射频通信电路第七章 振荡器(LC振荡)7-2

7.2LC振荡器7.2.1构成LC振荡器的两个注意点——LC谐振回路（1）反馈电压的提取——必须保证正反馈晶体管放大器构成反馈型振荡器的三个部分反馈网络选频网络共基放大器共基——同相放大器1mggsCmebgvebcmg实数LC回路谐振纯电阻正反馈共射放大器rgsCmbegvbec+_共射——反相放大器mg实数LC回路谐振纯电阻负反馈必须注意反馈电压提取，以保证正反馈思考题：该闭合环路是正反馈还是负反馈？（2）对LC回路Q值的影响保证选频回路Q值高的必要性——提高频率稳定度iRriRr反馈支路将晶体管放大器的输入阻抗直接并联在回路两端问题：降低了回路Q解决方法：阻抗变换后接入回路阻抗变换方法①变压器——互感耦合LC振荡器②部分接入——三点式LC振荡器7.2.2互感LC振荡器电路构成特点：①用变压器进行阻抗变换，以保证高Q②注意变压器同名端，以保证正反馈共基组态变压器同名端振荡频率01oscLC共射组态变压器同名端阻抗变换212()iiNRRN12()NN添加直流偏置①NPN管，为保证工作于放大区，集电极直流电位最高，基极次之，发射极最低。③线圈直流短路，电容直流开路，电源是交流地。②采用基极电阻、分压偏置，直流负反馈。1bR2bRER④大电容实现交流短路和隔直流思路：7.2.3三点式振荡器电路构成特点：①用电抗部分接入进行阻抗变换，以保证高Q②注意电抗元件的放置，以保证正反馈电抗元件部分接入进行阻抗变换形式：电容部分接入2cRRP112cCPCC电感部分接入2LRRP212LLPLL＋－＋－＋－共基组态——同相放大器＋－＋－回路谐振——纯电阻振荡频率12121oscCCLCC121()oscCLL振荡频率共基组态三点式特征：①反馈电压取自相同电抗元件②阻抗变换：2iRRP1//iEmRRg电容相同性质电抗反馈电压与输入同相1C2C＋－共射组态三点式分析iVoVFVFIiVFIoVFV从相同电抗元件抽头反馈从不同电抗元件抽头反馈问题：应如何放置电抗元件？反相——负反馈同相——正反馈L1L21.推导构成三点式振荡器的一般规则晶体管和三个纯电抗元件构成振荡器321XXX推导：满足正反馈条件时，三个电抗元件如何放置？解：代入晶体管等效电路，在X断开，忽略晶体管极间电容、跨导的相移以及晶体管输入阻抗对回路的影响由于振荡频率为回路中心频率，所以iPmoVRgV0321XXXPR是回路谐振阻抗，且结论：为保证与同相，电抗与必须同性质FViV1X2XiPmoFVXXRgXXXVV12232则：构成三点式振荡器的一般规则与发射极相联的两个电抗元件必须同性质，而另一个电抗元件为异性。共射组态共基组态电容三点式LC振荡器电感三点式LC振荡器2.三点式振荡器性能分析计算环路增益、分析为满足起振条件对电路参数的要求（1）分析直流偏置（2）画交流通路图原则：直流电源交流地大电容交流短路NPN管，电源为正，CCV偏置电阻、、，1bR2bRERLRBC交流旁路、隔直流。CC负载（3）代入晶体管交流小信号等效电路（5）计算振荡频率①振荡频率根据相位平衡条件得出（略）②振荡频率近似等于回路中心频率21211CCCCLoebCCC22其中RP是回路空载Q0引入的等效电阻（4）将环路在X断开并考虑输入阻抗的影响（6）分析振幅起振条件——T＝AF1①计算放大器负载输入电导meEeigrRrg111回路接入系数211CCCPeb等效输入电导（设部分接入支路为高Q）iiebigCCCgPg22112)(PLLRRg11放大器负载电导iebLiLLgPgggg2其中②计算放大器增益21omebmebLebLebiVgVgAVgVgPg③计算反馈系数112FeboVCFPVCC④计算环路增益TebiebLmoscPgPggAFT2)(满足起振条件1矛盾：①由于，不能太大imggmg2iebigPg②反馈系数F太大由于使增益减小增大接入系数，使回路Q降低——合理选择工作点合理选择反馈系数起振条件对电路参数的要求:提高增益Amg增大减小iLgg增大反馈系数ebFP3.实际考虑考虑晶体管各参数及回路损耗的影响并按照相位平衡条件计算振荡频率（证明见课本）1212CCCCC01LC回路总电容回路中心频率212002111CCggCCggLCLiLiosc振荡频率由于LiggCC2120LCosc10振荡频率近似等于回路中心频率例7.2.1：设计图示的考毕兹振荡器。21CCMHz500fLR1ER取回路电容，回路的固有谐振频率：，k，0'ebC301200'ebr已知：晶体管在共射状态时的参数为1000Q线圈电感L=0.1H，空载品质因数求：（1）振荡器的振荡频率。（2）为保证顺利起振。回路的不能低于多少？osc0Q由ebmrg'025.0120030'ebmrgS共基输入电阻40025.011megrEeRr因为，所以放大器输入电导SgrRrgmeEei025.0111解：（1）用公式求振荡频率。121iLoscggLCCC首先计算共基等效电路参数:LC回路的谐振阻抗为000663250100.1101003.1410PRQLQ振荡频率为21200'1CCggiLosc代入数据00001.1osc41018.3111'PPLLRRRg由于LR负载电导为由已知条件求得回路总电容PFLC100101.0)10502(1162620由于，所以21CCPFCC20021(因为）0beC（2）由振幅起振条件分析回路0Q振荡器起振的振幅条件应满足：1')(2ebiebLmoscPgPggTLiebmebggPgP'2111'LLPPgRRR由于，对应并联谐振回路的最低谐振阻抗为160'1maxminLPgR因此，为保证振幅起振条件，LC回路的最小空载Q为：1.50minmin0LRQP已知，所以21CC21ebP代入数据和，可求得：满足振幅起振条件的最大的Lg'00625.0'maxLgSmgig4.改进型电容三点式振荡器考虑极间电容后beCceC11ceCCC22beCCC振荡频率为:121211oscLCCCLCC121211oscLCCCLCC为提高振荡频率，必须减小1C2C问题：减小，必然扩大了极间电容对振荡频率的影响——使频率稳定性变差1C2C改进型电容三点式典型电路——克拉泼振荡器电路分析：③高频扼流圈RFCNPN管，电源为正，CCV①直流偏置、、，负载1bR2bRERLR②旁路电容BC④选频回路123CCC、、、L3C⑤改进点——回路中串一小电容,（、）3C1C3C2C交流通路图回路总电容1233////CCCCC振荡频率311LCLCosc改进型电容三点式振荡器的优点回路总电容为三电容串联，振荡频率取决于小电容3C①提高振荡频率②减小极间电容影响，提高频率稳定性用增大电容、来减小极间电容的影响，但并不降低振荡频率1C2C为提高频率而一味减小，会出现什么问题？3C最后——停振回路的总的谐振阻抗（在电感两端）LPPRRR//共基放大器cb端的负载为：PPRCCCR23123)(晶体管cb对回路的接入系数是3123CCCPcb212112CCCCC（其中）减小——接入系数减小——负载减小3CcbPPR放大器的增益减小——环路增益T减小mPAgR克拉泼电路改进——西勒电路目的:有效的调整频率，而不影响环路增益，防止停振电路特点：在电感L的两端并联一个电容4C回路的总电容为34CCC)(1143CCLLCosc振荡频率：调整频率方法：调整4C优点：调整时，不改变共基放大器输出端的接入系数4C7.2.4负阻LC振荡器思路：采用有源阻抗变换电路构成振荡器（1）交流通路图Q1共基放大器，Q2射极跟随器阻抗变换正反馈（2）添加直流电源电路变形负阻LC振荡器结构特点：LC并联回路（品质因数Q0）交叉耦合的晶体管Q1Q2构成正反馈12L12L2C2CAB电路分析inR1.分析单端口电路Q1Q2的输入阻抗inR①对称——点M是交流地②代入晶体管交流小信号等效电路21beceVV12beceVVA、B两点的电压幅度对称相等、12ceceVVAM间电导2211111bembecebemrgrvvgG电流源增大时，是减少的1cev2121mbembegrGgr1)mbegr（inR同理，BM间电导2mGg端口AB的输入电导：2G1G串连mingR2负电导——提供能量12L12L2C2CAB振荡条件：振荡频率——回路谐振频率原因：负阻提供的能量补充了并联谐振回路的损耗负阻回路谐振电阻inR相等PR3M4M1M2M为振荡管，镜象电流源、提供直流偏置、集成场效应管负阻型LC振荡器电路回路电容（漏极极间电容等）回路电感：nHLLL4.621pFC2.1谐振频率GHZLCfo8.121LC回路的串联损耗电阻15r并联回路的谐振电导mSCrQGP3)(120因此，需提供的总负电导应为:21MMPmmGgG2236mgms每只管子的跨导6mgms起振电路优点：电源电压低1,3,minMGSMDSsatDDVVV功耗极小参数测量数值振荡频率1.8GHz调谐范围14%电源电压1.5V功耗6mW相位噪声@600KHz-116dBc/Hz振荡频率可调——改变VC改变了二极管D1、D2的等效电容LC振荡器小结：1.常用的三种形式：互感耦合LC振荡器三点式LC振荡器负阻LC振荡器型2.构成三点式振荡器的基本原则是：与发射极（源极）相联的两个电抗性质相同，第三个电抗为相反性质。3．LC振荡器起振时环路增益的计算与小信号放大器的分析完全相同。4．若晶体管和反馈网络引起的相移可以忽略，则振荡器的振荡频率近似等于LC回路的中心频率。