如何读懂电路图-LC 振荡器

本文深入解析了LC振荡器的工作原理及其三种常见电路形式:变压器反馈LC振荡电路、电感三点式振荡电路和电容三点式振荡电路。详细介绍了每种电路的特点、频率范围、起振条件以及振荡频率计算公式。

如何读懂电路图-LC 振荡器

LC 振荡器的选频网络是LC 谐振电路。它们的振荡频率都比较高,常见电 路有3 种。

( 1 )变压器反馈LC 振荡电路

变压器反馈LC 振荡电路

图1 ( a )是变压器反馈LC 振荡电路。晶体管VT 是共发射极放大器。 变压器T 的初级是起选频作用的LC 谐振电路,变压器T 的次级向放大器输入 提供正反馈信号。接通电源时, LC 回路中出现微弱的瞬变电流,但是只有频率 和回路谐振频率f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压,这个电压通 过变压器初次级L1 、L2 的耦合又送回到晶体管V 的基极。从图1 ( b ) 看到,只要接法没有错误,这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的,也 就是说,它是正反馈。因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。

变压器反馈LC 振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但频率稳定度 不高。它的振荡频率是: f 0 =1 / 2π LC 。常用于产生几十千赫到几十兆赫 的正弦波信号。

( 2 )电感三点式振荡电路

电感三点式振荡电路

图2 ( a )是另一种常用的电感三点式振荡电路。图中电感L1 、L2 和 电容C 组成起选频作用的谐振电路。从L2 上取出反馈电压加到晶体管VT 的 基极。从图2 ( b )看到,晶体管的输入电压和反馈电压是同相的,满足相位 平衡条件的,因此电路能起振。由于晶体管的3 个极是分别接在电感的3 个点 上的,因此被称为电感三点式振荡电路。

电感三点式振荡电路的特点是:频率范围宽、容易起振,但输出含有较多高 次调波,波形较差。它的振荡频率是:f 0 =1/2π LC ,其中L=L1 + L2 + 2M 。 常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。

( 3 )电容三点式振荡电路

电容三点式振荡电路

还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路,见图3 ( a )。图中电 感L 和电容C1 、C2 组成起选频作用的谐振电路,从电容C2 上取出反馈电 压加到晶体管VT 的基极。从图3 ( b )看到,晶体管的输入电压和反馈电压 同相,满足相位平衡条件,因此电路能起振。由于电路中晶体管的3 个极分别 接在电容C1 、C2 的3 个点上,因此被称为电容三点式振荡电路。

电容三点式振荡电路的特点是:频率稳定度较高,输出波形好,频率可以高 达100 兆赫以上,但频率调节范围较小,因此适合于作固定频率的振荡器。它 的振荡频率是: f 0 =1/2π LC ,其中C= C 1 C 2 C 1 +C 2 。

上面3 种振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振 荡器增益较高,容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。 共基极接法的振荡器振荡频率比较高,而且频率稳定性好。


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### LC振荡器电路原理图设计方法 LC振荡器一种利用电感(L)和电容(C)的谐振特性来生成正弦波信号的电路。其核心原理是通过LC谐振回路实现能量在电场和磁场之间的周期性转换,从而形成稳定的正弦波输出[^1]。以下是关于LC振荡器电路原理图设计的一些关键点: #### 1. LC振荡器的基本组成 LC振荡器主要由以下部分构成: - **LC谐振回路**:这是产生振荡的核心组件,由电感(L)和电容(C)组成,用于存储和交换电磁能量。 - **放大器**:为了维持振荡,需要一个具有足够增益的放大器来补偿电路中的能量损耗。 - **反馈网络**:将一部分输出信号反馈到输入端,以确保满足自激振荡条件。 #### 2. 振荡条件 根据巴克豪森准则,LC振荡器必须满足以下两个条件才能实现自激振荡: - **幅值条件**:反馈到输入端的信号幅度必须等于或大于输入信号的幅度。 - **相位条件**:反馈到输入端的信号与输入信号之间必须相差360°(或0°)。 #### 3. 常见LC振荡器类型 常见的LC振荡器有以下几种: - **克拉泼振荡器(Clapp Oscillator)**:通过增加额外的电容来调节频率稳定性。 - **考毕兹振荡器(Colpitts Oscillator)**:利用分压电容网络提供反馈信号。 - **哈特莱振荡器(Hartley Oscillator)**:利用串联电感网络提供反馈信号。 #### 4. 设计步骤 以下是设计LC振荡器电路原理图的一般方法: - **确定频率范围**:根据应用需求选择合适的LC值,计算公式为 \( f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \)。 - **选择振荡器类型**:根据具体应用场景选择适合的LC振荡器拓扑结构。 - **设计反馈网络**:确保满足相位和幅值条件。 - **选择元件参数**:根据理论计算选择合适的电感、电容和电阻值。 - **仿真验证**:使用Multisim、LTspice等仿真工具验证电路性能。 #### 5. 示例电路 以下是一个简单的考毕兹振荡器电路示例: ```python import numpy as np # 参数定义 L = 1e-3 # 电感值 (H) C1 = 1e-9 # 分压电容之一 (F) C2 = 2e-9 # 分压电容之二 (F) # 计算振荡频率 f0 = 1 / (2 * np.pi * np.sqrt(L * (C1 + C2))) print(f"振荡频率: {f0:.2f} Hz") ``` #### 6. 多功能仿真工具 可以通过Multisim软件对上述电路进行仿真验证。Multisim提供了直观的界面和强大的分析功能,能够帮助用户快速验证LC振荡器的设计是否符合预期[^1]。
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