CN115085673A - 一种内含深负反馈结构的三极管振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，涉及正弦波振荡器技术领域。本发明包括含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路以及正反馈串联谐振支路，其中，所述正反馈串联谐振支路连接于所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端和输出端之间。本发明由于存在深负反馈，振荡器电路的环路增益基本上与三极管参数无关，故而电路是否能够起振，与负反馈网络以及正反馈谐振支路的参数选择有关，基本上与三极管的参数无关，通过恰当地选择电阻的电阻值和精度，能够较容易地满足电路起振的确定性要求，并且在批量生产中能够使振荡器电路的性能获得较高的一致性和标准性。

Description

一种内含深负反馈结构的三极管振荡器
技术领域
本发明涉及振荡器技术领域，具体涉及一种内含深负反馈结构的三极管振荡器。
背景技术
对于三极管正弦波振荡器而言，三极管作为电路中的主要器件，其参数选择的是否恰当通常对电路能否起振有着决定性的影响。但三极管的常规制造工艺并不能保证其成品具备足够的参数一致性。对于常用的三极管来说，即使规格型号相同，实际的三极管产品参数（例如共射电流放大倍数）仍有较大区别。另一方面，电路能否作为振荡器实现起振，对于电路中元件参数的取值有着确定的要求。在常见的单管振荡器（例如三点式振荡器或变压器反馈式振荡器）中，电路是否起振与三极管参数的实际值有很大关系，在相同规格型号下三极管参数取值的离散性或不确定性不利于满足电路起振的确定性要求，也妨碍了在批量生产中振荡器电路的性能获得更高的一致性和标准性。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种内含深负反馈结构的三极管振荡器。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，包括含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路以及正反馈串联谐振支路，其中，所述正反馈串联谐振支路连接于所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端和输出端之间。
进一步的，所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路包括三极管T1和三极管T2及两级放大器电路内部引入的电流并联负反馈网络，其中，三极管T1的基极为所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端，三极管T1的集电极连接三极管T2的基极，三极管T1的发射极接地；三极管T2的集电极为所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端；所述电流并联负反馈网络包括电阻
Figure 305369DEST_PATH_IMAGE001
和电阻Re，其中，所述电阻
Figure 910138DEST_PATH_IMAGE001
的一端连接所述三极管T1的基极，另一端通过电阻Re接地并同时连接至所述三极管T2的发射极。
进一步的，所述正反馈串联谐振支路包括电阻
Figure 962408DEST_PATH_IMAGE002
、电感L和电容C，其中，所述电阻
Figure 946544DEST_PATH_IMAGE002
的一端连接所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端，另一端依次通过电感L和电容C连接至所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端。
进一步的，所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端连接负载电阻RL，所述负载电阻RL的另一端接地。
进一步的，所述振荡器的电路结构为交流通路。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过对两级放大器引入正反馈谐振支路而在整体结构上成为正反馈环路，构成振荡器，同时在两级放大器内部引入深负反馈。对于常用的三极管来说，即使规格型号相同，实际的三极管产品参数仍有较大区别。这种元件参数取值的不确定性不利于满足电路起振的确定性要求，本发明中的两级放大器电路中由于存在深负反馈，振荡器电路的环路增益基本上与三极管参数无关，故而电路是否能够起振，与某些电阻的选择有关，基本上与三极管的参数无关，通过恰当地选择电阻的电阻值和精度，能够较容易地满足电路起振的确定性要求，并且在批量生产中能够使振荡器电路的性能获得较高的一致性和标准性。
2．根据起振时元件参数应满足的要求，电路能否起振将受正反馈支路电阻
Figure 869501DEST_PATH_IMAGE003
的取值与负载电阻
Figure 116943DEST_PATH_IMAGE004
的取值之比影响。为保证起振，只要这个比值满足要求即可，因此正反馈支路电阻
Figure 859771DEST_PATH_IMAGE003
的取值与负载电阻
Figure 382019DEST_PATH_IMAGE004
的取值可以按比例都釆用相对来说比较小的电阻，并不会影响起振条件。也就是说，在负载电阻
Figure 690640DEST_PATH_IMAGE004
的值较小的情况下，本发明的电路仍然能够调节相关电路元件参数，使电路起振并建立正弦振荡。这种振荡器可以应用于负载电阻较小的情况，有着较高的带负载能力。
附图说明
图1为本发明一种内含深负反馈结构的三极管振荡器电路结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，如图1所示，包括含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路以及正反馈串联谐振支路，其中，所述正反馈串联谐振支路连接于所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端和输出端之间。
其中，所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路包括三极管T1和三极管T2及其内部引入的电流并联负反馈网络，其中，三极管T1的基极为所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端，三极管T1的集电极连接三极管T2的基极，三极管T1的发射极接地；三极管T2的集电极为所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端；所述电流并联负反馈网络包括电阻
Figure 781087DEST_PATH_IMAGE001
和电阻Re，其中，所述电阻
Figure 951824DEST_PATH_IMAGE001
的一端连接所述三极管T1的基极，另一端通过电阻Re接地并同时连接至所述三极管T2的发射极。
所述正反馈串联谐振支路包括电阻
Figure 746605DEST_PATH_IMAGE002
、电感L和电容C，其中，所述电阻
Figure 909733DEST_PATH_IMAGE002
的一端连接所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端，另一端依次通过电感L和电容C连接至所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端。
所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端连接负载电阻RL，所述负载电阻RL的另一端接地。
在本发明中，三极管振荡器的电路结构为交流通路。
对于本电路而言，三极管T1和T2构成两级放大器，两级放大器中含有电流并联负反馈网络。在两级放大器的输出端（即T2的集电极）和两级放大器的输入端（即T1的基极）之间接入一个正反馈串联谐振支路，此正反馈串联谐振支路将两级放大器输出端的反馈信号传回两级放大器输入端。由于在两级放大器内部引入了电流并联负反馈，两级放大器输入电阻很小，所以正反馈信号以电流形式作用于两级放大器输入端。本振荡器电路的特点是，本电路通过对两级放大器引入正反馈谐振支路而在整体结构上成为正反馈环路，构成振荡器，同时在两级放大器内部引入深负反馈。由于存在深负反馈，振荡器电路的环路增益基本上与三极管参数无关，故而电路是否能够起振，与负反馈网络以及正反馈谐振支路的参数选择有关，基本上与三极管的参数无关。
电路工作原理
以下讨论将先求出本发明电路的环路增益
Figure 498977DEST_PATH_IMAGE005
表达式，继而分析电路是否有可能振荡，以及起振条件和振荡频率。
对于内部引入了电流并联负反馈的两级放大器，其中由
Figure 216398DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 346028DEST_PATH_IMAGE007
构成负反馈网络，负反馈网络的反馈系数为
Figure 363662DEST_PATH_IMAGE008
三极管T2的集电极电流约等于发射极电流，即
Figure 920545DEST_PATH_IMAGE009
，于是两级放大器的电流放大倍数为
Figure 859683DEST_PATH_IMAGE010
三极管T1和T2正常工作时，两级放大器处于深负反馈状态，使得
Figure 524495DEST_PATH_IMAGE011
，故有
Figure 865477DEST_PATH_IMAGE012
两级放大器引入电流并联负反馈后，在深负反馈状态下，其输入电阻非常小（通常比
Figure 858841DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 816433DEST_PATH_IMAGE007
小两个数量级）。考虑三极管T2的集电极电流
Figure 491128DEST_PATH_IMAGE013
在节点 A的分流时，两级放大器输入电阻的影响可以忽略不计。因此，流过正反馈串联谐振支路的反馈电流
Figure 483355DEST_PATH_IMAGE014
满足以下关系
Figure 382040DEST_PATH_IMAGE015
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是正反馈串联谐振支路的阻抗，
Figure 764611DEST_PATH_IMAGE017
。上式说明，正反馈信号是通过电流分流的形式获得的。
整个电路的环路增益为
Figure 39735DEST_PATH_IMAGE018
根据此环路增益的表达式，可分析电路是否有可能振荡，以及起振条件和振荡频率。
电路起振并实现振荡时，严格地说应满足复合条件：
Figure 886468DEST_PATH_IMAGE019
且
Figure 424897DEST_PATH_IMAGE020
。因此需要较为详尽地讨论
Figure 574992DEST_PATH_IMAGE021
的符号与
Figure 388227DEST_PATH_IMAGE005
的数值大小。
首先讨论
Figure 620625DEST_PATH_IMAGE021
的符号是否满足要求：
应用象限法，在
Figure 595534DEST_PATH_IMAGE022
（记为
Figure 483856DEST_PATH_IMAGE023
）时，环路增益
Figure 835203DEST_PATH_IMAGE024
为正实数，对应的矢量沿实轴的正向。当频率在
Figure 922107DEST_PATH_IMAGE023
的基础上有一个微小的改变
Figure 67918DEST_PATH_IMAGE025
时，环路增益的表达式中只有一个位置出现了一个微小的虚数
Figure 177956DEST_PATH_IMAGE026
（这个位置在表达式的分母）。这个微小的虚数按照表达式给出的运算关系依次与实数进行一系列四则运算，最后就可以得到
Figure 332994DEST_PATH_IMAGE027
。每一次四则运算的结果都是复平面上的一个矢量，每一次四则运算的效果都可以体现在矢量所在的象限的变化上，而最终将得到
Figure 8826DEST_PATH_IMAGE027
所在的象限。根据
Figure 856696DEST_PATH_IMAGE005
的表达式，可以得到一个关于矢量象限的顺次递推关系，从而最终判定
Figure 250769DEST_PATH_IMAGE027
所在的象限，并据此判断
Figure 940989DEST_PATH_IMAGE028
的符号。
具体到本电路的环路增益，由频率的微小改变
Figure 736906DEST_PATH_IMAGE025
所引发的关于矢量象限的递推关系如下：
Figure 693361DEST_PATH_IMAGE029
Figure 309150DEST_PATH_IMAGE030
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure 743674DEST_PATH_IMAGE030
Figure 394098DEST_PATH_IMAGE032
在第一象限
Figure 39230DEST_PATH_IMAGE030
Figure 876736DEST_PATH_IMAGE033
在第四象限
Figure 177268DEST_PATH_IMAGE034
在第四象限
Figure 682198DEST_PATH_IMAGE030
Figure 777193DEST_PATH_IMAGE035
以上讨论证明了，在电感L和电容C的谐振频率
Figure 367575DEST_PATH_IMAGE023
处，
Figure 206218DEST_PATH_IMAGE035
。这一点的实现并不需要电路元件参数的取值满足特定要求，但与正反馈支路取为串联谐振支路这一电路结构特点有关。用象限法可以类似地证明，如果正反馈通路中电感、电容和电阻的连接方法取为并联方式，则
Figure 34496DEST_PATH_IMAGE035
的要求将不能得到满足。将正反馈通路中电感、电容和电阻的连接方法取为串联方式，从而使正反馈通路成为正反馈串联谐振支路，是本发明电路结构的一个重要特点。
下面，在电感L和电容C的谐振频率
Figure 300393DEST_PATH_IMAGE023
处，进一步讨论如何满足
Figure 378070DEST_PATH_IMAGE020
的要求。
在电感L和电容C的谐振频率
Figure 754825DEST_PATH_IMAGE023
处，环路增益的表达式为
Figure 234348DEST_PATH_IMAGE036
按照
Figure 927935DEST_PATH_IMAGE020
的要求，起振时元件参数应满足的要求为
Figure 492909DEST_PATH_IMAGE037
元件参数满足以上不等式的要求，则电路将能够起振并建立正弦振荡，振荡频率即为电感L和电容C的谐振频率
Figure 673354DEST_PATH_IMAGE023
。
本发明通过对两级放大器引入正反馈谐振支路而在整体结构上成为正反馈环路，构成振荡器，同时在两级放大器内部引入深负反馈。对于常用的三极管来说，即使规格型号相同，实际的三极管产品参数仍有较大区别。这种元件参数取值的不确定性不利于满足电路起振的确定性要求，本发明中的两级放大器电路中由于存在深负反馈，振荡器电路的环路增益基本上与三极管参数无关，故而电路是否能够起振，与某些电阻的选择有关，基本上与三极管的参数无关，通过恰当地选择电阻的电阻值和精度，能够较容易地满足电路起振的确定性要求，并且在批量生产中能够使振荡器电路的性能获得较高的一致性和标准性。
根据起振时元件参数应满足的要求，电路能否起振将受正反馈支路电阻
Figure 272963DEST_PATH_IMAGE003
的取值与负载电阻
Figure 880662DEST_PATH_IMAGE004
的取值之比影响。为保证起振，只要这个比值满足要求即可，因此正反馈支路电阻
Figure 870615DEST_PATH_IMAGE003
的取值与负载电阻
Figure 854751DEST_PATH_IMAGE004
的取值可以按比例都釆用相对来说比较小的电阻，并不会影响起振条件。也就是说，在负载电阻
Figure 308866DEST_PATH_IMAGE004
的值较小的情况下，本发明的电路仍然能够调节相关电路元件参数，使电路起振并建立正弦振荡。这种振荡器可以应用于负载电阻较小的情况，有着较高的带负载能力。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，其特征在于，包括含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路以及正反馈串联谐振支路，其中，所述正反馈串联谐振支路连接于所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端和输出端之间。
2.根据权利要求1所述的一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，其特征在于，所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路包括三极管T1和三极管T2及两级放大器电路内部引入的电流并联负反馈网络，其中，三极管T1的基极为所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端，三极管T1的集电极连接三极管T2的基极，三极管T1的发射极接地；三极管T2的集电极为所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端；所述电流并联负反馈网络包括电阻
Figure 847076DEST_PATH_IMAGE001
和电阻Re，其中，所述电阻
Figure 283873DEST_PATH_IMAGE001
的一端连接所述三极管T1的基极，另一端通过电阻Re接地并同时连接至所述三极管T2的发射极。
3.根据权利要求1所述的一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，其特征在于，所述正反馈串联谐振支路包括电阻
Figure 114426DEST_PATH_IMAGE002
、电感L和电容C，其中，所述电阻
Figure 29292DEST_PATH_IMAGE002
的一端连接所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输入端，另一端依次通过电感L和电容C连接至所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，其特征在于，所述含有电流并联负反馈网络的两级放大器电路的输出端连接负载电阻RL，所述负载电阻RL的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种内含深负反馈结构的三极管振荡器，其特征在于，所述振荡器的电路结构为交流通路。
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