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[经验] LC振荡器教程(基本电路、反馈计算、频率分析)

2019-8-13 10:05:09  357 LC振荡电路 反馈 阻尼振荡
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振荡器将直流输入(电源电压)转换为交流输出(波形),其可具有各种不同的波形和频率,可以是复杂的,也可以是简单的正弦波,具体取决于应用。
<span]振荡器还用于许多测试设备中,产生正弦波正弦波,方波,锯齿波或三角波形或只有一系列可变或恒定宽度的脉冲。LC振荡器通常用于射频电路,因为它们具有良好的相位噪声特性和易于实现。
一个振荡器基本上是用“正反馈”,或回馈(同相)和电子电路设计中的许多问题之一,而试图让振荡器振荡是由振荡停止放大器的放大器。
<span]振荡器工作是因为它们通过以所需频率将DC能量施加到该谐振器电路中,以相同电路中的电容器,电感器或两者的形式克服了它们的反馈谐振器电路的损耗。换句话说,振荡器是使用正反馈的放大器,其在不使用输入信号的情况下产生输出频率。
因此,振荡器是自持电路,以精确的频率产生周期性输出波形,并且对于任何电子电路作为振荡器工作,它必须具有以下三个特性。
  • 某种形式的放大
  • 正反馈(再生)
  • 频率确定反馈网络
<span]振荡器具有一个小信号反馈放大器,其开环增益等于或稍大于一个振荡开始,但是为了继续振荡,平均环路增益必须返回到单位。除了这些电抗元件之外,还需要诸如运算放大器或双极晶体管的放大装置。
与放大器不同,不需要外部AC输入来使振荡器工作,因为振荡器将DC电源能量转换为所需频率的AC能量。
基本振荡器反馈电路
<span]

其中:<span]
振荡器获得反馈

<span]振荡器是以所需频率产生连续电压输出波形的电路,其中电感器,电容器或电阻器的值形成频率选择LC谐振回路电路和反馈网络。该反馈网络是衰减网络,其增益小于1(β<1)并且当Aβ> 1时开始振荡,一旦振荡开始,其返回到单位(Aβ= 1)。
LC振荡器频率使用调谐或谐振电感/电容(LC)电路控制,其结果输出频率称为振荡频率。通过使振荡器反馈反应网络,反馈的相位角将随频率而变化,这称为相移。
<span]基本上有各种类型的振荡器
  • 1.正弦振荡器   - 这些被称为谐波振荡器,通常是“LC调谐反馈”或“RC调谐反馈”型振荡器,可产生恒定幅度和频率的纯正弦波形。
  • 2.非正弦振荡器   - 这些被称为弛豫振荡器,产生复杂的非正弦波形,从一种稳定状态到另一种稳定状态变化很快,如“方波”,“三角波”或“锯齿波”类型波形。
振荡器共振
当恒定电压但频率变化被施加到由电感器,电容器和电阻器组成的电路时,电容器/电阻器和电感器/电阻器电路的电抗将改变输出信号的幅度和相位,输入信号由于所用元件的电抗。
<span]在高频时,电容器的电抗非常低,起到短路的作用,而电感器的电抗很高,起到开路的作用。在低频时反之亦然,电容器的电抗充当开路,电感器的电抗充当短路。
在这两个极端之间,电感和电容的组合产生一个“调谐”或“谐振”电路,它具有谐振频率,(<span]

该电路由感应线圈<span]现在,充电电容器并联连接在电感线圈上,因此电容器开始通过线圈自身放电。当通过线圈的电流开始上升时,C两端的电压开始下降。
该上升电流在线圈周围建立电磁场,抵抗这种电流。当电容器<span]由于电路中现在没有外部电压来维持线圈内的电流,因此随着电磁场开始崩溃,电路开始下降。在线圈中感应出反电动势(e = -Ldi / dt),保持电流沿原始方向流动。
该电流对电容器<span]最初通过开关引入电路的能量已经返回到电容器,电容器上再次具有静电电压,尽管它现在具有相反的极性。电容器现在开始通过线圈再次放电,并重复整个过程。当电能在电容器和电感器之间来回传递时,电压的极性发生变化,产生AC型正弦电压和电流波形。
然后,该过程形成LC振荡器振荡电路的基础,理论上,这种循环来回将无限期地继续。然而,事情是不完美的,每次能量从电容器转移,<span]如果不是电路内的能量损失,那么在电容器C和电感器L之间来回传递能量的这种振荡动作将无限地继续。在电感器线圈的DC或实际电阻,电容器的电介质中以及来自电路的辐射中电能损失,因此振荡稳定地减小,直到它们完全消失并且过程停止。
然后在实际的<span]

振荡电压的频率取决于<span]如果我们现在将用于对所述电容器的电容性电抗的曲线的顶部的电感器的电感性电抗曲线,使得两条曲线是在相同的频率轴,交点会给我们的谐振频率点,(  ƒ - [R或ωr  )如下图所示。
共振频率

<span]其中:ƒ - [R的单位是赫兹,大号是在亨利和Ç单位是法拉。
然后,这将发生的频率如下:
<span]

然后,通过简化上面的公式,我们得到的最终方程共振频率,<span]该等式表明,如果L或C减小,则频率增加。该输出频率通常给出(的缩写  ƒ - [R  )来标识它作为“谐振频率”。
为了保持<span]如果替换的能量太大,则振幅将增加,直到发生供电轨的削波。或者,如果替换的能量太小,则振幅最终将随时间减小到零并且振荡将停止。
更换这种损失能量的最简单方法是从<span]为了产生恒定的振荡,必须精确控制反馈到LC网络的能量水平。然后,当幅度试图从参考电压向上或向下变化时,必须有某种形式的自动幅度或增益控制。
为了保持稳定的振荡,电路的总增益必须等于1或1。任何更少的振荡将不会开始或消失为零,振荡将会发生,但振幅将被供电轨限制,从而导致失真。考虑下面的电路。
基本晶体管LC振荡器电路
<span]

双极晶体管用作LC振荡器放大器,调谐<span]在两个电路之间存在“互感”,并且在一个线圈电路中流动的变化电流通过电磁感应在另一个线圈电路中感应出电势电压(变压器效应),从而在调谐电路中发生振荡,电磁能量从线圈传输L到线圈L2并且在晶体管的基极和发射极之间施加与调谐电路中的频率相同的电压。以这种方式,必要的自动反馈电压被施加到放大晶体管。
可以通过改变两个线圈<span]因此,我们必须在收集器和基座之间的反馈路径中引入额外的180 °相移。这是通过将L2线圈相对于线圈L以正确的方向缠绕来实现的,从而为振荡器电路提供正确的幅度和相位关系,或者通过在放大器的输出和输入之间连接相移网络来实现。
因此,LC振荡器是“正弦振荡器”或“谐波振荡器”,因为它更常被称为“振荡振荡器”。LC振荡器可以产生高频正弦波,用于射频(RF)型应用,晶体管放大器是双极晶体管或FET。
<span]谐波振荡器有许多不同的形式,因为有许多不同的方法来构建LC滤波器网络和放大器,最常见的是Hartley LC振荡器,Colpitts LC振荡器,ARMstrong振荡器和Clapp振荡器等等。
LC振荡器示例No1
200mH的电感和10pF的电容并联连接在一起以形成LC振荡器振荡电路。计算振荡频率。
<span]

然后我们可以从上面的例子中看出,通过减小电容,<span]LC振荡器谐振回路电路所需的基本条件如下。
  • 为了存在振荡,振荡器电路必须包含无功(频率相关)分量,“电感”,(L)或“电容”,(C)以及直流电源。
  • 在简单的电感器 - 电容器LC电路中,由于元件和电路损耗,振荡会随着时间的推移而衰减。
  • 需要电压放大来克服这些电路损耗并提供正增益。
  • 放大器的总增益必须大于1,单位。
  • 通过将一些输出电压反馈到具有正确幅度和同相(0 o)的调谐电路,可以保持振荡。
  • 振荡只能在反馈为“正”(自我再生)时发生。
  • 电路的整体相移必须为零或360 o,以便来自反馈网络的输出信号与输入信号“同相”。



王栋春 2019-8-13 22:38:30
学习一下  平时用不到 都忘了
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