高频电路基础第4章-高频振荡电路
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其中 r ' r Z 21
令 假设Z21为纯电阻，令实部为 0，有
谐振频率： 0
令虚部为0，有 起振条件： y fe
2019/1/21
1 (1 r ' yoe ) LC
L 1 ( 2 yoe ) M Q r'
高频电路基础
6
谐振频率：0
1 令 (1 r ' yoe ) LC
加趋势减小，最终达到动态平衡。 由于严格讨论晶体管进入非线性区后的增益是困难的，所以实用 上一般都采用实验、图解等方法。这里我们从振荡器的工作状态入 手，给出一些一般性的定性讨论结果：
2019/1/21 高频电路基础
8
在右图电路中，基极的静态 （直流）电位基本上是固定
VCC
的，反馈电压在静态电位上 下波动。
dT dt
T()
Q高 Q低
Fra Baidu bibliotek0
所以，LC 回路的Q值越高 振荡器的频率稳定度越高
2019/1/21 高频电路基础
0
3
互感耦合型LC振荡器电路
利用电感耦合构成反 馈，反馈极性与两 个电感的同名端接 法有关
VCC
C
L1
L2
根据谐振回路位于晶 体管的哪个电极， 有调集、调发、调 基等不同接法
的增益变化造成的。
2019/1/21
高频电路基础
11
三点式振荡器
一般构成法则： 1、在谐振频率上， 必有 X1+X2+X3=0
X1 i X3
X2
2、由于晶体管的 vb 与 vc 反相，而根据振荡器的振荡条件 |T|=1，要求vbe ＝－k vce ，即 i X1 = i X2，所以要求 X1 与 X2 为同性质的电抗。
C
L1
L2
Vb VbQ t
2019/1/21 高频电路基础
+
附加偏置电压 —
9
由于晶体管的非线性，随着反 馈电压幅度增加集电极电流开始 不对称。 反馈电压幅度继续增加，则 Vbe的负半周进入截止区，集电 极电流出现截止，晶体管进入C 类放大状态。 振荡器进入C类放大状态后， 导通角变得极小，激励电流中的 基频分量急剧下降，导致增益急
2019/1/21
高频电路基础
4
起振条件分析
起振阶段信号很小，可以用小信号等效模型分析。
vb yie yfevb vc r yoe C L M vf L2
y fe vc Gv ( j ) 1 vb yoe jC j L r Z 21 vf j M i1 F ( j ) vc i1 ( j L r Z 21 )
反馈振荡器原理
A(s) vs vf vi 放大器 F(s) 反馈网络 vo
A( s ) A( s ) Af (s) 1 A( s ) F ( s ) 1 T ( s )
当 T (s) 1 时 形 成 自 激 振 荡 。
Re[T ( j )] 1 即 Im[T ( j )] 0
7
互感耦合型LC振荡器的平衡状态分析
从理论上说，振荡器平衡的振幅条件是 T Gv F 1，但是实 际上上述公式很难应用。
对于振荡器来说，由于起振时信号幅度很小，所以尚可以用晶体
管小信号模型讨论。但是到了稳幅阶段，信号幅度已经大到可以使
晶体管进入强烈的非线性区，增益开始急剧下降，导致振荡幅度增
T ( j )
2019/1/21
j M y fe ( j L r Z 21 )( yoe jC ) 1
高频电路基础
5
T ( j )
j M y fe ( j L r Z 21 )( yoe jC ) 1
1
(r ' j L)( yoe jC ) 1 j M y fe 0 (r ' yoe 2 LC 1) j ( L yoe C r ' M y fe ) 0
综合上述两个条件，可以得到晶体管 LC 振荡器的一般构成法 则如下：在发射极上连接的两个电抗为同性质电抗，另一 个为异性质电抗。
2019/1/21 高频电路基础
12
电容三点式振荡器（Colpitts 电路）
VCC
L RB 1 C1
RB 2
RE
C2
原理电路
2019/1/21
实际电路
高频电路基础
13
求T(j)的等效电路
平衡条件： | T ( j ) | 1 T ( ) 2 n 起振条件： | T ( j ) | 1
( j ) 2 n
高频电路基础
1
2019/1/21
稳定条件
T 振幅稳定条件： vo Gv vo
vo vB
0
vo vB
当反馈网络线性（即 F 为线性函数）时，上述条件等效于 0
1 LC
r ' yoe 很小时， 0
起振条件： y fe 其中 Q
（无耗近似）
L 1 ( 2 yoe ) M Q r'
r'
L/C 为有载品质因数 r'
当互感为紧耦合（变压器）时，起振条件演变为
y fe
2019/1/21
n1 1 ( 2 yoe ) n2 Q r '
高频电路基础
|T| 1
上电后，由于T >1，系统将 自动起振。 当由于某种原因使得 vo脱离 平衡点时，稳定条件使得系 统可以恢复。
2019/1/21
vB
vo
高频电路基础
2
T ( ) 相位稳定条件： 0
T
对于LC谐振回路，有 1 H ( j ) 1 j H ( j ) tg 1 1 2 tg ( Q)
小信号等效模型分析。 下图的模型中忽略晶体管的基极电阻rbb′,也忽略晶体管反向 传输系数。
C1 G0 L C2 1 RE vf
Ic
Vbe
剧下降，最后达到动态平衡，振 荡器就进入稳定状态。
2019/1/21 高频电路基础
10
另外，在这个电路中，由于不对称的集电极电流同时流过发射 极，在发射极电容上造成一个附加偏置电压（上正下负）。这
个附加的偏置电压是抵消静态偏置电压的，当电路起振后，晶
体管的直流电流会减小，所以会加快晶体管的工作状态由A类 向C类转变的过程。 需要说明的是，即使没有发射极电容，晶体管也会进入C类放 大状态。振荡器的平衡主要是由于晶体管进入C类放大状态后
令 假设Z21为纯电阻，令实部为 0，有
谐振频率： 0
令虚部为0，有 起振条件： y fe
2019/1/21
1 (1 r ' yoe ) LC
L 1 ( 2 yoe ) M Q r'
高频电路基础
6
谐振频率：0
1 令 (1 r ' yoe ) LC
加趋势减小，最终达到动态平衡。 由于严格讨论晶体管进入非线性区后的增益是困难的，所以实用 上一般都采用实验、图解等方法。这里我们从振荡器的工作状态入 手，给出一些一般性的定性讨论结果：
2019/1/21 高频电路基础
8
在右图电路中，基极的静态 （直流）电位基本上是固定
VCC
的，反馈电压在静态电位上 下波动。
dT dt
T()
Q高 Q低
Fra Baidu bibliotek0
所以，LC 回路的Q值越高 振荡器的频率稳定度越高
2019/1/21 高频电路基础
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互感耦合型LC振荡器电路
利用电感耦合构成反 馈，反馈极性与两 个电感的同名端接 法有关
VCC
C
L1
L2
根据谐振回路位于晶 体管的哪个电极， 有调集、调发、调 基等不同接法
的增益变化造成的。
2019/1/21
高频电路基础
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三点式振荡器
一般构成法则： 1、在谐振频率上， 必有 X1+X2+X3=0
X1 i X3
X2
2、由于晶体管的 vb 与 vc 反相，而根据振荡器的振荡条件 |T|=1，要求vbe ＝－k vce ，即 i X1 = i X2，所以要求 X1 与 X2 为同性质的电抗。
C
L1
L2
Vb VbQ t
2019/1/21 高频电路基础
+
附加偏置电压 —
9
由于晶体管的非线性，随着反 馈电压幅度增加集电极电流开始 不对称。 反馈电压幅度继续增加，则 Vbe的负半周进入截止区，集电 极电流出现截止，晶体管进入C 类放大状态。 振荡器进入C类放大状态后， 导通角变得极小，激励电流中的 基频分量急剧下降，导致增益急
2019/1/21
高频电路基础
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起振条件分析
起振阶段信号很小，可以用小信号等效模型分析。
vb yie yfevb vc r yoe C L M vf L2
y fe vc Gv ( j ) 1 vb yoe jC j L r Z 21 vf j M i1 F ( j ) vc i1 ( j L r Z 21 )
反馈振荡器原理
A(s) vs vf vi 放大器 F(s) 反馈网络 vo
A( s ) A( s ) Af (s) 1 A( s ) F ( s ) 1 T ( s )
当 T (s) 1 时 形 成 自 激 振 荡 。
Re[T ( j )] 1 即 Im[T ( j )] 0
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互感耦合型LC振荡器的平衡状态分析
从理论上说，振荡器平衡的振幅条件是 T Gv F 1，但是实 际上上述公式很难应用。
对于振荡器来说，由于起振时信号幅度很小，所以尚可以用晶体
管小信号模型讨论。但是到了稳幅阶段，信号幅度已经大到可以使
晶体管进入强烈的非线性区，增益开始急剧下降，导致振荡幅度增
T ( j )
2019/1/21
j M y fe ( j L r Z 21 )( yoe jC ) 1
高频电路基础
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T ( j )
j M y fe ( j L r Z 21 )( yoe jC ) 1
1
(r ' j L)( yoe jC ) 1 j M y fe 0 (r ' yoe 2 LC 1) j ( L yoe C r ' M y fe ) 0
综合上述两个条件，可以得到晶体管 LC 振荡器的一般构成法 则如下：在发射极上连接的两个电抗为同性质电抗，另一 个为异性质电抗。
2019/1/21 高频电路基础
12
电容三点式振荡器（Colpitts 电路）
VCC
L RB 1 C1
RB 2
RE
C2
原理电路
2019/1/21
实际电路
高频电路基础
13
求T(j)的等效电路
平衡条件： | T ( j ) | 1 T ( ) 2 n 起振条件： | T ( j ) | 1
( j ) 2 n
高频电路基础
1
2019/1/21
稳定条件
T 振幅稳定条件： vo Gv vo
vo vB
0
vo vB
当反馈网络线性（即 F 为线性函数）时，上述条件等效于 0
1 LC
r ' yoe 很小时， 0
起振条件： y fe 其中 Q
（无耗近似）
L 1 ( 2 yoe ) M Q r'
r'
L/C 为有载品质因数 r'
当互感为紧耦合（变压器）时，起振条件演变为
y fe
2019/1/21
n1 1 ( 2 yoe ) n2 Q r '
高频电路基础
|T| 1
上电后，由于T >1，系统将 自动起振。 当由于某种原因使得 vo脱离 平衡点时，稳定条件使得系 统可以恢复。
2019/1/21
vB
vo
高频电路基础
2
T ( ) 相位稳定条件： 0
T
对于LC谐振回路，有 1 H ( j ) 1 j H ( j ) tg 1 1 2 tg ( Q)
小信号等效模型分析。 下图的模型中忽略晶体管的基极电阻rbb′,也忽略晶体管反向 传输系数。
C1 G0 L C2 1 RE vf
Ic
Vbe
剧下降，最后达到动态平衡，振 荡器就进入稳定状态。
2019/1/21 高频电路基础
10
另外，在这个电路中，由于不对称的集电极电流同时流过发射 极，在发射极电容上造成一个附加偏置电压（上正下负）。这
个附加的偏置电压是抵消静态偏置电压的，当电路起振后，晶
体管的直流电流会减小，所以会加快晶体管的工作状态由A类 向C类转变的过程。 需要说明的是，即使没有发射极电容，晶体管也会进入C类放 大状态。振荡器的平衡主要是由于晶体管进入C类放大状态后