LC正弦波振蕩電路詳解

1、LC正弦波振蕩電路詳解LC正弦波振蕩電路與RC橋式正弦波振蕩電路的組成原則在本質(zhì)上是相同的，只是選頻網(wǎng)絡(luò)采用LC電路。在LC振蕩電路中，當(dāng)f=f0時(shí)，放大電路的放大倍數(shù)數(shù)值最大，而其余頻率的信號(hào)均被衰減到零；引入正反饋后，使反饋電壓作為放大電路的輸入電壓，以維持輸出電壓，從而形成正弦波振蕩。由于LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較高，所以放大電路多采用分立元件電路。一、LC諧振回路的頻率特性LC正弦波振蕩電路中的選頻網(wǎng)絡(luò)采用LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。圖(a)為理想電路，無(wú)損耗，諧振頻率為（推導(dǎo)過程如下）公式推導(dǎo)過程：電路導(dǎo)納為令式中虛部為零，就可求出諧振角頻率式中Q為品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q1時(shí)， ，所以諧振頻率

2、將上式代入 ，得出當(dāng)f=f0時(shí)，電抗當(dāng)Q1時(shí)， ，代入 ，整理可得在信號(hào)頻率較低時(shí)，電容的容抗( )很大，網(wǎng)絡(luò)呈感性；在信號(hào)頻率較高時(shí)，電感的感抗( )很大，網(wǎng)絡(luò)呈容性；只有當(dāng)f=f0時(shí)，網(wǎng)絡(luò)才呈純阻性，且阻抗最大。這時(shí)電路產(chǎn)生電流諧振，電容的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)能，而電感的磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)換成電場(chǎng)能，兩種能量相互轉(zhuǎn)換。 實(shí)際的LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)總是有損耗的，各種損耗等效成電阻R，如圖(b)所示。電路的導(dǎo)納為 回路的品質(zhì)因數(shù) （推導(dǎo)過程如下）公式推導(dǎo)過程：電路導(dǎo)納為令式中虛部為零，就可求出諧振角頻率式中Q為品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q1時(shí)， ，所以諧振頻率將上式代入 ，得出當(dāng)f=f0時(shí)，電抗當(dāng)Q1時(shí)， ，代入 ，整理可得上式

3、表明，選頻網(wǎng)絡(luò)的損耗愈小，諧振頻率相同時(shí)，電容容量愈小，電感數(shù)值愈大，品質(zhì)因數(shù)愈大，將使得選頻特性愈好。當(dāng)f=f0時(shí)，電抗 （推導(dǎo)過程如下）公式推導(dǎo)過程：電路導(dǎo)納為令式中虛部為零，就可求出諧振角頻率式中Q為品質(zhì)因數(shù)當(dāng)Q1時(shí)， ，所以諧振頻率將上式代入 ，得出當(dāng)f=f0時(shí)，電抗當(dāng)Q1時(shí)， ，代入 ，整理可得當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的輸入電流為I0時(shí)，電容和電感的電流約為QIo。根據(jù)式 ，可得適用于頻率從零到無(wú)窮大時(shí)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電抗的表達(dá)式Z=1/Y，其頻率特性如下圖所示。Q值愈大，曲線愈陡，選頻特性愈好。若以LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為共射放大電路的集電極負(fù)載，如右圖所示，則電路的電壓放大倍數(shù) 根據(jù)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，當(dāng)

4、f=f0時(shí)，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大，且無(wú)附加相移（原因）。對(duì)于其余頻率的信號(hào)，電壓放大倍數(shù)不但數(shù)值減小，而且有附加相移。電路具有選頻特性，故稱之為選頻放大電路。若在電路中引入正反饋，并能用反饋電壓取代輸入電壓，則電路就成為正弦波振蕩電路。根據(jù)引入反饋的方式不同，LC正弦波振蕩電路分為變壓器反饋式、電感反饋式和電容反饋式三種電路。二、變壓器反饋式振蕩電路1.工作原理引入正反饋?zhàn)詈?jiǎn)單的方法是采用變壓器反饋方式，如圖（7114）所示，用反饋電壓取代輸入電壓，得到變壓器反饋式振蕩電路。電路分析：觀察電路，存在放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)以及用晶體管的非線性特性所實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個(gè)部分；判斷放大電路能

5、否正常工作，圖中放大電路是典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，可以設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；交流通路如圖所示，交流信號(hào)傳遞過程中無(wú)開路或短路現(xiàn)象，電路可以正常放大；采用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足相位平衡條件（具體做法）。如圖所示電路表明，變壓器反饋式振蕩電路中放大電路的輸入電阻是放大電路負(fù)載的一部分，因此 與 相互關(guān)聯(lián)。一般情況下，只要合理選擇變壓器原、副邊線圈的匝數(shù)比以及其它電路參數(shù)，電路很容易滿足幅值條件。2.振蕩頻率及起振條件振蕩頻率其中，起振條件其中， 3.優(yōu)缺點(diǎn)變壓器反饋式振蕩電路易于產(chǎn)生振蕩，輸出電壓的波形失真不大，應(yīng)用范圍廣泛。但是由于輸出電壓與反饋電壓靠磁路耦合，因而耦合不緊密，損耗較大。并且振

6、蕩頻率的穩(wěn)定性不高。三、電感反饋式振蕩電路1.電路組成 為了克服變壓器反饋式振蕩電路中變壓器原邊線圈和副邊線圈耦合不緊密的缺點(diǎn)，可將變壓器反饋式振蕩電路的N1和N2合并為一個(gè)線圈，如右圖所示，為了加強(qiáng)諧振效果，將電容C跨接在整個(gè)線圈兩端，便得到電感反饋式振蕩電路。 2.工作原理 觀察電路它包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和非線性元件（晶體管）四個(gè)部分，而且放大電路能夠正常工作。 用瞬時(shí)極性法判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件：斷開反饋，加頻率為f0的輸入電壓，給定其極性，判斷出從N2上獲得的反饋電壓極性與輸入電壓相同，故電路滿足正弦波振蕩的相位條件，各點(diǎn)瞬時(shí)極性如上圖所示。只要電路參數(shù)選擇

7、得當(dāng)，電路就可滿足幅值條件，而產(chǎn)生正弦波振蕩。如下圖所示為電感反饋式振蕩電路的交流通路，原邊線圈的三個(gè)端分別接在晶體管的三個(gè)極，故稱電感反饋式振蕩電路為電感三點(diǎn)式電路。3.振蕩頻率及起振條件振蕩頻率反饋系數(shù)起振條件4.優(yōu)缺點(diǎn)電感反饋式振蕩電路中N2與N1之間耦合緊密，振幅大，易起振；當(dāng)C采用可變電容時(shí)，可以獲得調(diào)節(jié)范圍較寬的振蕩頻率，最高振蕩頻率可達(dá)幾十MHz。由于反饋電壓取自電感，對(duì)高頻信號(hào)具有較大的電抗，反饋信號(hào)中含有較多的高次諧波分量，輸出電壓波形不好四、電容反饋式振蕩電路1.電路組成為了獲得較好的輸出電壓波形，若將電感反饋式振蕩電路中的電容換成電感，電感換成電容，并在轉(zhuǎn)換后將兩個(gè)電容的

8、公共端接地，且增加集電極電阻Rc，就可得到電容反饋式振蕩電路，如右圖所示。因?yàn)閮蓚€(gè)電容的三個(gè)端分別接在晶體管的三個(gè)極，故也稱為電容三點(diǎn)式電路。2.工作原理根據(jù)正弦波振蕩電路的判斷方法，觀察如上圖所示電路，包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和非線性元件（晶體管）四個(gè)部分；放大電路能夠正常工作；斷開反饋，加頻率為f0的輸入電壓，給定其極性，判斷出從C2上所獲得的反饋電壓極性與輸入電壓相同，故電路弦波振蕩的相位條件，各點(diǎn)瞬時(shí)極性如圖所示。只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可以滿足幅值條件，而產(chǎn)生正弦波振蕩。3.振蕩頻率及起振條件 振蕩頻率反饋系數(shù)起振條件4.優(yōu)缺點(diǎn)電容反饋式振蕩電路的輸出電壓波形好，但若用改變電容的方法來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，則會(huì)影響電路的反饋系數(shù)和起振條件；而若用改變電感的方法來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，則比較困難；常用在固定振蕩頻率的場(chǎng)合。在振蕩頻率可調(diào)范圍不大的情況下，可采用如右圖所示電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)。 5.穩(wěn)定振蕩頻率的措施若要提高電容反饋式振蕩電路的頻率，要減小C1、C2的電容量和L的電感量。實(shí)際上，當(dāng)C1和C2減小到一定程度時(shí)，晶體管的極間電容和電路中的雜散電容將納入C1和C2之中，從而影響振蕩頻率。這些