LC正弦波振荡电路

1、LC正弦波振荡电路2011-07-12 16:02:35 来源：互联网LC正弦波振荡器一、LC并联谐振回路LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频网络由电感和电容组成。常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。它们的选频网络采用LC并联谐振回路。1丄C并联谐振回路的等效阻抗Z图1 LC并联谐振回路LC并联回路如图1所示，其中R表示回路的等效损耗电阻。由图可知，LC并联谐振 回路的等效阻抗为(1)考虑到通常有 - - 1L，所以Lie2.LC并联谐振回路具有以下特点由式（2）可知，LC并联谐振回路具有以下特点:(1) 回路的谐振频率为2jt应(3)(2) 谐振时

2、，回路的等效阻抗为纯电阻性质，并达到最大值，即内。式中,称为回路品质因数，其值一般在几十至几百范围(a)阻抗频率响应(b)相频响应由式(2)可画出回路的阻抗频率响应和相频响应如图2所示。由图及式(4)可见，R 值越小Q值越大，谐振时的阻抗值就越大，相角频率变化的程度越急剧，选频效果越好。LC振荡电路主要用来产生高频正弦波信号，电路中的选频网络由电感和电容组成。常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。它们的选频网络采用LC并联谐振回路。(3) 谐振时输入电流与回路电流之间的关系由图1和式(4)有通常Q1,所以rcrprh o可见谐振时，lc并联电路的回路电流比输入电流I大

3、得多，即的影响可忽略。这个结论对于分析LC正弦波振荡电路的相位关系十分有用。、变压器反馈式 LC振荡电路1电路组成图1所示为变压器反馈式 LC振荡电路。由图可见，该电路包括放大电路、反馈网络和选频网络等正弦波振荡电路的基本组成部分，其中LC并联电路作为BJT的集电极负载,起选频作用。反馈是由变压器副边绕组N2为实现的。下面首先用瞬时极性法来分析振荡回 路的相位条件。2相位平衡条件判断相位平衡条件的判断参考动画。图1变压器反馈式LC振荡电路3起振与稳幅变压器反馈式LC正弦波振荡电路起振的幅值条件是环路增益大于1，只要变压器的变比和BJT选择适当，一般都可以满足幅值条件。而振荡的稳定是利用放大器件

4、的非线性来实现的。当振幅大到一定程度时，虽然BJT集电极的电流波形可能明显失真，但由于集电极的负载是LC并联谐振回路，具有良好的选 频作用，因此输出电压的波形一般失真不大。 三、三点式LC振荡电路图1电感三点式振荡电路LC振荡电路除变压器反馈式，还常用电感三点式和电容三点式振荡电路，现分别讨论如下。1电路组成图1所示为电感三点式振荡电路的原理图。这种电路的LC并联谐振电路中的电感有首端、中间抽头和尾端三个端点，分别与放大器件的集电极、发射极（地）和基极相连，反 馈信号取自电感 L2上的电压，因此，习惯上将图1所示电路称为电感三点式 LC振荡电路， 或电感反馈式振荡器。2相位平衡条件判断前面讨论

5、LC并联谐振回路时已得出结论：谐振时，回路电流远比流入或流出LC回路的电流大得多。因此，电感中间抽头的瞬时电位一定在首、尾两端点的瞬时电位之间，即（1）若电感的中间抽头交流接地，则首端与尾端的信号电压相位相反。（2 ）若电感的首端或尾端交流接地，则电感其它两个端点的信号电压相位相同。根据分析，图1电路满足相位平衡条件。3幅值条件及振荡频率至于振幅条件，则容易满足，只要适当选择BJT的b和L2/L1的比值，就可以实现起振。考虑到L1、L2间的互感M后，电路的振荡频率可近似表示为= ；1(1)% + 2M）C电感三点式正弦波振荡电路不仅容易起振，而且采用可变电容器能在较宽的范围内调节振荡频率，其工

6、作频率范围可以从数百千赫兹至数十兆赫兹，所以用在经常改变频率的场合（例如收音机、信号发生器等）。电路的缺点是，反馈电压取自L2上，L2对高次谐波（相 对于f0而言）阻抗较大，因而引起振荡回路输出谐波分量增大，输出波形较差。四、石英晶体振荡电路频率稳定度是衡量振荡电路的质量指标之一，一般用来表示，其中f0为振荡频率，Df为频率偏移。频率稳定度有时还附加时间条件，如一小时或一日内的频率相对变化量。前面介绍的RC振荡电路的频率稳定度大于 10 -3,普通LC振荡电路也只能达到 10 -4o 石英晶体振荡电路的频率稳定度可达 10 甚至10-11,这是由于采用了具有极高 Q值的石 英晶体元件。石英晶体

7、是一种各向异性的结晶体， 它是硅石的一种，其化学成分是二氧化硅 （SiO2） o 从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片 （可以是正方形、矩形或圆形等）， 然后 在晶片的两个对应表面上涂敷银层并装上一对金属板，就构成石英晶体产品，如图 1所示， 一般用金属外壳密封，也可有用玻璃壳封装的。2. 压电效应石英晶片所以能做振荡电路是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力， 又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机

8、械振动的振幅是比较小的， 其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶 体谐振器。3. 等效电路和谐振频率石英晶体的压电谐振现象可以用图XX_02所示的等效电路来模拟。等效电路中的CO为切片与金属板构成的静电电容，L和C分别模拟晶体的质量 （代表惯性）和弹性，而晶片振动时，因摩擦而造成的损耗则用电阻R来等效。由于晶片的等效电感L很大，而C和R很小，因此 Q很大，可达1045105。图2为石英晶体的代表符号、等效电路和电抗特性。由等效电路可知，石英晶体有两个 谐振频率，即图2石英

9、晶体的等效电路与电抗特性G沁（a）代表符号（b）等效电路（c）电抗一频率响（1 ）当R、L、C支路发生串联谐应特性振时，其串联谐振频率为(1)由于CO很小，它的容抗比R大得多，因此，串联谐振的等效阻抗近似于为 R，呈纯阻 性，且其阻值很小。(2)当频率高于fs时，R、L、C支路呈感性，当与 CO发生并联谐振时，其振荡频率通常石英晶体产品所给出的标称频率既不是fs也不是fp，而是外接一小电容Cs时校 正的振荡频率，Cs与石英晶体串接如图 3所示。利用Cs可使石英晶体的谐振频率在一个小范围内调整。Cs的值应选选择得比 C大。可以计算接入C s后新的串联谐振频率图3谐振频率的调整将上式展开成幕级数，

10、并注意到，从而略去高次项，可近似得2G + Q)当J时，1 ,而当: V 时，；一，。实用时，Cs是一个微调电容,使f 在fs与fp之间的一个狭窄范围内变动。可以分析得出Cs并不影响并联谐振频率。4、石英晶体振荡电路石英晶体正弦波振荡电路的形式是多种多样的，但基本电路只有两类，即并联型和串联型石英晶体正弦波振荡电路，前者石英晶体工作在接近于并联谐振状态，而后者则工作在 串联谐振状态。图1a所示为一并联型石英晶体正弦波振荡电路。由图可见，这个电路的振荡频率必须在石英晶体的fs与fp之间，即只有晶体在电路中起电感作用才能组成电容三点式电路，满 足相位平衡条件，考虑到通常，因此，振荡频率主要取决于石英晶体与:的谐振频率。图1b所示为一串联型石英晶体正弦波振荡电