LC正弦振荡器通常用LC并联谐振回路作为选频网络,所以,其振荡频率即为谐振频率。
根据电路原理,回路总阻抗:
① 谐振时。
② 电路谐振时,回路呈现纯阻特性,且阻抗最大。
③ 电路谐振时,谐振电流比外电路的电流大得多,所以可以略去外电路的影响。
④ 电路谐振时的谐振特性和品质因数Q,。
可见,Q越高,选频特性越好。(这和收音机中的选择性好坏相一致)在LC正弦波振荡器中,由于增益大,环路增益大于1的条件很容易满足,因此只要保证其满足正反馈(即相位条件)就能振荡。电路类型有电感反馈式和变压器反馈等几种。
一、变压器反馈式正弦波振荡器
例有以下三个变压器反馈式的电路,试分析能否产生正弦振荡?
解 :(a)电路在谐振频率下,Cb和Ce都可视作短路。因此用瞬时极性法,可得反馈到基极的信号与原输入同相,即满足相位条件。是一个正弦波振荡器。
(b) 电路是一个共射电路组成的正弦振荡电路。同样在谐振时, Cb和Ce都可视作短路,由瞬时极性分析,同样满足相位条件,所以,也能产生正弦振荡。
(c)电路是共基正弦波振荡器,反馈信号从发射极注入,由瞬时极性同样得到是一个正弦波产生电路。
二、三点式LC正弦波发生器
三点式是指:LC并联谐振电路的三个引出端分别与三极管的三个电极(或运算放大器的三个端子)相连接,然后组成振荡器。在略去电源及偏置电路后,三点式振荡器的基本电路结构如图所示。
Z1、Z2、Z3是谐振电路的三个电抗,它们可以是电容和电感元件。根据谐振电路和和间的矢量关系可以证明:当Z1、Z2同为电感或电容),而Z3为电容(或电感)时,相位反相,(即)才能满足正反馈的相位要求,(即)。
三点式有电感三点式和电容三点式两种:
⑴电感三点式LC正弦振荡器
假定基极的瞬时极性为正,则谐振回路极性是上负下正,反馈到基极的信号同相位,即为正,所以为正反馈,能产生正弦振荡。电感三点式非常容易起振,但波形不理想。其振荡频率仍是并联谐振回路决定为:
⑵电容三点式LC正弦振荡器
可见,在射极注入正极性的电压后,并联谐振回路产生上正下负的瞬时极性,所以反馈回到射极的极性仍为正,满足正反馈的相位要求,电路能产生正弦振荡。振荡频率为:
该电路的优点是波形好,原因是反馈信号取自电容两端,不含有高次谐波。缺点是不是起振。
三、振荡电路中的稳幅和稳频问题
⑴ 要求振荡频率稳定,应选用高质量的电感L和电容C,提高谐振回路的Q值。在频率高稳定要求场合,可用石英晶体振荡器。
⑵ 振荡幅度稳定,基本思路是使环路增益能自动地维持在1上(即=1), 这可在电路中设置稳幅电路实现,如下面的两种情况。
反馈系数F不变时,用调节增益A来自动稳幅(即使=1)稳幅环节设在A中假如放大器振荡时,其输出在Vo1中。如放大器因某种原因使输出Vo增大时,放大器的增益下降,反之增益增加。
增益A不变时,用调节反馈系数F来自动稳幅(即使=1)
稳幅环节设在F中利用器件的非线性特性实现稳幅的说明(以电感三点式为例说明)。
稳幅过程:开始起振时,因振幅小,信号正负半周对电容的充放电基本相等,VBQ电压基本不变,电路以正反馈使振荡加强输出幅变增大。当幅度大到一定程度,反馈信号也增大,在正半周时,Cb放电快(VBE正偏时电阻和R`并联),使VBQ下降,rbe变大,A下降,从而使输出幅度变小。反之,也一样,使输出幅度增大,达到稳幅的目的。
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