Oscillators

Posted 2020-09-18 eliker

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。