三点式振荡电路介绍

三点式振荡电路 定义：三点式振荡器是指

LC回路的三个端点与晶体管

的三个电极分别连接而组成的反馈型振荡器。

三点式振荡电路用电感耦合或电容耦合代替变压器耦合，可以克服变压器耦合振荡器只适宜于低频振荡的缺点，是一种广泛应用的振荡电路，其工作频率可从几兆赫到几百兆赫。

1、 三点式振荡器的构成原则

图5 —20 三点式振荡器的原理图

图5 —20是三点式振荡器的原理电路（交流通路）为了便于分析，图中忽略了回路损耗，三个电抗元件

Xbe、Xce和Xbc构成了决定振荡频率的并联谐振回路。

要产生振荡，对谐振网络的要求：？

必须满足谐振回路的总电抗X性。

?be?Xce?Xbc?0，回路呈现纯阻

反馈电压uf作为输入加在晶体管的b、e极，输出uo加在晶体管的c、e之间，共射组态为反相放大器，放大器的的输出电压uo与输入电压ui（即uf）反相，而反馈

?????电压uf又是uo在X、X支路中分配在X上的电压。

bcbebe?

要满足正反馈，必须有

?uf?Xbe(Xbe?Xbc?u)o??XbeXce??uo （5.3.1）

?为了满足相位平衡条件，uf和uo必须反相，由式（5.3.1）可知必有X?0成立，即

ceXbeXbe和Xce必须是同性质电抗，而

Xbc??(Xbe?Xce)必为异性电抗。

综上所述，三点式振荡器构成的一般原则： （1） 为满足相位平衡条件，与晶体管发射极相连

的两个电抗元件X、X必须为同性，而不与发射极相连的电抗元件X的电抗性质与前者相反，概括起来“射同基反”。此构成原则同样适用于场效应管电路，对应的有“源同栅反”。

becebc（2） 振荡器的振荡频率可利用谐振回路的谐振频率来估

算。

若与发射极相连的两个电抗元件

Xbe、Xce为容性的，称为电容三点式振荡器，也称为考比兹振荡器(Colpitts)，如图5 —21（a）所示；

若与发射极相连的两个电抗元件X、X为感性的，称为电感三点式振荡器，也称为哈特莱振荡器(Hartley)，如图5 —21（b）所示。

bece

图5 —21 电容三点式与电感三点式振荡器电路原理图

三点式振荡器的性能分析

1电容三点式振荡器—考毕兹（Colpitts）振荡器 图1给出两种电容三点式振荡器电路。图中Rb1、Rb2和Re为

分压式偏置电阻，

图1 电容三点式振荡器电路

图（a）电路中，三极管发射极通过CE交流接地，是共射组态；

图（b）电路中，三极管基极通过Cb交流接地，是共基组态。

组态不同，但都满足“射同基反”的构成原则，即与发射极相连的两个电抗性质相同，不与发射极相连的是性质相异的电抗。

高频耦合和旁路电容(Cb、Cc和CE)对于高频振荡信号可近似

认为短路，旁路和耦合电容的容值至少要比回路电容值大一个数量级以上。

L、C1和C2构成并联谐振回路，C1和C2称为回路电容(也工作电

容)。

2电容三点式振荡器电路的起振条件

以图5 —22（b）所示共基组态的电容三点式电路为例分析起振条件。

(a)高频交流等效电路

画高频振荡回路之前应仔细分析每个电容与电感的作用，应处理好以下问题：

画高频振荡回路时，小电容是工作电容, 大电容是耦合电容或旁路电容, 小电感是工作电感, 大电感是高频扼流圈。画等效电路时保留工作电容与工作电感, 将耦合电容与旁路电容短路, 高频扼流圈开路, 直流电源与地短路,通常高频振荡回路是用于分析振荡频率的，一般不需画出偏置电阻。 

判断工作电容和工作电感, 一是根据参数值大小。电路中数值最小的电容(电感)和与其处于同一数量级的电容(电感)均被视为工作电容(电感), 耦合电容与旁路电容的数值往往要大于工作电容几十倍以上, 高频扼流圈的电感数值远远大于工作电感； 二是根据所处的位置。

旁路电容分别与晶体管的电极和交流地相连，旁路电容对偏置电阻起旁路作用；

耦合电容通常在振荡器负载和晶体管电路之间，起到高频信号耦合及隔直流作用。

这两种电容对高频信号都近似为短路。

工作电容与工作电感是按照振荡器组成法则设置的。 高频扼流圈对直流和低频信号提供通路, 对高频信号起阻隔作用。

图1（b）的交流等效电路

图5 —24（a）电容三点式交流等效电路

(b) 起振条件和振荡频率

起振条件包括振幅条件和相位条件。 起振的相位条件已由“射同基反”满足。

判断能否起振要解决的关键问题就是推出反馈放大器的环路增益T(j?)。

j?T(?)??T(j?)?AF?T(?osc)e。

??振荡器起振的振幅条件T(?OSC)?AF?AF?1

推导环路增益T(j?)时，需将闭合环路断开。断开点的选择并不影响T(j?)表达式的推导，断开点的选择一般以便于分析为准则，通常选择在输入端，

① 环路断开后的等效电路（在这部分将给出一系列推导T(j?)的等效电路）

本题在图5 —24所示的×处断开，断开点的右面加环路的输入电压V，断开点的左面应接入自左向右看进去的输入阻抗

iZi，如下图（a）所示。

图中

Reo是并联谐振回路L、C1和C2的谐振电阻，

Re0??oscLQ0，式中Q0为回路固有品质因素。

可见由断开处向右看进去的输入阻抗

Zi?Re//re//j?Cb'e

②将共基组态的晶体管用混合?型等效电路表示。 当振荡频率远小于管子的特征频率

fT时，可忽略rbb'、rce和Cb'c，得到如图5 —25（b）所示的晶体管等效电路。

③可画出断开环路后的等效电路如下图（c）所示。

图中虚线框内是晶体管共基极组态的简化等效电路,

re为共基放大器的输入电阻,

re?rb?e1???rb?e?(1??)re(5.3.2??）

rb?e为发射结电阻，?为共射组态时晶体管的低频放大倍

数。因为在放大区，发射结总是正偏的，所以，rb?e通常很小，一般在几百欧以下。

而?=gmrb?e,gm??(1??)re

????1,?gm(跨导gC)?1re（?）

IEQ(mA)26mv而共基放大器的输入电阻 re=将输出回路的等效电路简化为如图5 —25（d），以便求出基本放大器的增益A和反馈系数F，最终得到环路增益

??C2?Cb?e，输入阻抗T(?OSC)。图中C2Zi对谐振回路的

接入系数

n?C1C2?C'2，

1??Vf??Vf

n通常re??Re，所以有

re??1n2(re//Re)?1n2re

由图5 —25（d）可简化为图（e），

图中的电导

??gL1??gi? G?gL'其中

gi??ngi ?RLre?12RL?RL//Re01?

图中的电纳

C??2C1C?2C1?C?B??C??L

式中

C1C2??C2?Cb?e?C2）C2（其中 C?C12

???V（电压=电流?电阻）由图（e）可知 f G?jB?gmVi??nV?? 而Vff??为集电极回路两端的电压，如图（d）所示其中Vf反馈系数 环路增益

?VT(j?)?AF?o?V??iF?n?C1?C2

C1?Vf?Vo??Vf?Vi?ngmG?jB?ngm??gi'?j(?C?gL1?L)当回路发生谐振时，T(荡器的振荡角频率为：

j?)分母的虚部为零，即可得到振

??osc

令T1LC （5.3.3）

(?)?1，即可求得振幅起振的条件：

ngm??gigL1'T(?osc)?AF??1 （5.3.4）

1n??ngigL上式可改写为gm?n或

??n2gi)?(gL （5.3.5 a）

n?gm??ngigL2?1 （5.3.5 b）

由图5 —25（c）可知，ngi是gi经电容分压器折算集电极

2输出回路上的电导值。

??ngi，谐振回路谐振时，集电极输出回路的总电导为gL2回路谐振时，放大器的电压增益A

gm2?(gL?ngi)，n是接入系数，也就是反馈系数。

如何设置电路参数，满足振幅起振条件？ 由式（5.3.5 b）可知，要满足振幅起振条件应增大但增大FA和F，

2nF?n（），gi也随之增大，必将造成A减

小；反之，减小

F，虽能提高

A，但不能增大T(?osc)，

F因此要使T(?osc)较大，必须合理选择

值。一般要求

T(?osc)为3～5，F1的取值一般为

8?12。另外，提

高三极管集电极电流ICQ，可增大gm，从而提高

1A，但

gi(??gm)ICQ是不宜过大，否则，会过大，造成回路re有载品质因数过低，影响振荡频率稳定度。一般ICQ取值

1?5mA。通常选用

fT?5fosc，RL?1K?，反馈

系数

F取值适当，一般都能满足振幅起振条件。

（3） 工程估算法求起振条件和谐振频率

通过上述分析可知，采用工程估算法，可大大简化起振条件的分析。现将基本步骤归纳如下：

①选择断开点，画出推导T(j?)的高频等效电路； ②求出谐振回路的?（近似由谐振回路决定）；

osc③将输入阻抗中部分接入电阻折算到集电极输出回路中。求出谐振回路谐振时基本放大器的增益A和反馈系数F（通常就是接入系数n），便可得到振幅起振条件；其中

A?输出电压输入电压＝，F?输出电压＝V

输出回路电导o输入电导反馈电压Vf3 电感三点式振荡器—哈特莱（Hartely）振荡器 图5 —26电感三点式振荡器电路

图（a）中，三极管发射极通过C交流接地，是共射组态；

E图（b）中，三极管基极通过C交流接地，是共基组态。

B尽管两个振荡电路的组态不同，但都满足“射同基反”的构成原则，即与发射极相连的两个电抗性质相同，不与发射极相连的是性质相异的电抗。

电路简单分析：图中RB1、RB2和RE为分压式偏置电阻，

CB、Cc和CE为高频耦合和旁路电容，对于高频振荡信

号可近似认为短路，Rc为集电极限流电阻，RL为输出负载电阻，C、L1和L2构成并联谐振回路。

电感三点式振荡器电路的起振条件

前面电容三点式振荡器是以共基组态为例进行分析的， 电感三点式将以图5 —26（a）所示共射组态为例分析 因电感三点式振荡器应用较少，尤其在集成电路中更为少见，故只对其进行简单分析，给出一些结论作为参考。 （a）交流等效电路

图5 —27共射电感三点式交流等效电路

(b) 起振条件和振荡频率

共射组态的晶体管的等效电路

将共射组态的晶体管用Y参数等效电路表示。当振荡频率远小于管子的特征频率fT时，可忽略晶体管正向传输导纳的相移，

yfe可近似等于晶体管的跨导gm，电路中忽略了

晶体管的内部反馈，即yre?0，不考虑晶体管输入和输出电容的影响，得共射组态的晶体管用Y参数等效电路

图5 —28（a）给出高频微变等效电路。

该电路满足“射同（C1、C2）基反（L、C3串联呈现感抗）。

③振荡频率的分析

振荡频率由选频回路决定，选频回路由

C（=C1+Cce）,C（=C2+Cbe）2和C3串联，再与

并联构成。 谐振回路的总电容

’1'L1C??1C’1?1C2’?1C3?1C1?Cce

?1C2?Cbe?1C3满足

C3??C1?Cce,C3??C2?Cbe,

所以有

C??C3

注意：串联电容的总电容取决于小电容，而并联电容的总电容取决于大电容。 振荡器的振荡频率

fosc?12?LC??12?LC3 （5.3.8）

结论：由式（5.3.8）可知：当满足C3??C2,C1时，fosc

几乎不受晶体管极间电容（即输入输出电容）的影响，C3越小，晶体管极间电容对振荡频率的影响就越小。电路的频率稳定性就越好。

实际电路设计中谐振回路中元件的取值规则

根据需要的振荡频率确定L、C3的值，C1、C2的取值应远大于C3。仅从振荡频率的稳定度考虑，C3越小越好，但C3过小会影响振荡器的起振。

计算晶体管对输出回路的接入系数（VIC）

计算该接入系数的目的是计算晶体管输出回路的等效电阻，以便计算放大器的增益。

由图5 —30可知，晶体管输出回路的两个端点c、b对谐振回路A、B两端的接入系数

1n1?ucbuAB??C11?11?C2?1?1?1C1C2C3(C1?C2)?C1?（5.3.9）

?C2?C3注：对谐振回路的接入系数以电感为基准。

图5 —30 接入系数与等效负载计算示意图

谐振回路A、B两端的等效电阻RL?RL//Re0， 将RL折算到输出回路c、b两端，对应的阻抗为

RL?n1RL?(1??2??RL''

?1C1C2C3(C1?C2))RL2? （5.3.10）

结论：由式（5.3.10）可知，

?对改善振荡器的稳定性有力??C3???（是共基放大器的等效负载）??RL????共基放大器的增益A??环路增益T(?)??无法起振?R对于Colpitts振荡器而言，其共基电路的等效负载就是L。

Clapp振荡电路是以牺牲环路增益的方法来换取回路振荡频率稳定性能的改善。

综上分析，Clapp振荡电路有以下几点不足：

ⅰ）在减小C3以提高振荡频率fosc的同时，使环路增益减小，减小到一定程度会导致电路无法起振，这就限制了振荡频率

fosc的提高；

ⅱ）Clapp振荡电路不适合作波段振荡器。

波段振荡器要求振荡频率在一定区间内可调，且输出信号的振荡幅值基本保持不变。由于Clapp电路是通过改变C3来调

?CR节振荡频率的，根据式（5.3.10）可知，3的改变，导致L变化，致使共基电路的增益变化，最终导致输出信号的幅值发生变化，使所调波段频率范围内输出信号的幅度不平稳。所以Clapp电路可以调节的频率范围不够宽，只能用作固定振荡器或波段覆盖系数（＝f）较小的可变频率振荡器。

oscmin一般Clapp电路的波段覆盖系数为1.2～1.3。

foscmax

6西勒（Seiler）振荡电路

在对Clapp振荡电路的不足之处进行改进的基础，产生了西勒电路。

图（a）给出Seiler振荡电路的实用电路，

Seiler电路是在克拉泼电路中的电感Ｌ两端并联了一个可变小电容C4,且满足C1、C2远大于C3，这就是并联改进型电路命名的来由。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vz92.html