LC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路图

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、LC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)

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)



LC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路图
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f=f0时,电抗  (推导过程)

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。



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。



老梁的博客

2010-09-16 08:41

LC正弦波振荡电路

LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似,包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成,正反馈网络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。 LC并联振荡回路的选频特性

谐振现象:对于具有电感和电容元件的电路中,电路两端的电压与其中的电流一般是不同相的,若我们调节电路的参数或电源的频率而使它们同相,这是电路就发生了谐振现象.

LC并联谐振电路如左图所示。图中电阻表示电感和回路的等效总损耗电阻,其值一般很小.

?  电路等效阻抗:



上式中R较小,通常忽略不计。

1.谐振频率f0?

电路谐振时:

2. 谐振阻抗 Z0



3. 回路品质因数 Q

谐振时电感支路电流或电容支路电流与总电流之比,称为并联谐振电路的品质因数



4. 频率特性









由图可见,当该电路由恒流源供电,当电源为某一频率(  )时电路发生谐振,电路阻抗最大,电流通过时在电路两端产生的电压也是最大.当电源为其他频率时电路不发生谐振,阻抗较小,电路两端的电压也较小.这样就起到了选频的作用.

  5. 并联谐振的特点 当Q>>1时,在LC谐振回路中,



说明电容支路的电流幅度与电感支路的幅度值近似相等,谐振回路的输入电流很小,也就是说谐振回路的外界影响可以忽略.故Q越大,受外界影响越小,选频特性越好.

结论:(1)LC并联电路具有选频特性.

(2)电路品质因数Q愈大,则幅频特性越尖锐,即选频特性越好

(3)谐振频率的数值与电路参数有关,当Q>>1时,  ?

二、变压器反馈式 LC 振荡电路

电路的组成

?????? 变压器反馈式振荡电路如下图所示,图中L、Lf组成变压器,其中L为一次侧线圈电感, Lf为反馈线圈电路,用来构成正反馈.组成并联谐振回路, L、C作为放大器的负载,构成选频放大器.RB1、RB2和RE为放大器的直流偏置电阻,CB为耦合电容,CE为发射极旁路电容,对振荡频率而言,这些容抗很小可看成短路.



2.振荡条件

(1)相位平衡条件:为满足相位平衡条件,变压器的初、次级之间同名端必须正确连接。如图所示,设某一瞬间基极对地信号电压为正极性“+”,由于共射电路的倒相作用,集电极的瞬时极性“-”,即A=180°。

当频率为f 0时:LC回路的谐振阻抗是纯电阻性,由图中L及Lf的同名端可知,反馈信号与输出电压极性相反,于是A+B=360°,保证了电路的正反馈,满足振荡的相位条件。

当频率不为f 0时:LC回路的阻抗不是纯电阻性,而是感性或容性阻抗,此时LC回路对信号会产生附加相移,造成A+B≠360°,不能满足相位平衡条件,电路也不可能产生振荡。由此可见,LC振荡电路只有在f 0这个频率上,才有可能产生振荡。

(2)振幅条件:为了满足振幅平衡条件AF≥1,对晶体管的β值有一定要求,一般只要β值较大,就能满足振幅平衡条件,反馈线圈匝数越多,耦合越强,电路越容易起振。

3.电路优缺点

(1)易起振,输出电压较大。由于采用变压器耦合,易满足阻抗匹配的要求。

(2)调频方便,一般在LC回路中采用接入可变电容器的方法来实现,调频范围较宽,工作频率通常在几兆赫左右。

(3)输出波形不理想。由于反馈电压取自电感两端,它对高次谐波的阻抗大,反馈也强,因此在输出波形中含有较多高次谐波成份。

二、三点式LC振荡电路

(1)电感三点式振荡电路

电路组成

图中三极管V构成共发射极放大电路,电感L1、L2和电容C构成正反馈选频网络。谐振回路的三个端点①、②、③,分别与三极管的三个电极相接,反馈信号取自电感线圈L2两端电压,故称为电感三点式振荡电路,也称为电感反馈式振荡电路。



2、振荡条件分析

(1)相位条件:设基极瞬间极性为正,由于放大器的倒相作用,集电极电位为负,则电感的①端为负,②端为公共端,③端为正,各瞬时极性如图所示。反馈电压由③端引至三极管的基极,故为正反馈,满足相位条件。

(2)幅度条件:从图可以看出,反馈电压取自电感L2的两端,并通过CB的耦合后加到晶体管的b、e间的,所以改变线圈抽头的位置,即改变L2的大小,就可以调节反馈电压的大小,当满足|AF|>1时,电路便可起振。

3.电路的优缺点

(1)由于L1和L2之间的耦合很紧,故电路易起振,输出幅度大。

(2)调频方便,电容C若采用可变电容器,就能获得较大的频率调节范围。

(3)由于反馈电压取自电压L2的两端,它对高次谐波的阻抗大,反馈也强,因此在输出波形中含有较多的高次谐波成份,输出波形不理想。

(2)电容三点式振荡电路

电路的组成

图中三极管V构成共发射极放大电路,电容C1、C2和电感L构成正反馈选频网络。谐振回路的三个端点①、②、③,分别与三极管的三个电极相接,反馈信号取自电容C2两端电压,故称为电容三点式振荡电路,也称为电容反馈式振荡电路。



2、振荡条件分析

(1)相位条件:设基极瞬间极性为正,由于放大器的倒相作用,集电极电位为负,则电容的①端为负,②端为公共端,③端为正,由于②端接地,各瞬时极性如图所示。反馈电压由③端引至三极管的基极,故为正反馈,满足相位条件。

(2)幅度条件:从图可以看出,反馈电压取自电容C2的两端,并通过CB的耦合后加到晶体管的b、e间的,所以改变两个电容C1、C2的大小,就可以调节反馈电压的大小,当满足|AF|>1时,电路便可起振。

3、电路的优缺点

(1)容易起振,振荡频率高,可达100MHz以上。

(2)输出波形较好。这是由于C2对高次谐波的阻抗小,反馈电路中的谐波成份少,故振荡波形较好。

(3)调节频率不方便。因为C1、C2的大小既与振荡频率有关,也与反馈量有关,改变C1(或C2)时会影响反馈系数,从而影响反馈电压的大小,造成工作性能不稳定。

  

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