三點(diǎn)式振蕩器

三點(diǎn)式振蕩器（學(xué)號(hào)：）（物理與電子信息學(xué)院10級(jí)電子信息工程1班，內(nèi)蒙古呼和浩特010022）指導(dǎo)教師：摘要：三點(diǎn)式振蕩器是以LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋振蕩器。本文主要介紹的是三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理，對(duì)電感三點(diǎn)式及電容三點(diǎn)式振蕩器的原理電路進(jìn)行分析并討論了三點(diǎn)式振蕩器簡(jiǎn)化交流通路的畫法和判斷產(chǎn)生振蕩的一般原則，并通過例子來對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：電感三點(diǎn)式；電容三點(diǎn)式；交流通路；振蕩電路中圖分類號(hào)：TN7521引言振蕩器用于產(chǎn)生一定頻率和幅度的信號(hào)，它無需外部激勵(lì)就能自動(dòng)的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換為指定頻率和振幅的交流信號(hào)功率輸出。振蕩器的種類很多，根據(jù)產(chǎn)生振蕩波形的不同，可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器。本文所討論的三點(diǎn)式振蕩器是一種反饋振蕩器，它是正弦波振蕩器的一種，利用正反饋原理構(gòu)成。振蕩器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，例如，在廣播、電視、通信設(shè)備中振蕩器用來產(chǎn)生所需要的載波和本機(jī)振蕩信號(hào)；在各種信號(hào)源、測(cè)量?jī)x器中用來產(chǎn)生各種頻段的正弦信號(hào)等。它是不可缺少的的核心組成部分之一，是一種最基本的電子線路。本文先討論三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理，然后分別對(duì)電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式電路進(jìn)行分析，最后通過例子來對(duì)三點(diǎn)式振蕩器簡(jiǎn)化交流通路的畫法和判斷產(chǎn)生振蕩的一般原則進(jìn)行驗(yàn)證。2三點(diǎn)式振蕩器的基本工作原理我們應(yīng)該要了解振蕩器正常工作所需滿足的三個(gè)條件即平衡條件、起振條件以及穩(wěn)定條件，這樣有利于后面我們對(duì)三點(diǎn)式振蕩器原理的認(rèn)識(shí)。2.1振蕩的平衡條件圖1反饋振蕩器的構(gòu)成框圖當(dāng)反饋信號(hào)u等于放大器的輸入信號(hào)七，或者說，反饋信號(hào)u恰好等于產(chǎn)生輸出電壓"。所需的輸入電壓".，這時(shí)振蕩電路的輸出電壓不再發(fā)生變化，電路達(dá)到平衡狀態(tài)，因此，將U=U稱為振蕩的平衡條件。根據(jù)圖1可知，放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)人和fi........一.、?...反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸系數(shù)F分別為:UF=ufO(1.1.1)所以U=FU=F^aUfoi由此可得，振蕩的平衡條件為T=AF=1t!FIej(R+中f)=1a(1.1.2)(1.1.3)式中，T為反饋系統(tǒng)環(huán)路增益；IAI、中為放大倍數(shù)A的模和相角；IFI、中為反饋系aJ…?一、一一.--數(shù)F的模和相角。由(1.1.3)式可知，振蕩器正常工作時(shí)的相位平衡條件為甲=甲+甲=2n氏(n=0,1,2,…)(1.1.4)Taf振幅平衡條件為T=I,4FI=1(1.1.5)2.2振蕩的起振條件式(1.1.3)是維持振蕩的平衡條件，是指振蕩器已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)振蕩而言的。為使振蕩器的輸出振蕩電壓在接通直流電源后能夠由小增大直到平衡，則要求在振蕩幅度由小增大時(shí)，反饋電壓相位必須與放大器輸入電壓同相，反饋電壓必須大于輸入電壓的幅度，即甲=甲+甲=2n兀(n=0,1,2,…)(1.2.1)TafT=1,4Fl>1(1.2.2)式(1.2.1)稱為相位起振條件，式(1.2.2)稱為振幅起振條件。2.3振蕩的穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件：當(dāng)振蕩器受到外部因素的擾動(dòng)，破壞原平衡狀態(tài)，振蕩器所具有的自動(dòng)恢復(fù)到原平衡狀態(tài)的能力。振幅穩(wěn)定條件圖2滿足起振和平衡條件的環(huán)路增益特性根據(jù)滿足起振和平衡條件的環(huán)路增益特性曲線圖(如圖2所示)，因?yàn)檎袷幤胶恻c(diǎn)是穩(wěn)定的，所以，圖2所示的環(huán)路增益頻率特性中4點(diǎn)不但是振幅平衡點(diǎn)，而且是穩(wěn)定點(diǎn)，由此可得振幅穩(wěn)定條件為dTddTdUiUi=UiA即在平衡點(diǎn)，T對(duì)七的變化率為負(fù)值。(1.3.2.1)相位穩(wěn)定條件相位平衡的穩(wěn)定條件是指相位平衡遭到破壞時(shí)，電路本身能重新建立起相位平衡的條件。由于振蕩的角頻率等于相位的變化率，即必=d%，所以，相位變化則頻率也必然變化，因此相位平衡的穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)上也就是頻率穩(wěn)定條件。根據(jù)圖3相位平衡條件所示，可知，在相位平衡點(diǎn)附近環(huán)路相位中『隨頻率的變化率為負(fù)值，即相位穩(wěn)定條件為圖3相位平衡條件的圖示三點(diǎn)式振蕩器的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖中放大器采用晶體管，X1、X2、X3三個(gè)電抗元件組成LC諧振回路，回路有三個(gè)引出端點(diǎn)分別與晶體管的三個(gè)電極相連接，使諧振回路既是晶體管的集電極負(fù)載，又是正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，所以把這種電路稱為三點(diǎn)式振蕩器。U為放大器的輸入電壓，U為放大器的輸出電壓，U為反饋電壓，I為回路TOC\o"1-5"\h\zof諧振電流?？戳艘晕覀兛梢灾?，要產(chǎn)生振蕩首先應(yīng)該使電路滿足平衡條件。略去電抗元件的損耗及管子輸入和輸出阻抗的影響，當(dāng)X1、X2、X3組成的諧振回路諧振，即X+X+X=0時(shí)，回路等效阻抗為純電阻，放大器的輸出電壓U與輸入電壓U反相，123oi電抗X上的壓降U必須與U反相，U才會(huì)與U同相，使電路滿足相位平衡條件。fofi

JX.JX.圖4三點(diǎn)式振蕩器的基本結(jié)構(gòu)由圖4有所以，為了使Uf與Uo反相，必須要求X1和X2為相同的電抗兀件，即同為感性或容性電抗元件。綜上所述，三點(diǎn)式振蕩器組成的一般原則可歸納為：X1與X2的電抗性質(zhì)必須相同，X3與X1、X2的電抗性質(zhì)必須相異。根據(jù)這個(gè)法則可將三點(diǎn)式振蕩器分為兩種基本形式:電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式。3電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器又稱哈脫萊振蕩器，其原理電路如圖5(a)所示。圖中，*、RB2、RBj組成分壓式電流反饋偏置電路，Ce為發(fā)射極旁路電容，氣、Cc分別為基極和集電極耦合電容，R為集電極直流負(fù)載電阻，C和L、L構(gòu)成諧振回路。它的交流通路如C12圖5(b)所示。由圖5(b)可見，當(dāng)L、L、C并聯(lián)回路諧振時(shí)，輸出電壓U與輸入電壓U反相，12oi而反饋電壓U與U反相，所以U與U.同相，電路在回路諧振頻率上構(gòu)成正反饋滿足/o/i的相位條件。由此可得電路的振蕩頻率f為0

TOC\o"1-5"\h\z匕~2兀c;(L+L+M)C

V'12式中，M為％、L2之間的互感。由圖5(b)可求得振蕩器的反饋系數(shù)近似為-Uj-(L+M)IL+MF=一^p2P—U—j?(L+M)IL+MO11(3.1)(3.2)可方便的調(diào)(a)原理電路(b)交流通路圖5電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是容易起振，另外，改變諧振回路的電容C節(jié)振蕩頻率。。但由于反饋信號(hào)取自感L2兩端的壓降，而L(3.1)(3.2)可方便的調(diào)(a)原理電路(b)交流通路圖5電感三點(diǎn)式振蕩器4電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器又稱考畢茲振蕩器，其原理電路如圖6(a)所示，圖6(b)是它的三極管三端的交流通路。由圖可見，C「￡、L并聯(lián)諧振回路構(gòu)成的反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，其中C1相當(dāng)于圖4中的％，￡相當(dāng)于X2，L相當(dāng)于X3，故其符合三點(diǎn)式振蕩器組成員則，所以，其滿足振蕩的相位條件。由于反饋信號(hào)I)f取自電容C2兩端的電壓，故稱為電容反饋三點(diǎn)式LC振蕩器，簡(jiǎn)稱電容三點(diǎn)式振蕩器。

當(dāng)并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，振蕩電路滿足振蕩的相位平衡條件，所以可求得電路振蕩(4.1)式中，C=CC"*C)為并聯(lián)諧振路的總電容值。由圖6(b)可得電路的反饋系數(shù)近似為-i-1-(4.2)F=U。W」一￡(4.2)Ui1CO-1.廠2

j^Ci由式(4.2)可知，增大C1與C2的比值，可增大反饋系數(shù)值，有利于起振和提高輸出電壓的幅度，但它會(huì)使晶體管的輸入阻抗影響增大，致使回路的等效品質(zhì)因數(shù)下降，不利于起振，同時(shí)波形的失真也會(huì)增大。所以Cj.，C不宜過大，一般可取Ci；=0.1?0.5，或通過調(diào)試決定。電容三點(diǎn)式振蕩器的反饋信號(hào)取自電容C2兩端，因?yàn)殡娙輰?duì)高次諧波呈現(xiàn)較小的容抗，反饋信號(hào)中高次諧波分量小，故振蕩輸出波形好。但當(dāng)通過改變氣或C2來調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)，同時(shí)會(huì)改變正反饋量的大小，因而會(huì)使輸出信號(hào)幅度發(fā)生變化，甚至?xí)拐袷幤魍Ｕ瘛Ｋ噪娙萑c(diǎn)式振蕩電路頻率調(diào)節(jié)很不方便，故適用于頻率調(diào)節(jié)范圍不大的場(chǎng)合。圖6電容三點(diǎn)式振蕩器

5典型例題分析例5.1分析圖5-1所示振蕩電路，畫出交流通路，說明電路的特點(diǎn)并計(jì)算振蕩頻率。圖6電容三點(diǎn)式振蕩器R1HLcC4HR

200PrcR1HLcC4HR

200Prc5itg時(shí)R410Q□loKfic&s.ipFR5圖5-1振蕩電路解：R、R、R構(gòu)成分壓式電流負(fù)反饋直流偏置電路，C為基極旁路電容，晶體1251管構(gòu)成共基電路。R、L構(gòu)成晶體管集電極負(fù)載，L為高頻扼流圈，為放大器的高頻cc補(bǔ)償電感，用來補(bǔ)償晶體管寄生電容對(duì)放大器高頻特性的影響，有提升放大器高頻增益的作用。R4具有交流電流負(fù)反饋，用以改善振蕩波形和穩(wěn)定性。振蕩器的交流通路如圖5-4所示，它構(gòu)成改進(jìn)型電容三點(diǎn)式西勒振蕩器，頻率穩(wěn)定度高。采用c5、C6電容分壓器輸出，可減小負(fù)載影響。圖5-2電路的交流通路

由圖5-2可得回路總電容為11C=—-+11111+++CCCCC2圖5-2電路的交流通路由圖5-2可得回路總電容為11C=—-+11111+++CCCCC23456刀一1—r+111pF=38.6pF—+—+——+—"200512001005.1)所以振蕩頻率為參考文獻(xiàn)：胡宴如，耿蘇艷.高頻電子線路.北京：高等教育出版社，2009.曾興雯，劉乃安，陳健，宮錦文，付衛(wèi)紅高頻電子線路（第二版）輔導(dǎo)書.北京：高等教育出版社，2011.胡宴如.高頻電子線路（第4版）學(xué)習(xí)指導(dǎo).北京：高等教育出版社，2011.Thethree-pointoscillator(StudentID:)(ClassofElectronicInformationEngineering,Grade2010,CollegeofPhysicsandElectronicInformation,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010022)Director:Abstract:Thethree-pointoscillatorfrequencyselectivenetworkontheLCresonanceloopfeedbackoscillator.Three-pointoscillatorismainlyintroducedinthispaperthebasicworkingprincipleoftheinductiveprincipleofthreepointandcapacitorthree-pointoscillatorcircuitisanalyzedanddiscussedthethree-pointoscillatortosi