5.3.2 三点式振荡电路

5.3.2 三点式振荡电路定义：三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的反馈型振荡器。

三点式振荡电路用电感耦合或电容耦合代替变压器耦合，可以克服变压器耦合振荡器只适宜于低频振荡的缺点，是一种广泛应用的振荡电路，其工作频率可从几兆赫到几百兆赫。

1、三点式振荡器的构成原则图5 —20 三点式振荡器的原理图图5 —20是三点式振荡器的原理电路（交流通路）为了便于分析，图中忽略了回路损耗，三个电抗元件be ce bc X X X 、和构成了决定振荡频率的并联谐振回路。

要产生振荡，对谐振网络的要求：？必须满足谐振回路的总电抗0be ce bc X X X ++=，回路呈现纯阻性。

反馈电压f u 作为输入加在晶体管的b 、e 极，输出o u加在晶体管的c 、e 之间，共射组态为反相放大器，放大器的的输出电压o u 与输入电压i u （即f u）反相，而反馈电压f u 又是o u 在bc X 、be X 支路中分配在be X 上的电压。

要满足正反馈，必须有 ()be be f o o be bc ce X X X X X u u u ==-+（5.3.1）为了满足相位平衡条件，f u 和o u 必须反相，由式（5.3.1）可知必有0be ce X X >成立，即be X 和ce X 必须是同性质电抗，而()bc be ce X X X =-+必为异性电抗。

综上所述，三点式振荡器构成的一般原则：（1） 为满足相位平衡条件，与晶体管发射极相连的两个电抗元件be X 、ce X 必须为同性，而不与发射极相连的电抗元件bcX 的电抗性质与前者相反，概括起来“射同基反”。

此构成原则同样适用于场效应管电路，对应的有“源同栅反”。

（2） 振荡器的振荡频率可利用谐振回路的谐振频率来估算。

若与发射极相连的两个电抗元件be X 、ceX 为容性的，称为电容三点式振荡器，也称为考比兹振荡器(Colpitts)，如图5 —21（a ）所示；若与发射极相连的两个电抗元件be X 、ceX 为感性的，称为电感三点式振荡器，也称为哈特莱振荡器(Hartley)，如图5 —21（b ）所示。

图5 —21 电容三点式与电感三点式振荡器电路原理图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1给出两种电容三点式振荡器电路。

图中12b b R R 、和e R 为分压式偏置电阻，图1 电容三点式振荡器电路图（a ）电路中，三极管发射极通过E C 交流接地，是共射组态；图（b ）电路中，三极管基极通过b C 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。

高频耦合和旁路电容(b c C C 、和E C )对于高频振荡信号可近似认为短路，旁路和耦合电容的容值至少要比回路电容值大一个数量级以上。

12L C C 、和构成并联谐振回路，12C C 和称为回路电容(也工作电容)。

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。

(a)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，应处理好以下问题：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。

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。

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。

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1（b ）的交流等效电路图5 —24（a ）电容三点式交流等效电路(b) 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)(ωj T 。

()()()T j osc T j AF T e ϕωωω== 。

振荡器起振的振幅条件()1OSC T A F AF ω==>推导环路增益)(ωj T 时，需将闭合环路断开。

断开点的选择并不影响)(ωj T 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，① 环路断开后的等效电路（在这部分将给出一系列推导)(ωj T 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i V ，断开点的左面应接入自左向右看进去的输入阻抗i Z ，如下图（a ）所示。

图中eo R 是并联谐振回路12L C C 、和的谐振电阻，00e osc R LQ ω≈，式中0Q 为回路固有品质因素。

可见由断开处向右看进去的输入阻抗'////i e e b e Z R r j C ω=②将共基组态的晶体管用混合π型等效电路表示。

当振荡频率远小于管子的特征频率T f 时，可忽略'ce bb r r 、和'b c C ，得到如图5 —25（b ）所示的晶体管等效电路。

③可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, e r 为共基放大器的输入电阻,(1)(5.3.2 1b e e b e e r r r r ββ''=⇒=++）b e r '为发射结电阻，β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，b e r '通常很小，一般在几百欧以下。

=,(1)m b e m e g r g r βββ'=+而11,()26mv =()m C ee EQ g g r r I mA β>>∴≈Ω 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()OSC T ω。

图中22b e C C C ''=+，输入阻抗i Z 对谐振回路的接入系数1'22C n C C =+，1f f V V n'= 通常e e r R <<，所以有2211(//)e e e e r r R r n n '=≈由图5 —25（d ）可简化为图（e ），图中的电导 Li G g g ''=+ 其中1L Lg R '=' '21i i e g n g r ==' 0//L L e R R R '= 图中的电纳 1B C L ωω=-式中 12121212C C C C C C C C C '=≈'++（其中222b e C C C C ''=+≈）由图（e ）可知 m i f g V V G jB '=+ =⨯（电压电流电阻）d f ffV nV V '=' 而其中为集电极回路两端的电压，如图（）所示反馈系数 112C F n C C ==+环路增益'()1()f f o m m i o i L i V V V ng ng T j A F V V V G jB g g j C Lωωω=====+'++- 当回路发生谐振时，()T j ω分母的虚部为零，即可得到振荡器的振荡角频率为：1osc ω= （5.3.3） 令()1T ω>，即可求得振幅起振的条件：'()1m osc Li ng T AF g g ω==>'+ （5.3.4） 上式可改写为211()m L i Li g g n g g ng n n ''>+=+ （5.3.5 a ） 或 21m Li g n g n g >'+ （5.3.5 b ）由图5 —25（c ）可知，2i n g 是i g 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2Li g n g '+，回路谐振时，放大器的电压增益A2()mL i g g n g '+，n 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？由式（5.3.5 b ）可知，要满足振幅起振条件应增大A 和F ，但增大F （F n =），2i n g 也随之增大，必将造成A 减小；反之，减小F ，虽能提高A ，但不能增大()osc T ω，因此要使()osc T ω较大，必须合理选择F 值。

一般要求()osc T ω为3～5，F 的取值一般为1182 。

另外，提高三极管集电极电流CQ I ，可增大m g ，从而提高A ，但是CQ I 不宜过大，否则，1()i m eg g r ≈=会过大，造成回路有载品质因数过低，影响振荡频率稳定度。

一般CQ I 取值15mA 。

通常选用5T osc f f >，1L R K >Ω，反馈系数F取值适当，一般都能满足振幅起振条件。

（3）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：①选择断开点，画出推导()T jω的高频等效电路；②求出谐振回路的oscω（近似由谐振回路决定）；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A和反馈系数F（通常就是接入系数n），便可得到振幅起振条件；其中A=输出电压输入电导＝输入电压输出回路电导，foVFV=反馈电压＝输出电压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图（a）中，三极管发射极通过EC交流接地，是共射组态；图（b）中，三极管基极通过BC交流接地，是共基组态。

尽管两个振荡电路的组态不同，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。

电路简单分析：图中12B B R R 、和E R 为分压式偏置电阻，B c C C 、和E C 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，c R 为集电极限流电阻，L R 为输出负载电阻，12C L L 、和构成并联谐振回路。