三点式振荡器

三点式振荡器

（学号：）

（物理与电子信息学院 10级电子信息工程1班，内蒙古呼和浩特 010022）

指导教师：

摘要：三点式振荡器是以LC谐振回路作为选频网络的反馈振荡器。本文主要介绍的是三点式振荡器的基本工作原理，对电感三点式及电容三点式振荡器的原理电路进行分析并讨论了三点式振荡器简化交流通路的画法和判断产生振荡的一般原则，并通过例子来对方法进行验证。

关键词：电感三点式；电容三点式；交流通路；振荡电路

中图分类号：TN752

1引言

振荡器用于产生一定频率和幅度的信号，它无需外部激励就能自动的将直流电源供给的功率转换为指定频率和振幅的交流信号功率输出。振荡器的种类很多，根据产生振荡波形的不同，可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。本文所讨论的三点式振荡器是一种反馈振荡器，它是正弦波振荡器的一种，利用正反馈原理构成。

振荡器在现代科学技术领域中有着广泛的应用，例如，在广播、电视、通信设备中振荡器用来产生所需要的载波和本机振荡信号；在各种信号源、测量仪器中用来产生各种频段的正弦信号等。它是不可缺少的的核心组成部分之一，是一种最基本的电子线路。

本文先讨论三点式振荡器的基本工作原理，然后分别对电感三点式和电容三点式电路进行分析，最后通过例子来对三点式振荡器简化交流通路的画法和判断产生振荡的一般原则进行验证。

2三点式振荡器的基本工作原理

我们应该要了解振荡器正常工作所需满足的三个条件即平衡条件、起振条件以及稳定条件，这样有利于后面我们对三点式振荡器原理的认识。

图1 反馈振荡器的构成框图

2.1振荡的平衡条件

当反馈信号f u 等于放大器的输入信号i u ，或者说，反馈信号f u 恰好等于产生输出电压o u 所需的输入电压i u ，这时振荡电路的输出电压不再发生变化，电路达到平衡状态，

因此，将i

f U U =称为振荡的平衡条件。根据图1可知，放大器开环电压放大倍数A 和反馈网络的电压传输系数F

分别为： i O U U A =；O

f U U F = (1.1.1) 所以

i

O f U A F U F U == (1.1.2) 由此可得，振荡的平衡条件为

1||)(===+f a j e F A F A T

ϕϕ (1.1.3) 式中，T 为反馈系统环路增益；||A 、a

ϕ为放大倍数A 的模和相角；||F 、f ϕ为反馈系数F

的模和相角。 由(1.1.3)式可知，振荡器正常工作时的相位平衡条件为

πϕϕϕn f a T 2=+= ( ,2,1,0=n ) (1.1.4)

振幅平衡条件为

1||==F A

T (1.1.5)

2.2振荡的起振条件

式(1.1.3)是维持振荡的平衡条件，是指振荡器已进入稳态振荡而言的。为使振荡器的输出振荡电压在接通直流电源后能够由小增大直到平衡，则要求在振荡幅度由小增大时，反馈电压相位必须与放大器输入电压同相，反馈电压必须大于输入电压的幅度，即

πϕϕϕn f a T 2=+= ( ,2,1,0=n ) (1.2.1)

1||>=F A

T (1.2.2) 式(1.2.1)称为相位起振条件，式(1.2.2)称为振幅起振条件。

2.3振荡的稳定条件

振荡器的稳定条件：当振荡器受到外部因素的扰动，破坏原平衡状态，振荡器所具有的自动恢复到原平衡状态的能力。

振幅稳定条件

图2满足起振和平衡条件的环路增益特性

根据满足起振和平衡条件的环路增益特性曲线图（如图2所示），因为振荡平衡点是稳定的，所以，图2所示的环路增益频率特性中A 点不但是振幅平衡点，而且是稳定点，由此可得振幅稳定条件为

0<∂∂=iA

i U U i U T

(1.3.2.1) 即在平衡点，T 对i U 的变化率为负值。

相位稳定条件

相位平衡的稳定条件是指相位平衡遭到破坏时，电路本身能重新建立起相位平衡的条件。

由于振荡的角频率等于相位的变化率，即dt

d ϕω=，所以，相位变化则频率也必然变化，因此相位平衡的稳定条件实质上也就是频率稳定条件。

根据图3相位平衡条件所示，可知，在相位平衡点附近环路相位T ϕ随频率的变化率为负值，即相位稳定条件为

00<∂∂=A

f f T

f ϕ (1.3.2.2)

图3相位平衡条件的图示

三点式振荡器的基本结构如图4所示，图中放大器采用晶体管，1X 、2X 、3X 三个电抗元件组成LC 谐振回路，回路有三个引出端点分别与晶体管的三个电极相连接，使谐振回路既是晶体管的集电极负载，又是正反馈选频网络，所以把这种电路称为三点式

振荡器。i

U 为放大器的输入电压，o U 为放大器的输出电压，f U 为反馈电压，I 为回路谐振电流。

看了引言我们可以知道，要产生振荡首先应该使电路满足平衡条件。略去电抗元件的损耗及管子输入和输出阻抗的影响，当1X 、2X 、3X 组成的谐振回路谐振，即

0321=++X X X 时，回路等效阻抗为纯电阻，放大器的输出电压o U 与输入电压i

U 反相，电抗2X 上的压降f U 必须与o U 反相，f U 才会与i

U 同相，使电路满足相位平衡条件。

图4三点式振荡器的基本结构

由图4有

2X I j U f =,1

X I j U O -= 所以，为了使f U 与o U 反相，必须要求1X 和2

X 为相同的电抗元件，即同为感性或容性电抗元件。

综上所述，三点式振荡器组成的一般原则可归纳为：1X 与2X 的电抗性质必须相同，

3X 与1X 、2X 的电抗性质必须相异。

根据这个法则可将三点式振荡器分为两种基本形式：电感三点式和电容三点式。

3电感三点式振荡器

电感三点式振荡器又称哈脱莱振荡器，其原理电路如图5(a)所示。图中，1B R 、2B R 、BE R 组成分压式电流反馈偏置电路，E C 为发射极旁路电容，B C 、C C 分别为基极和集电极耦合电容，C R 为集电极直流负载电阻，C 和1L 、2L 构成谐振回路。它的交流通路如图5(b)所示。

由图5(b)可见，当1L 、2L 、C 并联回路谐振时，输出电压o U 与输入电压i

U 反相，而反馈电压f U 与o U 反相，所以f U 与i

U 同相，电路在回路谐振频率上构成正反馈满足的相位条件。由此可得电路的振荡频率0f 为