LC正弦波振荡电路

LC正弦波振荡电路

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）

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。