路,假設(shè)輸入端(發(fā)射極)的振蕩信號(hào)電壓υi極性為正,引起集電極電流減小,因而在集電極電感線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。同名端的感應(yīng)電壓極性為負(fù),則通過互感M的耦合反饋到發(fā)射極電壓υf的極性為正,與原輸入信號(hào)υi同相,所以該調(diào)發(fā)電路滿足相位起振條件。對(duì)于圖2(c)的交流通路,假設(shè)輸入端(基極)振蕩信號(hào)υi的極性為正,引起集電極電流的增加。該電流使得集電極電感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),同名端的電壓極性為正,通過互感M的耦合,在LC回路兩端產(chǎn)生的電壓極性為上正下負(fù),因而得到的反饋電壓υf與原輸入信號(hào)電壓υi同相,所以該調(diào)基電路滿足相位起振條件。如果上述三種變壓器耦合的反饋振蕩器又同時(shí)滿足振幅起振條件,則它們一定能產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波振蕩。3網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)ep的影響下面僅對(duì)圖2(a)電路進(jìn)行分析。設(shè)工作頻率遠(yuǎn)低于晶體管的特征頻率,忽略其內(nèi)部的反饋影響,用y參數(shù)畫出圖2(a)交流通路的小信號(hào)等效電路,如圖3所示。其中r為電感線圈種中的損耗電阻。圖3中的˙VoV˙o為˙Vo=-gm˙VigΣ+jωC+1/(r+jωL)(1)V˙o=?gmV˙igΣ+jωC+1/(r+jωL)(1)故放大器的電壓增益為˙Aυ=˙Vo˙Vi=-gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)(2)A˙υ=V˙oV˙i=?gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)(2)式中g(shù)Σ=goe+p2gie?p=-Ν2Ν1gΣ=goe+p2gie?p=?N2N1反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)為˙Bυ=˙Vf˙Vo=-jωΜ˙ΙL(r+jωL)˙ΙL=-jωΜr+jωL(3)B˙υ=V˙fV˙o=?jωMI˙L(r+jωL)I˙L=?jωMr+jωL(3)根據(jù)振蕩器的起振條件,環(huán)路增益˙Τ>1T˙>1,即˙Τ=˙Aυ˙Bυ=gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)?jωΜ(r+jωL)>1(4)˙Τ=jωΜgm1+gΣr+jωgΣL+jωrC-ω2LC>1(5)˙Τ=ωΜgmω(rC+gΣL)+j(ωLC-1-gΣr)>1(6)˙Τ=|˙Τ|ejφΤ>1(7)T˙=A˙υB˙υ=gmgΣ+jωC+1/(r+jωL)?jωM(r+jωL)>1(4)T˙=jωMgm1+gΣr+jωgΣL+jωrC?ω2LC>1(5)T˙=ωMgmω(rC+gΣL)+j(ωLC?1?gΣr)>1(6)T˙=|T˙|ejφT>1(7)振蕩器的振幅起振條件為Τ=ωΜgm√(ωrC+ωgΣL)2+(ω2LC-1-gΣr)2>1(8)T=ωMgm(ωrC+ωgΣL)2+(ω2LC?1?gΣr)2√>1(8)振蕩器的相位起振條件為φΤ=-arctanω2oscLC-1-gΣrω2osc(rC+gΣL)=0(9)φT=?arctanω2oscLC?1?gΣrω2osc(rC+gΣL)=0(9)根據(jù)相位起振條件得ω2oscLC-1-gΣr=0?ωosc=1√LC√rgΣ+1(10)ω2oscLC?1?gΣr=0?ωosc=1LC√rgΣ+1??????√(10)則振幅起振條件為Τ=ωoscΜgmωosc(rC+gΣL)>1gm>rC+gΣLΜ(11)T=ωoscMgmωosc(rC+gΣL)>1gm>rC+gΣLM(11)4環(huán)路增益rg①變壓器耦合LC正弦波振蕩器起振條件是根據(jù)環(huán)路增益˙ΤT˙推導(dǎo)而來。由于反饋采用互感耦合,只需將輸入阻抗折合到輸出回路,環(huán)路仍處于閉環(huán)狀態(tài)而不影響環(huán)路增益的求解。②從式(10)中可見,由于rg∑?1,振蕩器的振蕩頻率近似為L(zhǎng)C回路的固有頻率;從式(11)中可見,電感線圈中的損耗電阻r越大,互感量M越小,電路起振