每周經典電路分析:LC振蕩器與VCO(1)

LC振蕩器與VCO是常見的重要電路，在各種通信發射機、接收機中是必不可少的部件，VCO還是頻率合成、鎖相環的基礎，我們將陸續系列推文來介紹相關知識和電路仿真設計，涉及模擬鎖相環、混合鎖相環、全數字鎖相環的原理和設計，鎖相環在很多專業電子類學校都是專業核心課，而我院沒有開設這門課程，現在學校開設選修課手續麻煩，我在幾年前申請的一門關於微波電路設計仿真的選修課，現在還沒有正式上線，前幾年我問過教務老師，說是2020年還是2022年上線，我現在都記不清了，現在有微信公眾號這種平臺，正好藉助微信公眾號給童鞋們介紹一下鎖相環相關知識，相關教材書籍可以參考西電這本，當然我們推文不會照書本介紹，主要介紹實際電路的分析要點與理論知識點，理論詳解還是要大家自己去看書：

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本次推文只是開個頭，先從模擬LC振蕩器介紹開始：

一、LC振蕩器的類型主要有兩種：電容三點式（科耳皮茲振蕩器）和電感三點式(哈特萊振蕩器)，如下圖：

在高頻振蕩時最好選用科耳皮茲振蕩器，其原因是電晶體的基極-集電極或發射極間電容可以看成振蕩器一部分，只需要一個電感即可，其振蕩頻率為：

二、克拉普振蕩電路

1) 對於科耳皮茲振蕩器，由於C1和C2並聯有電晶體的電阻成分，會降低諧振電路的有效Q值，C1並聯了rbe電阻約等於:

C2並聯的電阻約等於電晶體集電極與發射極間輸出阻抗ro,為提高等效Q值，對其電路結構進行了改進，如下所示克拉普振蕩電路：

很多初學者，第一次看見該電路，會覺得其與科耳皮茲振蕩器沒有差別，甚至某些教科書上也直接把其當科耳皮茲振蕩器電路講解，克拉普振蕩電路的原理確實就是科耳皮茲振蕩器，但是它是科耳皮茲振蕩器的變形，有其獨特的地方，我們研究一個電路應該關注電路結構和元件參數的細微差別！

克拉普振蕩電路中多出的C3就是關鍵！C3的引入增大了電晶體等效接入阻抗，因而減小了對諧振Q值的影響，設計自由度更大，但是會使起振較難(這也是電路中會使用L2，且電抗值較大的原因，具體為什麼見後續分析；小R3是為了便於電路正確偏置，大L2就是起振的秘籍了！)，因為接入C3會使反饋量減少；不用C3時調整C1/C2的比值會改變反饋量大小，但是受電晶體極間電容和需要的振蕩頻率的限制，不能自由設定，接入C3則會增加一個設計自由度。

2）克拉普振蕩電路的等效電路

當C3的損耗較小時，在高頻振蕩時，r1主要就是L1的電阻部分：

下面我們推導以下電路的等效負阻-r2等於什麼：

此時無負阻分量，現在倒回看下圖，L2的作用和取值原因就非常清楚了：