LC正弦波振荡电路详解

实用标准文案 精彩文档 LCLC 正弦波振荡电路详解正弦波振荡电路详解 LC 正弦波振荡电路与 RC 桥式正弦波振荡电路的组成原则在本 质上是相同的 只是选频网络采用 LC 电路 在 LC 振荡电路中 当 f f0时 放大电路的放大倍数数值最大 而其余频率的信号均被衰减 到零 引入正反馈后 使反馈电压作为放大电路的输入电压 以维 持输出电压 从而形成正弦波振荡 由于 LC 正弦波振荡电路的振 荡频率较高 所以放大电路多采用分立元件电路 一 一 LC 谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性 LC 正弦波振荡电路中的选频网络采用 LC 并联网络 如图所示 图 a 为理想电路 无损耗 谐振频率为 推导过程如下 公式推导过程 公式推导过程 电路导纳为 令式中虚部为零 就可求出谐振角频率 式中 Q 为品质因数 当 Q 1 时 所以谐振频率 将上式代入 得出 实用标准文案 精彩文档 当 f f0时 电抗 当 Q 1 时 代入 整理可得 在信号频率较低时 电容的容抗 很大 网络呈感性 在信号频率较高时 电感的 感抗 很大 网络呈容性 只有当 f f0 时 网络才呈纯阻性 且阻抗最大 这时电路产 生电流谐振 电容的电场能转换成磁场能 而电 感的磁场能又转换成电场能 两种能量相互转换 实际的 LC 并联网络总是有损耗的 各种损耗 等效成电阻 R 如图 b 所示 电路的导纳为 回路的品质因数 推导过程如下 公式推导过程 公式推导过程 电路导纳为 令式中虚部为零 就可求出谐振角频率 式中 Q 为品质因数 实用标准文案 精彩文档 当 Q 1 时 所以谐振频率 将上式代入 得出 当 f f0时 电抗 当 Q 1 时 代入 整理可得 上式表明 选频网络的损耗愈小 谐振频率相同时 电容容量 愈小 电感数值愈大 品质因数愈大 将使得选频特性愈好 当当f f f f0 0时 电抗时 电抗 推导过程如下 公式推导过程 公式推导过程 电路导纳为 令式中虚部为零 就可求出谐振角频率 式中 Q 为品质因数 实用标准文案 精彩文档 当 Q 1 时 所以谐振频率 将上式代入 得出 当 f f0时 电抗 当 Q 1 时 代入 整理可得 当网络的输入电流为 I0时 电容和电感的电流约为 QIo 根据式 可得适用于频率从零到无穷大时 LC 并联网络电抗的表达式 Z 1 Y 其频率特性如下图所示 Q 值愈 大 曲线愈陡 选频特性愈好 实用标准文案 精彩文档 若以 LC 并联网络作为共射放大电 路的集电极负载 如右图所示 则电路 的电压放大倍数 根据 LC 并联网络的频率特性 当 f f0时 电压放大倍数的数值最大 且无 附加相移 原因 对于其余频率的信号 电压放大倍数不但数值减小 而且有附 加相移 电路具有选频特性 故称之为 选频放大电路 若在电路中引入正反馈 并能用反馈电压取代输入电压 则电路 就成为正弦波振荡电路 根据引入反馈 的方式不同 LC 正弦波振荡电路分为变 压器反馈式 电感反馈式和电容反馈式 三种电路 二 变压器反馈式振荡电路二 变压器反馈式振荡电路 1 工作原理 引入正反馈最简单的方法是采用变压器反馈方式 如图 7114 所示 用反馈电压取代输入电压 得到变压器反馈式振荡 电路 电路分析 电路分析 观察电路 存在放大电路 选频网络 正反馈网络以及用晶 体管的非线性特性所实现的稳幅环节四个部分 判断放大电路能否正常工作 图中放大电路是典型的工作点 稳定电路 可以设置合适的静态工作点 交流通路如图所示 交流信号传递过程中无开路或短路现象 电路可以正常放大 采用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件 具体做法 实用标准文案 精彩文档 如图所示电路表明 变压器反馈式振荡电路中放大电路的输入 电阻是放大电路负载的一部分 因此 与 相互关联 一般情况下 只要合理选择变压器原 副边线圈的匝数比以及其它电路参数 电 路很容易满足幅值条件 2 振荡频率及起振条件 振荡频率振荡频率 其中 起振条件起振条件 其中 3 优缺点 变压器反馈式振荡电路易于产生振荡 输出电压的波形失真不 大 应用范围广泛 但是由于输出电压与反馈电压靠磁路耦合 因 而耦合不紧密 损耗较大 并且振荡频率的稳定性不高 三 电感反馈式振荡电路三 电感反馈式振荡电路 实用标准文案 精彩文档 1 电路组成 为了克服变压器反馈式振荡 电路中变压器原边线圈和副边线 圈耦合不紧密的缺点 可将变压 器反馈式振荡电路的 N1和 N2合 并为一个线圈 如右图所示 为 了加强谐振效果 将电容 C 跨 接在整个线圈两端 便得到电感 反馈式振荡电路 2 工作原理 观察电路它包含了放大电路 选频网络 反馈网络和非线性 元件 晶体管 四个部分 而且放大电路能够正常工作 用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件 断 开反馈 加频率为 f0的输入电压 给定其极性 判断出从 N2上获得 的反馈电压极性与输入电压相同 故电路满足正弦波振荡的相位条 件 各点瞬时极性如上图所示 只要电路参数选择得当 电路就可满足幅值条件 而产生正 弦波振荡 如下图所示为电感反馈式振荡电路的交流通路 原边线圈的三 个端分别接在晶体管的三个极 故称电感反馈式振荡电路为电感三电感三 点式电路点式电路 3 振荡频率及起振条件 振荡频率振荡频率 实用标准文案 精彩文档 反馈系数反馈系数 起振条件 4 优缺点 电感反馈式振荡电路中 N2与 N1之间耦合紧密 振幅大 易起 振 当 C 采用可变电容时 可以获得调节范围较宽的振荡频率 最 高振荡频率可达几十 MHz 由于反馈电压取自电感 对高频信号具 有较大的电抗 反馈信号中含有较多的高次谐波分量 输出电压波 形不好 四 电容反馈式振荡电路四 电容反馈式振荡电路 1 电路组成 为了获得较好的输出电压波 形 若将电感反馈式振荡电路中 的电容换成电感 电感换成电容 并在转换后将两个电容的公共端 接地 且增加集电极电阻 Rc 就 可得到电容反馈式振荡电路 如 右图所示 因为两个电容的三个 端分别接在晶体管的三个极 故 也称为电容三点式电路 2 工作原理 根据正弦波振荡电路的判断方法 观察如上图所示电路 包 含了放大电路 选频网络 反馈网络和非线性元件 晶体管 四个 部分 放大电路能够正常工作 断开反馈 加频率为 f0的输入电压 给定其极性 判断出从 C2上所获得的反馈电压极性与输入电压相同 故电路弦波振荡的相 位条件 各点瞬时极性如图所示 只要电路参数选择得当 电路就可以满足幅值条件 而产生 正弦波振荡 实用标准文案 精彩文档 3 振荡频率及起振条件 振荡频率振荡频率 反馈系数反馈系数 起振条件 4 优缺点 电容反馈式振荡电路的输出电压波形 好 但若用改变电容的方法来调节振荡频 率 则会影响电路的反馈系数和起振条件 而若用改变电感的方法来调节振荡频率 则比较困难 常用在固定振荡频率的场合 在振荡频率可调范围不大的情况下 可采 用如右图所示电路作为选频网络 5 稳定振荡频率的措施 若要提高电容反馈式振荡电路的频率 要减小 C1 C2的电容量 和 L 的电感量 实际上 当 C1和 C2减小到一定程度时 晶体管的 极间电容和电路中的杂散电容将纳入 C1和 C2之中 从而影响振荡 频率 这些电容等效为放大电