高频电子线路Chapter6正弦波振荡器(已排)11

感性，即
Y Z
F Z
因此， 相位稳定条件应为
Z ＜0
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振荡器的相位稳定的条件说明只有谐振回路的相频特性 曲线Z=f()在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频率稳 定条件。事实上，并联谐振回路的相频特性正好具有负的斜 率，如图所示。因而LC并联谐振回路不但是决定振荡频率的 主要角色，而且是稳定振荡频率的机构。
F L2 M L1 M
e
接入系数Pbe=
L2 M L1 L2 2M
Zi
管子输入阻抗Zi折合到cb的阻抗
Zi
Zi Pb2e
b
L1 C Zi
L2
cb回路的Q值减小Rp，
即要求的hfe加大，难于起振，同时影响了振荡波形产生失真。
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哈特莱电路的优点： 1、L1、L2之间有互感，反馈较强，容易起振； 2、振荡频率调节方便，只要调整电容C的大小即可。 3、而且C的改变基本上不影响电路的反馈系数。
1 2
~
1 8
这样就可以使得在 A oF＞1时的情况下起振。
7
由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：
A oF >1
AoAF
1
F
2n
振幅起振条件
(n 0, 1, )
相位起振条件
其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度vf要
一次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。
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起振过程中偏置电压建立的过程
2) 相位平衡的稳定条件
相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身 能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其 稳定的振荡。
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必须强调指出：相位稳定条件和频率稳定条件实质上是
一回事。因为振荡的角频率就是相位的变化率，所以当振荡
器的相位变化时，频率也必然发生变化。 ( d)
dt
如果由于某种原因，相位平衡遭到破坏，产生了一个很
ic
ic
Q
o
VB
VB o
ICQ ICQ
eb
o 自给偏压使工作点下移 t
eb
Cb
C
vs
–
(vf)
Rb VEB
+
IBO + Re –
IEO Cc
Re
L
vf
+VCC
t
(b)
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振荡器的平衡条件
所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡 必须满足的幅度与相位关系。 振荡器的平衡条件为
A F =1
AF 1
为了保持振荡器相位平衡点稳定，振荡器本身应该具有
恢复相位平衡的能力。换句话说，就是在振荡频率发生变化
的同时，振荡电路中能够产生一个新的相位变化，以抵消由
外因引起的变化，因而这二者的符号应该相反，亦即相位
稳定条件应为 ＜
0
写成偏微分形式，即
<0
或
(Y Z F ) <0
由于Y和F对于频率变化的敏感性一般远小于Z对频率变化的敏
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6.3 反馈型LC振荡器线路
6.3.1 互感耦合振荡器
LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡 器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。
本部分内容重点介绍不同型式的反馈型LC振荡器，以 三点式振荡器作为重点。
互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反 馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦 合量M，使之满足振幅起振条件很重要。
A F 2n
(振幅平衡) (n 1, 1, ) (相位平衡)
在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放 大管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电 压的平衡，使振荡器得以维持。
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振荡器平衡状态的稳定条件
所谓平衡状态的稳定条件即指在外因作用下，平衡条 件被破坏后，振荡器能自动恢复原来平衡状态的能力。
三端式LC振荡器有多种形式，主要有：
电感三端式，又称哈特莱振荡器(Hartley)； 电容三端式，又称考毕兹振荡器(Coplitts)； 串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器(Clapp)； 并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)。
LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则)
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电路的缺点： 1、振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得， 而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的 反馈较强，使波形失真大； 2、电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这 是因为频率太高，L太小且分布参数的影响太大。
起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行 放大—选频—反馈—再放大等多次循环，于是一个与振 荡回路固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。
由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定 的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。
5
反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成： 1) 包含两个(或两个以上)储能元件的振荡回路。 2) 可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。 3) 使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。
上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状 态平衡，但还不能说明这平衡状态是否稳定。平衡状态只 是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已建立的振 荡能否维持，还必需看平衡状态是否稳定。
B
Q
两个简单例子来说明稳定平衡与不稳定平衡的概念
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1) 振幅平衡的稳定条件
1
假定由于某种因素使振幅增大超过了VomQ，可见这时A＜ F ，
电感反馈三端式振荡器(哈特莱电路)
Rb1
Cb
Rb2
Ce
v1 Re
C L L1 L2
＋VCC
(a) 共发电感反馈三端式振荡器电路
–
+ vi
v1
L1 N1
+ –
C
vf L2 N2
+
(b) 等效电路
由h参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的起振条件
h ＞ ＞ fe
hie hie L1 M FRp Rp L2 M
hie hfe Rp
电感反馈三端电路的振荡频率为
A h fe Rp hie
F L2 M L1 M
f0
1 2
1
1
C(L1
L2
2M)
hoe hie
(L1L2
M2)
2
1 LC
h oe
h oe
1 R p
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F不能取得太小，也不能取得太大，否则振荡条件均难以满足。
c
F值过小，A0F＞1不易满足； F值过大，L2+M 由图可知，F，L2+M
fo
1 2
1 LC
h hi
1
1 2
1 LC
起振条件：
hf＞
hiC Lhb M
其中为L中的损耗电阻，h=h0hi– hfhr
显然，M与hf越大，越容易起振。
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6.3.2 三端式LC振荡器
三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在 几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振 荡电路高一些，约为10–3~10–4量级，采取一些稳频措施后， 还可以再提高一点。
+ vf
–
–
+
1
+ vi
Rb2
–
Re
Ce
自激振荡建立的物理过程
此时，若将开关K快速拨向“2”点，则集电极电路和基
极电路都维持开关K接到“1”点时的状态，即始终维持着与vi 相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。
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在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极LC 振荡电路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端 产生正弦波电压vo，并通过互感耦合变压器反馈到基级 回路，这就是激励信号。
体管与振荡回路作部分 Rb2
耦合。
VCC L2
M
Ce
L1 C
Cb
Ro
（c）调发电路
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互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时，基本上不影 响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难 于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过 高，一般应用于中、短波波段。
根据h参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率
即出现AF＜1的情况，于是振幅就自动衰减而回到VomQ。
反之，当某种因素使振幅小于VomQ，这时A＞
1，
F
即出现AF＞1的情况。于是振幅就自动增强，从而又回到
VomQ。因此Q点是稳定平衡点。
A0
1
Q 反馈特性
F
振荡特性
VomQ
Vom
12
1
F
Q
A0 B
如果晶体管的静态工作点取得太低，
1 F
甚至为反向偏置，而且反馈系数F又较 小时，可能会出现另一种振荡形式。 这时A=F(Vom)的变化曲线不是单调下
互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和 调发电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路 和发射极电路来区分的。
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调基电路
调基电路振荡频率
在较宽的范围改变时，
振幅比较平衡。
Rb1
由于基极和发射极 之间的输入阻抗比较低， 为了避免过多地影响回
路的Q值，故在调基和 Rb2
调发这两个电路中，晶 体管与振荡回路作部分 耦合。
6
振荡器的起振条件
如右图：A f
A o 1 A o
F
A o
V o V i
V f
0
F vf
＋ +
vi –
A F
+
vo –
vo
若在某种情况下1- Ao F =0时，此时即使没 有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出 电压放大器变为振荡器。