射频模拟电路电子教案：3-11 晶体振荡器

LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则)
3.2.2 三端式振荡器
-
vo +
Xce
vi
+
-
-
Vf +
Xbe
回路谐振时，电抗之和为零。
Xce Xbc Xbe 0
Xbc
X be X ce
•
•UO
在三端式电路中, ＬＣ回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质, 另外一个电抗元件必须为异性质。这就是三端式电路组成的相位判据, 或称为三端 式电路的相位平衡判别准则。以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否 起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。
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LC反馈正弦波发生器振幅平衡条件
Z
c
Z
谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率， 能保证相位平衡的稳定性。
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LC反馈正弦波发生器
起振条件？ 振幅平衡条件？
••
AB 1
A B 2n
••
| AB | 1
(n 0,1, )
•
Vf
•
1
Vi
f i
•
3.2.2 三端式振荡器
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。
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)。
哈特莱(Hartley)电路
共基电路 此电路的实际电路如何画？
3.2.2 电感三端式振荡电路
起振条件
振荡频率
f
1
1 1
2
C(L1
L2
2M
)
h 'oe hie
(L来自百度文库L2
振幅平衡的稳定条件是 A
0
平衡点的位置必须满足：Vi 平衡点
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LC反馈正弦波发生器相位平衡条件
相位平衡若遭到破坏，产生一个正的相位增量
反馈电压
•
Vf
超前原来输入电压
•
Vi
(前一次反馈电压)一个相角
相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，
振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力 什么电路结构具有此种相位特性？
|
Vf
•
| 1
Vi
••
AB 1
••
| A B | 1
A B 2n (n 0,1, )
•
•
Vi Vf
|
•
Vi
•
|| V f
|
i f
由变压器变比保证 由同名端保证
振幅平衡的稳定条件？ A
0 相位平衡的稳定条件？
Vi 平衡点
第三章 波形发生与变换电路 （P218)
3.1 LC反馈正弦波振荡器的工作原理 3.2 反馈型晶体管LC振荡器电路 3.3 频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路 3.5 石英晶体振荡器
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LC反馈正弦波发生器原理
电容中存储的电能和电感中
如何产生一个振荡？存储的磁能就会交替转换而形成振荡。
12
回路电压方程
+
+V+ V i
R V C
-
R
+
L
L
di dt
Ri
1 C
idt
0
d 2i dt 2
2
di dt
02i
0
回路的衰减系数 R
2L
回路的无阻尼振荡角频率
与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三端式电路, 称为电容三端式电 路, 也称为考毕兹(Colpitts)电路。
与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三端式电路, 称为电感三端式电路, 也称为哈特莱(Hartley)电路。
相位平衡判别准则应用举例
c L3
L1 C
e
L2
b
•振荡能产生的条件？
•L3与C组成的串联谐振回路呈 现何种电抗特性？
•若振荡频率为f，则L3与C组 成的串联谐振回路的谢振频率 f3与f的关系为？
L3与C组成的串联谐振回路呈现电容特性
f f3
3.2.2 电感三端式振荡电路
哈特莱(Hartley)电路
C
C C
共射电路
+VCC
+ Vi
Vi Vf
Vo +I
I
C
Vf +
Vo
交流等效电路
矢量图
3.2.2 电感三端式振荡电路
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LC反馈正弦波发生器振幅平衡条件
振幅平衡
振幅平衡
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LC反馈正弦波发生器振幅平衡条件
在实际设计中，如果静态工 作点设计不当，振荡特性可能不 是单调下降的。
这种振荡器电路一般 不能自行起振，而必须给以 一个较大幅度的初始激励， 使动态点越过不稳定平衡点M 才能起振，这叫硬激励起振， 设计电路要力加避免。
0
1 LC
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LC反馈正弦波发生器原理
回路的衰减系数 R
2L
回路的无阻尼振荡角频率 0
1 LC
振荡频率为： 02 2
1 LC
R2 4L2
0 阻尼振荡
0 等幅振荡
0 增幅振荡
在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。
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LC反馈正弦波发生器原理
LC反馈正弦波发生器起振条件
放大器
振荡器
闭环增益：
•
••
•
•
•
AF
V0
••
V0
Vi
•
A
•
•
A
••
Vi Vf
1
Vf
•
1
Vf
•
V0
•
1 A B
Vi
V0 Vi
建立等幅振荡器的条件 （振荡平衡条件）
••
AB 1
•
•
Vi V f
••
| A B | 1
A B 2n
•
Vf
•
••
AB
Vi
(n 0,1, )
••
Vi Vf
|V•i
•
||Vf
|
i f
由变压器变比保证 由同名端保证
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LC反馈正弦波发生器振幅平衡条件
让A由大变小。
振荡器的偏置电路
Vbe (VB 'VE ') Vb (t)
VQ
VQ VB ' I Q .Re
VB’
VE’ V b (t)
工作状态发生改变， 由甲类到丙类！
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LC反馈正弦波发生器原理
放大器
振荡器
•
•
限幅放大器的放大倍数（开环• 增益）A
V0
•
反馈网络的反馈系数
•
B
Vf
•
Vi
•
••
V0
正反馈： Vs Vi V f
闭环增益：
•
••
•
•
•
AF
V0
••
V0
Vi
•
A
•
•
A
••
Vi Vf
1
Vf
•
1
Vf
•
V0
•
1 A B
Vi
V0 Vi
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振荡器的工作原理与LC谐振回路的自由振荡类似， 它至少应由以下三部分组成。
(1)具有放大能力的有源器件。它的作用是不断地向振荡 系统补充能量，以维持等幅振荡并输出给负载。
(2)由储能元件组成的选频网络。选频网络决定着振荡器 的振荡频率。
(3)控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能量适时、 适度地补充给振荡系统。