Oscillators
1.The Hartley Oscillator
hartley oscillator是一位美国的工程师Ralph Hartly在1915年西部电子公司工作时发明。其核心的谐振腔如上图所示。Hartley oscillator常用在射频振荡应用中,其频率一般在20KHz~30MHz。典型电路结构如下图所示。
自动基准偏置(Automatic Base Bias):
基本的LC振荡器都有一个严重的缺陷:他们没有办法控制振荡器的输出幅度。在L1和L2之间累计的电磁耦合太小,就无法产生足够的反馈,最终振荡器将无法维持。而对于那些反馈足够强振荡器,刚开始输出幅度逐渐增大,直到产生信号失真的时候,输出幅度才稳定下来,这样的输出也伴随着信号的失真,所以不能输出一个固定窄带的频率。然而,对一个输出幅度为常量的振荡器反馈回适度的电压是可行的。如果我们反馈回足够的电压来控制放大器的偏置,而偏置的放大器可以通过如下模式来控制振荡器的输出幅度:如果振荡器的输出幅度增加,偏置增加,放大器的增益减小,而减小反馈;反之,增大反馈。这样就可以保证放大器的输出幅度稳定。
这个电路图中R1, R2为晶体管Q提供静态偏置,图中标记的部分是谐振网络,假设电路初始状态时,C上的电荷量为0,所以刚开始会给C充电,Z点的电位上升,三极管基极的电位也上升,而集电极电位下降,使得X点电位下降,此时C也可以直接通过L进行放电,将C中存储的能量转移到L中,当C放电完成之后,存储在L中的能量又会返回C中,如此循环,产生振荡。从相位上分析,由X点到Y相位会+90,而再由Y点到Z点相位也+90,而由三极管基极到集电极相位-180,所以环路相位该变为0,符合Barkhausen Criterion的相位条件,这里只要求三极管的放大倍数大于1,且采用了自动基准偏置,输出幅度由三极管的增益决定。
我们也可将这个谐振网络直接加载在标准的放大器上
他可以用作一个可调节震荡幅度输出的振荡器,由于它的放大倍数可以通过R2/R1来调节。对于以上的振荡器来说,要维持振荡必须使得R2/R1等于或稍稍大于L2/L1。
2.The Colpitts Oscillator
利用对偶电路,就可以直接通过Hartley Oscillator转化到Colpitts Oscillator。这类振荡电路的优点是,相对于Hartley电路需要更少的电感。典型的应用电路如下。
R1, R2提供静态偏置,L2的作用是在振荡频率时为电路提供一个无穷大的动态阻抗,以及在启动的时候为电路提供启动电流。三极管采用的是共射极接法,在基极与集电极之间提供-180的延迟相位,而两个接地电容则提供环路中另一部分-180的相位。
电路的反馈取决于C1/C2的值,所以可以通过调节C1/C2的值来改变电路的反馈量。
也可以将晶体管改为一个标准放大器,电路图如下。
Colpitts Oscillator的主要优点由于在非常高的频率下C1和C2提供了很低的阻抗通路,因而能产生更加纯粹的正弦波。同样也是由于以上电容的反应特性,基于场效应管的Colpitts Oscillator能够工作在很高的频率下。