LC振蕩電路,是指用電感L、電容C組成選頻網絡的振蕩電路,用于產生高頻正弦波信號,常見的LC正弦波振蕩電路有變壓器反饋式LC振蕩電路、電感三點式LC振蕩電路和電容三點式LC振蕩電路。LC振蕩電路的輻射功率是和振蕩頻率的四次方成正比的,要讓LC振蕩電路向外輻射足夠強的電磁波,必須提高振蕩頻率,并且使電路具有開放的形式。
LC振蕩電路運用了電容跟電感的儲能特性,讓電磁兩種能量交替轉化,也就是說電能跟磁能都會有一個最大最小值,也就有了振蕩。不過這只是理想情況,實際上所有電子元件都會有損耗,能量在電容跟電感之間互相轉化的過程中要么被損耗,要么泄漏出外部,能量會不斷減小,所以實際上的LC振蕩電路都需要一個放大元件,要么是三極管,要么是集成運放等數電LC,利用這個放大元件,通過各種信號反饋方法使得這個不斷被消耗的振蕩信號被反饋放大,從而最終輸出一個幅值跟頻率比較穩定的信號。頻率計算公式為T=2π√(LC),其中f為頻率,單位為赫茲(Hz);L為電感,單位為亨利(H);C為電容,單位為法拉(F)。
LC振蕩電路特點與分析方法:
特點:共射變壓器耦合式振蕩器功率增益高,容易起振,但由于共發射極電流放大系數B隨工作頻率的增高而急劇降低,故共振蕩幅度很容易受到振蕩頻率大小的影響,因此常用于固定頻率的振蕩器。
分析方法:LC電磁振蕩過程涉及的物理量較多,且各個物理量變化也比較復雜。實際分析過程中,如果注意到電場量(電場能、電荷量、電壓、電場強度)和磁場量(磁場能、電流強度、磁感應強度)的異步變化,電場量、磁場量各自的同步變化,充分利用包含電場能、磁場能在內的能量守恒,由能量變化輻射其他物理變化,就可快速地弄清各物理量的變化情況,判斷電路所處的狀態。
LC振蕩電路工作原理:
開機瞬間產生的電擾動經三極管V組成的放大器放大,然后由LC選頻回路從眾多的頻率中選出諧振頻率f0。并通過線圈L1和L2之間的互感耦合把信號反饋至三極管基極。設基極的瞬間電壓極性為正。經倒相集電壓瞬時極性為負,按變壓器同名端的符號可以看出,L2的上端電壓極性為負,反饋回基極的電壓極性為正,滿足相位平衡條件,偏離f0的其它頻率的信號因為附加相移而不滿足相位平衡條件,只要三極管電流放大系數B和L1與L2的匝數比合適,滿足振幅條件,就能產生頻率f0的振蕩信號。
LC串并聯電路的認識:
在LC電路中,感抗和容抗相等時對應的頻率值稱為諧振頻率,如下圖1所示。在接收廣播電視信號或無線通信信號時,使接收電路的頻率與所選擇的廣播電視臺或無線電臺發射的信號頻率相同就叫做調諧。
圖1 感抗與容抗曲線
LC串聯諧振電路的特點:
LC串聯諧振電路是指將電感器和電容器串聯后形成的,且為諧振狀態(關系曲線具有相同的諧振點)的電路,如圖2所示。在串聯諧振電路中,當信號接近特定的頻率時,電路中的電流達到最大,這個頻率稱為諧振頻率。
圖2 LC串聯諧振電路及電流和頻率的關系曲線
不同頻率信號通過LC串聯電路的條件如圖3所示。由圖可知,當輸入信號經過LC串聯電路時,根據電感器和電容器的特性,信號頻率越高電感的阻抗越大,而電容的阻抗則越小,阻抗大則對信號的衰減大,頻率較高的信號通過電感會衰減很大,而直流信號則無法通過電容器。當輸入信弓的頻率等于LC諧振的頻率時,LC串聯電路的阻抗最小。此頻率的信號很容易通過電容器和電感器輸出。此時LC串聯諧振電路起到選頻的作用。
圖3 信號流過LC串聯電路
LC并聯諧振電路的特點:
LC并聯諧振電路是指將電感器和電容器并聯后形成的,如圖4所示,在并聯諧振電路中,如果線圈中的電流與電容中的電流相等,則電路就達到了并聯諧振狀態。在該電路中,除了LC并聯部分以外,其他部分的阻抗變化幾乎對能量消耗沒有影響。因此,這種電路的穩定性好,比串聯諧振電路應用得更多。
圖4 LC并聯諧振電路及電流和頻率的關系曲線
圖5所示為不同頻率的信號通過LC并聯諧振電路時的狀態,當輸入信號經過LC并聯諧振電路時,同樣根據電感器和電容器的阻抗特性,較高頻率的信號則容易通過電容器到達輸出端,較低頻率的信號則容易通過電感器到達輸出端。由于LC回路在諧振頻率fo處的阻抗最大,諧振頻率點的信號不能通過LC并聯振蕩電路。
圖5 信號流過LC并聯電路
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