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LC正弦波振荡电路和计算公式以及电路分析

低压电路 | 发布时间:2017-06-29 | 人气: | #评论# | 本文关键字:LC,振荡电路,谐振
摘要:针对前面文章已经介绍LC振荡电路的基本组成,本文为您介绍LC振荡电路的定义、LC并联振荡回路的选频特、振荡条件、频率分析等等

LC振荡电路的定义

  LC振荡电路,是指用电感L、电容C组成选频网络的振荡电路,用于产生高频正弦波信号,常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路、电感三点式LC振荡电路和电容三点式LC振荡电路。LC振荡电路的辐射功率是和振荡频率的四次方成正比的,要让LC振荡电路向外辐射足够强的电磁波,必须提高振荡频率,并且使电路具有开放的形式。

  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。

  lc正弦波振荡电路的定义和计算公式以及电路分析

  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

  lc正弦波振荡电路的定义和计算公式以及电路分析

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  由图可见,当该电路由恒流源供电,当电源为某一频率(f)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。

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  5. 并联谐振的特点 当Q》》1时,在LC谐振回路中,

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  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,

  变压器反馈式 LC 振荡电路

  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。

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  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。

  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

  电感三点式振荡电路

  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。

  lc正弦波振荡电路的定义和计算公式以及电路分析

  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。

  .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。

  电容三点式振荡电路

  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。

  lc正弦波振荡电路的定义和计算公式以及电路分析

  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。

  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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