Transcript 电容三点式振荡器
任务3.2 LC正弦波振荡器 3.2.1 LC正弦波振荡器 3.2.2 三点式振荡电路 四川信息职业技术学院·电子工程系 本讲导航 教学内容 LC正弦波振荡器 教学目的 1. 2. 3. 4. 5. 掌握LC并联谐振特性； 掌握变压器反馈式LC正弦波振荡器的分析判断方法； 掌握三点式振荡电路的组成原则； 掌握电容\电感三点式振荡器的分析判断方法； 理解电容\电感三点式振荡器的特点。 四川信息职业技术学院·电子工程系 教学重点 三点式振荡电路的组成原则 教学难点 1、变压器反馈式LC正弦波振荡器的分析判断方法； 2、电容\电感三点式振荡器的分析判断方法。 四川信息职业技术学院·电子工程系 §3.2.1 LC正弦波振荡器 选频网络采用LC谐振回路的反馈式正弦波振荡 器，称为LC正弦波振荡器，简称LC振荡器。 LC振荡器常用分立元件组成。产生的正弦信号 的频率较高（几十千赫到1000兆赫左右）。LC振荡 器中的有源器件可以是三极管、场效应管，也可以 是集成电路。按照反馈耦合网络的不同，LC振荡器 可分为变压器反馈式振荡器和三点式振荡器。 四川信息职业技术学院·电子工程系 一. 变压器反馈式LC正弦波振荡器 变压器反馈式振荡器又称互感耦合振荡器。由谐 振放大器和反馈网络两大部分组成。在这类振荡器 中，LC并联回路中的电感元件L是变压器的一个绕 组，变压器的另一个绕组则作为振荡器的反馈网络。 四川信息职业技术学院·电子工程系 （1）放大电路是共射极接法 +VCC L1 R1 RL L C L1 ① L2 V Cb C L ③ L2 V ② R2 Re 电路 四川信息职业技术学院·电子工程系 Ce 交流通路 RL 电路分析： 1.三大组成; 2.是否有放大作用; 3.是否满足相位条件. 1.组成 谐振放大器由晶体管、偏置电路、选频网络LC 组成。Cb为隔直耦合电容，Ce为发射极旁路电容。通过L2L 互感耦合，将L2上的反馈电压加到放大器输入端。通过L1L 互感耦合，在负载RL上得到正弦波输出电压。 2.相位条件 LC并联电路在谐振时是纯阻性的，φA = 180o。 相位平衡条件，必须要求φF = 180o 。因此，与晶体管集电 极相连的变压器绕组端①和与基极相连的绕组端点③必须互 为异名端。或引入一个正反馈. 四川信息职业技术学院·电子工程系 （2）放大电路是共基极接法 +VCC L1 R1 RL L C ① ③ L2 Cb V R2 Re Ce 共基接法中，φA = 0o，因此，为了满足相位平 衡条件，必须有φF = 0o。 这样，与集电极相连的 绕组端点①和与射极相连的绕组端点③必须互为同 名端。 四川信息职业技术学院·电子工程系 2. 相位平衡条件的判断和振荡频率 （1）相位条件──正反馈的瞬时极性法判断：根 据放大电路的组态（是共射极还是共基极；如果是 集成运放就要看反相输入还是同相输入），决定放 大电路输出端（集电极）和输入端（基极或射极） 所连接的变压器绕组的端点应为异名端还是同名端。 （2）振荡频率 f0 1 2 LC （3） 变压器反馈式振荡器的工作频率不宜过低或 过 高 ， 一 般 应 用 于 中 、 短 波 段 （ 几 十 KHz 到 几 十 MHz）。 四川信息职业技术学院·电子工程系 3. 电路特点 （1）变压器反馈式LC振荡电路利用变压器作为正 反馈耦合元件，它的优点是便于实现阻抗匹配，因 此振荡电路效率高、起振容易。但要注意变压器绕 组的主、次级单间的极性同名端不可接错，否则成 为负反馈，电路就不起振。 （2）调频方便，调频范围较宽。只要将谐振电容换 成一个可变电容器就可以实现调节f0 的要求，调频 范围较宽。 四川信息职业技术学院·电子工程系 §3.2.2 三点式振荡电路 1. 三点式振荡电路的组成原则 三点式振荡电路的一般形式 三点式：振荡管的三个电极分别与振荡回路中的 电容C或电感L的三个点相连接。 四川信息职业技术学院·电子工程系 构成三点式振荡器的原则 Xbe与Xce是同类电抗(即同为容抗或感抗)，则Xcb 与Xce、Xbe为异类电抗 。 “射同基反” 观察到两个电容或电感的抽头接晶体管的发射极， 则正反馈条件一定满足，也可以此作为判断满足相 位条件的依据。 若是场效应管则满足:“源同栅反”的原则 . 由此我们可以从三个角度去判断三点式相位条件的 满足情况:正反馈、三点式振荡器的原则、 . . a 四川信息职业技术学院·电子工程系 f n 2 三点式振荡电路 £« C1 V U o £- U i £- U f £« L1 V L U o £- U i C £C2 £« (a ) 四川信息职业技术学院·电子工程系 U f L2 £« (b ) 2. 电容三点式振荡器(考毕兹振荡器) (1) 电路结构 电路 四川信息职业技术学院·电子工程系 交流通路 电容三点式振荡器又称为考毕兹振荡器，图中，L和 C1、C2组成振荡回路，反馈电压取自电容C2的两端，C3 和Ce均对高频旁路；高频扼圈Lc构成集电极的直流通路， 而对高频信号可视为开路，Lc有时也可用电阻Rc代替。 图 (b)为该振荡器的交流通路。由于三极管的三个电极分 别与C1、C2的三个引出点相接故称为电容三点式振荡器。 四川信息职业技术学院·电子工程系 （2） 相位平衡条件的判断和振荡频率 ①.相位平衡条件的判断 Xcb为L，Xbe为C2，Xce为C1，故Xbe与Xce是同类电抗 (即同为容抗)，则Xcb与Xbe、Xce为异类电抗。满足三 点式振荡器的组成原则，满足相位平衡条件。 或用瞬时极性法判断是否有正反馈，或 . . n 2 a ②.振荡频率 f0 1 2 LC 式中：C为C1、C2的串联等效电容，即 四川信息职业技术学院·电子工程系 f （3）电容三点式振荡器的特点 ①. 输出波形好。由于反馈电压取自电容Ｃ２的两端， 它对高次谐波的阻抗小，故ＬＣ回路中的高次谐波反馈 很弱，因而输出电压中谐波成分很小，输出波形好 。 ②.加大回路电容可提高振荡频率稳定度。由于不稳 定电容（如管子的输入和输出电容）和外接的回路电容 相并联，所以适当加大回路电容量，可减弱不稳定电容 对振荡频率的影响，从而提高频率稳定度 。 ③.振荡频率较高。若为外接回路电容，直接利用管子 的输入和输出电容作为回路电容，则振荡频率可以很高， 可达到几百到上千兆赫．但频率不稳定。 四川信息职业技术学院·电子工程系 ④.调整频率不方便。因为若通过改变某一电容来改 变振荡频率时，反馈系数也跟着改变，从而导致振荡器 工作状态的变化，因此这个电路只适于作固频振荡器； F=C1/C2 在电路形式上改进为改进型电容三点式振荡器 四川信息职业技术学院·电子工程系 改进型电容三点式振荡器 电容三点式振荡器的性能较好，但存在下述缺点：调 节频率会改变反馈系数，管子的输入电容Cie(Cbe)和输 出电容Coe (Cce)对振荡频率的影响限制了振荡频率的 提高。为此，设计出了改进型电容三点式振荡器，它有 串联型和并联型两种。 四川信息职业技术学院·电子工程系 1)串联改进型振荡电路 UCC C cb Rc Rb1 V Cb Rb2 C ce C1 L V L C2 Re C2 C3 (a ) C1 C be C3 (b ) 该电路的特点是在电感支路中串接一个容量较小的电容 C3。此电路又称为克拉泼电路。满足C3《C1和C3 《 C2 与电容三点式振荡器相比，克拉泼振荡器仅在回路中多加 一个与L串联的电容C3，串联改进型电容三点式振荡器由此 得名。 四川信息职业技术学院·电子工程系 判断克拉泼电路满足振荡的相位平衡条件。 f0 1 2 LC 1 2 LC 3 F=C1/C2 Cie和Coe对fo几乎无影响。这是由于fo主要由小电容 C3和L决定。调节C3 改变振荡频率时，不影响反馈系数； 而调节反馈系数时，对振荡频率也无影响。换而言之， 克拉波振荡器的振荡频率与反馈系数可分别独立调节， 这就消除了电容三点式振荡器的缺点。 克拉波振荡器虽然频率稳定高，但是在波段内输出幅度 不均匀，波段覆盖系数小，因此只适合于作固频振荡器。 四川信息职业技术学院·电子工程系 2)并联改进型电容三点式振荡器 为克服克拉波振荡器的缺点，可采用图所示的并联改进 型电容三点式振荡器。该振荡器又称为西勒振荡器，它 与克拉波振荡器不同之处仅存在于回路电感L两端并联 了一个可变电容，仍满足固定C3《C1和C3 《 C2 通 常 , C3、C4 为 同 一 数 量 级 的 电 容 ， 故 回 路 总 电 容 CΣ≈C3+C4。西勒电路的振荡频率为 f0 1 2 L (C 3 C 4 ) F=C1/C2 四川信息职业技术学院·电子工程系 UCC Rc C ce Rb1 V V Cb Rb2 C1 C1 L L C2 Re C4 C2 C be C3 C3 (a ) C4 (b ) 与克拉泼电路相比，西勒电路不仅频率稳定性 高，输出幅度稳定，频率调节方便，而且振荡频率 范围宽，振荡频率高，因此，是目前应用较广泛的 一种三点式振荡电路。 四川信息职业技术学院·电子工程系 3. 电感三点式振荡器(哈特莱振荡器) (1) 电路结构 +VCC Rb1 L1 C Cb L2 V V L1 L2 Rb2 Re 电路 四川信息职业技术学院·电子工程系 Ce 交流通路 C 电感三点式振荡器又称为哈特莱（HARTLEY）振荡 器，图中，L是具有抽头的电感线圈，L和C组成振荡回 路，反馈电压取自L的一部分L2的两端，Cb和Ce均对高 频旁路。图 (b)为该振荡器交流通路，由图可见，管子的 输出端和输入端都采用部分接入LC回路的方式。由于三 极管的三个电极分别与电感L的三个引出点相接，故称为 电感三点式振荡器。 四川信息职业技术学院·电子工程系 (2) 相位平衡条件的判断和振荡频率 ①.相位平衡条件的判断 Xcb为C，Xbe为L2，Xce为L1，故Xbe与Xce是同类电抗(即同 为感抗)，则Xcb与Xbe、Xce为异类电抗。满足三点式振荡器 的组成原则，满足相位平衡条件。 或用瞬时极性法判断是否有正反馈，或 . . a ②.振荡频率 f0 f n 2 1 2 LC 式中：L＝L1＋L2＋2M（M为L1和L2间的互感，不 考虑互感时M＝0）。 四川信息职业技术学院·电子工程系 (3)电感三点式振荡器的特点 ①. 振荡波形较差。由于反馈电压取自L2的两端， 它对高次谐波的阻抗大，故对LC回路中的高频谐波反 馈较强，因而输出电压中谐波成分多，输出波形差 。 ②. 振荡频率较低。由于L1和L2的分布电容及管子 的输出、输入电容分别并联在L1和L2的两端，使振荡 频率较高时反馈系数减小，不满足起振条件。所以它 用在几十兆赫以下的电路中。 ③. 由于起振的相位条件和幅度条件很容易满 足，所以容易起振。输出电压幅度较大。 ④. 调整方便。 C采用可变电容后很容易实现振荡 器频率在较宽频段内的调节，且调节频率时基本上不 影响不反馈系数。 L2 M N2 F 四川信息职业技术学院·电子工程系 L1 M N1 本讲小结 1. 2. 3. 4. 变压器反馈式振荡器又称互感耦合振荡器。由 谐振放大器和反馈网络两大部分组成。放大电 路可以是共射极接法或共基极接法，振荡频率， 电路效率高、起振容易，调频方便，调频范围 较宽。 三点式振荡器分为电感三点式和电容三点式两 种基本形式。 电容三点式振荡器，输出波形好、加大回路电 容可提高振荡频率稳定度、振荡频率较高、调 整频率不方便。 电感三点式振荡器，振荡波形较差、振荡频率 较低、容易起振、调整方便。 四川信息职业技术学院·电子工程系 本讲作业 教材P89 5-4 、5-6 四川信息职业技术学院·电子工程系 LC振荡电路实验电路 四川信息职业技术学院·电子工程系 LC振荡电路实验电路 四川信息职业技术学院·电子工程系