三点式振荡电路介绍.docx

三点式振荡电路定三点式振荡器是指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X be 、X Ce 和X bC 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 XbeX Ce X b^O ，回路呈现纯阻 性。

反馈电压U f 作为输入加在晶体管的 b 、e 极，输出U O 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u o 与输入电压U i （即U f ）反相，而反馈 g Q电压U f 又是U o 在X bC> X be支路中分配在X be上的电压。

要满足正反馈，必须有为了满足相位平衡条件，U f 和U o 必须反相，由式（5.3.1）可知必有 孑 0成立，即X be 和X Ce 必须是同性质电抗，而XCeX b^ -（X be X Ce ）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X be(X be X bC )UoX be -X Ce U o(531)的两个电抗元件X be 、X Ce必须为同性， 而不与发射极相连的电抗元件X bC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。

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X be 、X Ce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若与发射极相连的两个电抗元件X be 、CeTC 2 h _ _Cl dh ___ ΛV L 2(b) HaItIeyL 3 (a ) C I oIPittSLl三点式振荡器的性能分析1电容三点式振荡器一考毕兹（COlPittS）振荡器图1给出两种电容三点式振荡器电路。

图中R b1、R b2和R e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C E交流接地，是共射组态；图（b）电路中，三极管基极通过C b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（C b、C C和C E）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。

L、C i和C2构成并联谐振回路，C i和C2称为回路电容辿工作电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心岭C++%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⅛---------- • ---------- ♦———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TjJ。

■ - jφτ (⑷)T( j P AF 二T( OSC)e j振荡器起振的振幅条件T C OSC )AF 1推导环路增益T(j∙J时，需将闭合环路断开。

断开点的选择并不影响T (j )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T(j)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V i，断开点的左面应接入自左向右看进去的输入阻抗Z i，如下图(a)所示。

图中R eo是并联谐振回路L、C I和C2的谐振电阻，R e0-osc LQ°，式中Q o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乙=Rell JIl j C b'和C b'c，得到如图5 —25 (b)所示的晶体管等效电路。

CC)图中虚线框内是晶体管共基极组态的简化等效电路r e为共基放大器的输入电阻r e rbe(1 )r e②将共基组态的晶体管用混合型等效电路表示当振荡频率远小于管子的特征频率f T时，可忽略r bb'、r ce ③可画出断开环路后的等效电路如下图( C)所示1r b e为发射结电阻，-为共射组态时晶体管的低频放大倍11, g m(跨导g c)r e26m V'=(门I EQ (mA)接入系数C in -C2+ C 2，1V fnr 通常基R e，所以有e1 1石亿〃R e) Tr e n n数。

因为在放大区，发射结总是正偏的，所以，r b e通常很小，一般在几百欧以下。

而'=g m r b e ,gm(1 1 )「e 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T C-OSC )。

图中C2 =C2 C be，输入阻抗乙对谐振回路的V fI ÷1由图5 — 25 ( d )可简化为图(e ),图中的电导1其中gL =R L图中的电纳式中C邛 ICd)⅛MGC i Cebg 「g ig iC 2 S C 212 n g i r eB =CC i C 2R LLC 1 C 其中C 2RL 〃R eo^ C 2 C be C 2 )1ng mT(OSC ) = I k 1(534)上式可改写为g 1.2 1 . —α n g 」= —g L ng ∣ n n(5.3.5 a )g m n g ∣(535 b )、…g m Vi由图（e ）可知 V f = G jB （电压=电流电阻）而 V f = nV f其中V f 为集电极回路两端的电压，如图（d ）C I反馈系数 环路增益ω=―；OSC Il√LC令T C ） 1，即可求得振幅起振的条件:所示V O VfV f ng mn9mV ∣ V oV IG jB9L g ∣' j( C 一 丄)蛍L当回路发生谐振时， 荡器的振荡角频率为:T （ j ）分母的虚部为零，即可得到振(533)2由图5 —25 （C）可知，n g i是g i经电容分压器折算集电极输出回路上的电导值。

2谐振回路谐振时，集电极输出回路的总电导为g L n g i ，回路谐振时，放大器的电压增益Ag m（^L n2 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（535 b）可知，要满足振幅起振条件应增大A和F，F2（F = n），n g i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T COSC），因此要使TC OSC）较大，必须合理选择F值。

一般要求1 1T （ OSC）为3〜5, F的取值一般为8 2。

另外，提高三极管集电极电流I CQ，可增大g m，从而提高A，但丄_是I CQ不宜过大，否则，SC" ~~ = gm）会过大，造成回路e有载品质因数过低，影响振荡频率稳定度。

一般I CQ取值1 2 5mA。

通常选用f T 5f osc , R L n ,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 τ（j∙j 的高频等效电路； ② 求出谐振回路的rc （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；其中输出电压 输入电导 反馈电压 V fA = ---------------- = ---------------- F==输入电压 输出回路电导，输出电压 V 。

图5 — 26电感三点式振荡器电路图（b ）中，三极管基极通过 C B交流接地，是共基组态3电感三点式振荡器一哈特莱（Hartely ）振荡器图（a ）中，三极管发射极通过C E 交流接地，是共射组态;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R B1、R B2和R E为分压式偏置电阻，C B、C C和C E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，R C为集电极限流电阻，R L为输出负载电阻，C、L I 和L2构成并联谐振回路。

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为例进行分析的，电感三点式将以图5 —26（a）所示共射组态为例分析因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参数等效电路表示。

当振荡频率远小于管子的特征频率f T时，可忽略晶体管正向传输导纳的相移，y fe可近似等于晶体管的跨导g m，电路中忽略了晶体管的内部反馈，即y~ = O，不考虑晶体管输入和输出电容的影响，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。