射频通信电路(07)

在Re上得到反向的偏置，更进一步限制了输出波形幅度
的上升。
iC
iC
I C Q I CQ
V B v BE
t
v BE
V B t
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7·2 LC振荡器
三点式LC振荡电路
晶体管的三个端口接到回路的三个节点上得到的振荡器 称为三点式振荡器。
令
b 1 Mgm ,c 1
RLC LC LC 那么H(s)的两个极点的位置为：
s1,2
b 2
j
b2 c
4
假么在设有0要：处求，A 极(s点)在右gm半RL平,F 面(s，)那M L R ，1 LC 从上M L 式g Cm 可得0：gmRLM L
T (j0)A (j0)F (j0)M R L Lg m 1
故有振幅稳定条件：
T( j0)
0
vi
vi vip
幅度稳定条件一般是由电路中的非线性元件来实现的。例
如进入饱和、截至区晶体管，输出不随输入变化，必然其增
益会下降，从而保证幅稳条件满足。也有在反响回路中参加
二极管来限幅，保证幅稳条件的实际应用。
某些电路中存在不稳定的平衡点＝>硬鼓励现象。
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小， T下降，极点向左靠近
虚轴移动；
平衡－稳定振荡：限幅作用明显，反响等于输入，T＝1，
达 2021/8/26
Xi'an Jiaotong University 到平衡，极点落 7
7·1 反响型振荡器的根本原理
振荡器的组成
(1)实现能量转换的有源器件,如图中的晶体管T; (2)控制振荡频率的选频回路,如图中的L、C; (3)保证自激工作的正反响网络如图中的变压器M; (4)保证稳定工作的非线性环节,在如图电路中靠T工
令kFi为晶体管和反响支路引入的相移，那
么： 0 k 2 n ,n 0 ,1 ,2 ,
由于一般jk较小,那么满足平衡条件时回路相移j0也就较小,
也就是说, 振荡器应工作在回路的谐振频率附近, 这也就说
明了振荡器的工作频率主要决定于回路谐振频率的根本原因。
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反响振荡器的起振、平衡和稳定条件
起振条件：满足正反响，且环路增益T大于1，即：
T(j0) 1 T(j0)2n,n0,1,2,
平衡条件：满足正反响，且环路增益T等于1，即：
T(j0) 1 T(j0)2n,n0,1,2,
幅度平衡条件 相位平衡条件
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7·2 LC振荡器
三点式振荡器的构成原那么： 画出一般的三点式电路如图。忽略晶体 管输出阻抗的影响和回路元件损耗的影响， 谐振时应满足：X1+X2+X3=0，从端口上 来看，回路呈纯阻性，有：
T (0) V V if V V o iV V o f A ejj(X j2 X 2X 3)AX X 1 2
A(s) Vo(s)
gm
s C
Vb(s) s2 s 1
RLC LC
T(s)A(s)F(s) gmMLsC s2 s 1 RLC LC
H(s) A(s)
gmC s
1T(s) s2(R1LCgmLM C)sL1C
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7·1 反响型振荡器的根本原理
改进型三点式振荡器 西勒电路
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7·2 LC振荡器
负阻LC振荡器 使用跟随器进展阻抗变换的LC振荡器
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7·2 LC振荡器
负阻LC振荡器 交流耦合正反响LC振荡电路
A
j 0
Vo Vi
ji
IcZo Ib Zi
c
b
j
j0
00
Zo Zi
A
,
j 0
Vo Vi
IcZo IbZi
f
C Z o
Zi
jF ,
T
(
j 0 )
Zo Zi
F
0 i F
1
2 n
(由M的参考方向引入相角)
T(
j 0 )
Zo Zi
F 1
0 i F 2n
F(s)
V s(s) 1A (s)F (s) 1T(s)
其中:
A(s)Vo(s), F(s)Vf (s)
Vi(s)
Vo(s)
开环传递函数(或称之为环路增益)为：
T(s)Vf (s) A(s)F(s) Vo(s)
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7·1 反响型振荡器的根本原理
必须为1,即： T(j0)A (j0)F (j0)1 orT(j0)1,T(0)2n(n0,1 ,2, )
从另外一个角度来看,当满足此条件后的 H ( s ) 幅频特性为无 穷大,才使得当输入为0时输出不为0成为可能。
起振过程：极点在右半平面，热噪声鼓励， T>1，vo增
幅振荡；
非线性限幅：波形幅度增大，进入非线性区，等效增益减
从信号理论我们都知道,对于一个可实现系统来讲, 其极点分布与相应的冲击响应关系如图：
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7·1 反响型振荡器的根本原理
要得到单一频率的正弦波冲击响应，那么H ( s ) 必须是二阶 系统，且其极点必须在虚轴上。从式(4-1)可知,就要求T ( j 0 )
由相位平衡条件jT=2np，n=0,1,2,…，
=>X1与X2为同性质的电抗元件，
X3为与它们相反性质的电抗元件。
这就是三点式振荡器的电路构成原那么。
X1，X2同为电容，X3为电感，称为电容三点式振荡器， X1，20X21/28/同26 为电感，X3为电Xi容'an J，iaoto称ng U为niv电ersi感ty 三点式振荡器。 20
作到截止 (或饱和)来实现。
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7·1 反响型振荡器的根本原理
考虑到失真后的等效跨导 流等效电路如图:
gm
,等效负载电阻
gmVb
R
L
,画出其交
F(s) Vf (s) M Vo(s) L
Vs
Rie Vb
Vo
RL C
L M Lf Vf
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7·2 LC振荡器
根据直流通路、交流通路、反响极性、偏置极性等 方面的要求，改正电路如图。
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7·2 LC振荡器
三点式振荡器性能分析
电容三点式
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〔3〕交流通路正确否：有无被电阻断路、被电容 旁路的现象。
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7·2 LC振荡器
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7·2 LC振荡器
振荡器的自给偏置与工作点变化：
当电流波形的负边进入截止区后，会导致平均分量上升，
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7·1 反响型振荡器的根本原理
稳定条件是指在外界干扰作用使得电路偏离平衡状态后，由
于电路内部的自我矫正作用，恢复原来的平衡状态所要求满足
的条件。有振幅和相位两方面的稳定条件。
振幅稳定条件：
平 衡 T ( v i) ＝ 1 ， 干 干 扰 扰 v v o o , ,若 若 T T 1 2 ( ( v v i i v v ) ) 1 1 v v o o 恢 复 原 v o ,稳 定
7.5 振荡器的频率稳定度 2021/8/26
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7·1 反响型振荡器的根本原理
反响振荡器的工作原理
振荡器是一种不需要外加输入信号能够自激输出
交变信号的电子装置。它起到把直流电源能量转变 为交流输出能量的作用。
作用：信号发生、交变能量发生。
根据不同的分类方法，可以把振荡器分为：
T(t2)T(0, f idT/dt
故有相位稳定条件:
T ()
0
osc
相位稳定条件一般是靠并联谐振回路的相频特性在0处 有负斜率来保证的。
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7·2 LC振荡器
LC振荡器 采用LC振荡回路作为选频网络的反响振荡器统称为LC 振荡器。
根据图中变压器
同名端的标注情
况，反响到输入
端的信号与原输
入信号同相，为
正反响。
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7·1 反响型振荡器的根本原理
其方框图如右：
vs
从该方框图可得出闭环系统的
vi
A(s)
vo
传递函数如下：
vf
H (s)V o(s) A (s) A (s)
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7·1 反响型振荡器的根本原理
对图例电路，把平衡条件用复数形式来表示，有：
T ( j0 ) T ( 0 ) e jT (0 ) A ( 0 ) F ( 0 ) e j [A (0 ) F (0 ) ]
V I V b
Z Z e, e,Z Z e,F F e i
I I V b
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7·2 LC振荡器
在考虑振荡器是否能正常工作的问题时，除了起 振条件、平衡条件和稳定条件以外，还以下一些 直观的电路构造上的问题需要注意：
〔1〕直流偏置是否适宜：电源极性与管子匹配否、 直流通路通不通、有无被电感旁路的情况，有无 必须的隔离电阻。
〔2〕选频回路正确否：LC元件全不全，电路类 型对不对，连接位置对不对。
按波形分：正弦波振荡器
非正弦波振荡：多谐振荡器〔方波、三
角波等〕
按原理分：反响振荡器〔变压器、LC、晶体、RC〕
负阻振荡器
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7·1 反响型振荡器的根本原理
反响振荡器的模型
反响振荡器是把有源器件接成正反响环路来构成的, 一个典型的反响振荡器电路例子如图，由主网络和 反响网络两局部构成。
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7·2 LC振荡器 三点式振荡器性能分析
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7·2 LC振荡器
改进型三点式振荡器 克拉泼电路
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7·2 LC振荡器
第七章 振荡器
第七章 内容目录
7.1 反响型振荡器的根本原理
根本组成与平衡条件、起振条件、稳定条件
7.2 LC振荡器
构成、互感LC振荡器、三点式振荡器、负阻LC振 荡器
7.3 石英晶体振荡器
石英晶体特性、石英晶体振荡电路
7.4 压控振荡器
变容二极管压控振荡器、射极耦合多谐振荡器、环 形振荡器
7·2 LC振荡器
左图为Colpitts电路， 亦称为电容三点式 电路；右图为 Hartley电路，也叫 做电感三点式电路。
三点式振荡器的 反响电压取自回路 的电抗元件的分压， 故其电抗元件的类 型必须符合一定的 要求。
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7·2 LC振荡器 检查如图振荡器电路有哪些错误，并加以改正。
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7·1 反响型振荡器的根本原理
相位稳定条件：
平 衡 T(osc)0, 干 干 扰 扰 T( t2) o o ssc cT (t,,1若 若 ) 0T T,(( o o ssc c f ))i d 0 0,,T/dt 恢 复 原 osc
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7·3 石英晶体振荡器
石英晶体振荡电路
在开场起振时,由于 g m 较大,极点位置比较靠右,vo振 幅增
长较快,随着管子进入非线性区工作,g m 逐渐变小,极点向左朝
虚轴靠扰,vo振幅增长趋缓, 轴上,维持等幅振荡。
最后满足 g m RL
L M
时极点到虚
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7·1 反响型振荡器的根本原理
根据反响网络的类型，可以有互感〔变压器〕耦合型LC 振荡器和三点式LC振荡器等两种实现构造。
互感耦合型LC振荡器：
4种互感耦合的LC振荡器电路 如图。具有LC选频网络，其互感 同名端方向满足正反响要求。
这4种振荡器的实际电路如图。
必须有适宜的偏置电压和交流信
号通路才能正常工作。
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