反馈型LC振荡线路.ppt
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1、封面,返回,7.6 反馈型LC振荡器线路,西藏阿里普兰圣湖玛旁雍错,引言,本页完,引言,LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号,一般在1MHz以上。LC与RC振荡电路产生正弦振荡的原理基本相同,它们在电路组成方面的主要区别是,RC振荡电路的选频网络由电阻和电容组成,而LC振荡电路的选频网络则由电感L和电容C组成。,返回,学习要点,本 节 学 习 要 点 和 要 求,LC正弦波振荡电路,掌握并联LC回路选频作用,掌握变压器反馈式LC振荡电路的工作原理,掌握三点式LC振荡电路的工作原理,返回,主页,LC正弦波振荡电路主页,使用说明:要学习哪部分内容,只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可,按空格
2、键或鼠标左键进入下一页。,结束,LC选频放大电路,变压器反馈式LC正弦波振荡电路,三点式LC正弦波振荡电路,西藏山南雍布拉康,返回,一、LC选频放大电路,一、LC选频放大电路,LC正弦波振荡电路,把一个电感L和电容C以并联的形式接入电路,LC并联电路能够起到选频的作用。其基本原理是:LC并联电路对不同频率的电流具有不同的阻抗特性,从而在回路的输出端输出大小不同的电压。特别是电流中与LC回路的固有谐振频率0相同的频率,LC回路对其的作用更有其特殊性。讨论LC并联回路的选频特性就是从研究LC回路的阻抗Z开始。,LC并联谐振回路,注:为书写方便,凡是相量皆用红色文字表示。,L,R,C,IS,IC,I
3、L,Vo,继续,本页完,LC正弦波振荡电路,1.并联谐振回路(1)并联LC回路的阻抗Z,1、并联谐振回路,(1)并联LC回路的阻抗Z,LC并联谐振回路,注:为书写方便,凡是相量皆用红色文字表示。,L,R,C,IS,IC,IL,Vo,继续,本页完,Z,本知识点学习思路:首先推导出整个LC并联回路的阻抗Z的表达式,然后分析Z的特性是如何随信号频率的变化而变化的,讨论外来频率与LC并联回路固有频率0相同时产生电谐振状态下的特性,总结出选频原理。,Z,L/C,R+j(L,),C,1,一、LC选频放大电路,所谓并联谐振,即外来信号的频率与LC并联回路的固有频率0(与LC的值有关)相同时产生的现象。(类似
4、于讨论力学中的共振),(2)并联谐振 并联回路的谐振频率0,1、并联谐振回路,(1)并联LC回路的阻抗Z,继续,本页完,(2)并联谐振,并联回路的谐振频率0,上式说明,LC并联回路的谐振频率0由电路本身的性质决定,与外部因素无关。,LC正弦波振荡电路,0=,1,f0=,2,1,一、LC选频放大电路,LC并联谐振回路,L,R,C,IS,IC,IL,Vo,Z,LC,LC,当外来信号的某频率0刚好使阻抗表达式中的 0L=1/(0C)即0L-(1/0C)=0时,电路产生谐振,我们把这个频率称为并联谐振频率0。由上式可得出:0=1/LC,谐振阻抗Z0及其特性,1、并联谐振回路,继续,(2)并联谐振,谐振
5、阻抗Z0及其特性,本页完,由阻抗表达式可知:,显然谐振时的阻抗Z0是最大的,并呈纯电阻特性。,LC正弦波振荡电路,谐振时 L-(1/C)=0,Z0,L,RC,一、LC选频放大电路,LC并联谐振回路,L,R,C,IS,IC,IL,Vo,Z,因为Z0式中不含虚部,只有实部,所以呈纯电阻特性。,并联回路的谐振频率0,由于谐振时Zo呈纯电阻特性,所以输出电压Vo 与总电流IS同相。,(1)并联LC回路的阻抗Z,Z0的另外两个表达式,1、并联谐振回路,继续,(2)并联谐振,谐振阻抗Z0及其特性,本页完,Z0的另外两个表达式(推导),Q回路品质因数,一般 在几十至几百之间。,LC正弦波振荡电路,Z0=Q0
6、L,Z0=Q/(0C),一、LC选频放大电路,LC并联谐振回路,L,R,C,IS,IC,IL,Vo,Z,Q的物理意义:评价回路损耗大小的指标,Q越大,回路损耗越小。,(1)并联LC回路的阻抗Z,并联回路的谐振频率0,(3)谐振时|IS|、|IL|、|IC|的关系,1、并联谐振回路,继续,(2)并联谐振,本页完,LC正弦波振荡电路,|IL|IC|=Q|IS|,因为 Q1,所以|IL|IC|IS|,(3)谐振时输入电流|IS|与并联各支路的电流|IL|和|IC|的关系。(推导),一、LC选频放大电路,LC并联谐振回路,L,R,C,IS,IC,IL,Vo,Z,主要是研究几个电流之间的数值关系。,(1
7、)并联LC回路的阻抗Z,LC正弦波振荡电路,(4)回路的频率响应 幅频响应 相频响应,1、并联谐振回路,继续,(4)并联谐振回路的频率响应,幅频响应(推导),相频响应,本页完,|Z|=,Z0,1+(Q,)2,2,0,或,=,|Z|,Z0,1,2,0,=-arc tg Q,一、LC选频放大电路,所谓LC并联回路的频率响应,是研究并联回路的总阻抗Z随信号频率的变化而变化的规律即Z=f(j)。,式中的|Z|为角频率在0+范围(可正可负)内变化时的等效阻抗,2/0为相对失谐量。是表示所讨论的频率偏离0的程度。相对失谐量大即大,说明所讨论的频率偏离0大。=0是讨论=0时的频率。,式中的相角是LC并联回路
8、的输出电压Vo与输入电流IS之间的相位关系,从0、=0和0可判别出LC并联回路的总阻抗Z是属于感性的、纯电阻性的还是容性的。,幅频响应和相频响应的曲线,1、并联谐振回路,继续,(4)并联谐振回路的频率响应,幅频响应,相频响应,幅频响应,Q大,Q小,相频响应,Q大,Q小,本页完,LC正弦波振荡电路,一、LC选频放大电路,(5)通过讨论两曲线总结选频原理 讨论幅频特性曲线 讨论相频特性,一、LC选频放大电路,LC正弦波振荡电路,1、并联谐振回路,继续,(5)选频原理,由幅频响应特性曲线可知:LC并联谐振回路对信号中为0的频率呈现最大阻抗值Z0=L/RC,角频率偏离0越大,|Z|愈小。,由相频响应特
9、性曲线可知:0时,0,LC并联回路的阻抗Z呈感抗性质;=0时(即=0),=0,LC并联回路的阻抗呈纯电阻性质。,幅频响应,相频响应,Q大,Q小,本页完,Q大,Q小,这有利于利用放大电路把信号中的角频率为0的成份选出而把其他的成份抑制掉,这就是选频原理。在选频放大电路的内容里将会体会到其选频的作用。,例如幅频特性曲线越尖锐,对0附近的频率的阻抗就减少得越利害,利用放大电路就可以使0附近的频率成份急剧衰减,选出的频率成份越接近0。,讨论Q值对选频的影响,1、并联谐振回路,继续,(5)选频原理,本页完,谐振曲线的形状还与Q值有关,Q 值越大曲线就越尖锐即变化越快。LC 并联回路的选频特性就越好。,L
10、C正弦波振荡电路,一、LC选频放大电路,幅频响应,相频响应,Q大,Q小,Q大,Q小,一、LC选频放大电路,LC正弦波振荡电路,2.选频放大电路 选频原理,1、并联谐振回路,继续,2、选频放大电路,选频放大电路,本页完,本电路的|AV|,V0,Vo,LC并联谐振回路,其阻抗为Z,三极管的集电极电流Ic在此产生电压Vo。,经变压器Tr2变压得输出电压Vo。,选频放大原理分析:,这是一个共射放大电路,集电极负载是一个LC并联谐振回路,其阻抗为|Z|=f()。,|AV|=,hfe|Z|,hie,因为|AV|Z|,所以|AV|的幅频特性曲线与|Z|的幅频特性曲性形状基本相同。,由曲线可得,本电路对=0的
11、频率,增益|AV|是最大的,对0以外的频率|AV|急剧衰减,这就是选频原理。,V0,5,电路各元件的作用,一、LC选频放大电路,LC正弦波振荡电路,1、并联谐振回路,继续,2、选频放大电路,选频放大电路,本页完,V0,V0,电路各元件作用:,Z,Rb1、Rb2和Re组成分压式射极偏置电路(参考第二章2.3节)利用直流负反馈稳定电路的静态工作点Q。,Ce和Cb均是高频旁路电容。Ce可使Re对交流不起负反馈作用,增大电路的电压放大倍数;Cb使Tr1次级线圈一端(即信号源的一端接地)交流接地。,Tr1次级起到信号源的作用。,Vo,交流等效电路,5,交流接地,Tr2的初级线圈L与C组成LC并联谐振回路
12、,作为共射放大电路的负载起到选频作用。中间抽头有利于实现与次级的阻抗匹配。,vs,LC选频放大电路结束页,一、LC选频放大电路,LC正弦波振荡电路,1、并联谐振回路,继续,2、选频放大电路,选频放大电路,本页完,V0,V0,电路各元件作用:,Z,Rb1、Rb2和Re组成分压式射极偏置电路(参考第二章2.3节)利用直流负反馈稳定电路的静态工作点Q。,Ce和Cb均是高频旁路电容。Ce可使Re对交流不起负反馈作用,增大电路的电压放大倍数;Cb使Tr1次级线圈一端(即信号源的一端接地)交流接地。,Tr1次级起到信号源的作用。,Vo,交流等效电路,5,交流接地,Tr2的初级线圈L与C组成LC并联谐振回路
13、,作为共射放大电路的负载起到选频作用。中间抽头有利于实现与次级的阻抗匹配。,vs,返回,继续,二、变压器反馈式LC振荡电路1、电路形式2、四个基本电路概述,继续,1、电路组成,变压器反馈式LC振荡电路,本页完,2、四个基本电路概述,反馈回路:线圈Lf。,二、变压器反馈式LC振荡电路,基本放大电路:由LC 回路、三极管 T 及 Rb1、Rb2、Re和Ce等组成。,选频回路:由LC并联回路组成。,稳幅环节:利用晶体三极管的非线性特性完成。,LC正弦波振荡电路,3、正反馈相位条件判别,继续,1、电路组成,本页完,2、四个基本电路概述,3、相位平衡条件的判别(是否正反馈的判别),+,-,+,分析思路:
14、正反馈条件的判别仍可沿用负反馈放大电路的瞬间极性法进行分析。假定在输入端输入一个“+”正极性信号,经一系列放大及反馈后回输至输入端,观察其极性是否与原来的输入信号同相。,正反馈,+,LC正弦波振荡电路,二、变压器反馈式LC振荡电路,变压器反馈式LC振荡电路,单击此进入另一种形式的变压器反馈式LC振荡电路相位平衡条件判别过程,4、振荡频率0,继续,1、电路组成,本页完,2、四个基本电路概述,4、振荡频率0,0=,LC,1,上述关系成立的条件是:电路所带的负载比较轻,LC回路的Q值又比较大。这两个条件通常是可以达到的。,3、相位平衡条件的判别,LC正弦波振荡电路,二、变压器反馈式LC振荡电路,振荡
15、频率由LC并联谐振回路的谐振频率决定。,变压器反馈式LC振荡电路,3、相位平衡条件的判别,5、起振条件,继续,1、电路组成,本页完,2、四个基本电路概述,4、振荡频率0,5、起振条件,M 为变压器的互感,R 为折合到LC回路中 与电感串联的等效 损耗电阻,hfe,M,hie RC,hfe 三极管电流放大倍数,LC正弦波振荡电路,二、变压器反馈式LC振荡电路,当振荡电路一接通电源后,电路要符合|AF|1,电路才能起振,利用这个条件再结合电路的一些参数可推出起振条件,由于推导过程较为繁复,此处不作推导,同学们若有兴趣可自行参考童诗白编模拟电子技术基础。,变压器反馈式LC振荡电路,6、振荡的建立和稳
16、定(1)振荡的建立,继续,起振过程图解,本页完,5、振荡的建立和稳定,(1)振荡的建立,接通电源,阶跃信号存在着丰富的 谐波(即丰富的正弦信号),其中0的成份被LC并联回路选出,由Lf正反馈回基极,经放大器放大,再正反馈,不断循环,使输出的正弦波电压不断增大,即振荡不断加强。,在此过程中有|AF|1.,0,通过不断循环的正反馈,0成份的信号不断被增强,振荡建立(即起振)起来。,LC正弦波振荡电路,二、变压器反馈式LC振荡电路,(2)振荡的稳定,继续,稳定振荡过程图解(请单击此),本页完,5、振荡的建立和稳定,(1)振荡的建立,振荡稳定后有|AF|=1。,0,(2)振荡的稳定,LC正弦波振荡电路
17、,二、变压器反馈式LC振荡电路,二、变压器反馈式LC振荡电路,LC正弦波振荡电路,变压器反馈LC振荡器结束页,继续,稳定振荡过程图解(请单击此),本页完,0,5、振荡的建立和稳定,(1)振荡的建立,振荡稳定后有|AF|=1。,(2)振荡的稳定,返回,继续,三、三点式LC振荡电路1、构成三端式振荡电路的原则,LC正弦波振荡电路,继续,三、三点式LC振荡电路,1、构成三端式振荡电路的原则,谐振时,LC回路呈纯电阻性质,此时右图电路的输入和输出之间的相位关系是,Vo-Vi(相位差为A=),以下讨论X1、X2、X3是什么性质的元器件和怎样搭配才能使反馈是正反馈。,显然必须使Vf-Vo(相位差为f=),
18、才能实现Vf Vi(正反馈,即符合相位平衡条件)。,此时Vf与Vi间的相位差为=A+f=2,所谓三点式LC振荡器就是LC回路由三个容性和感性元件X1、X2、X3组成(如上图中点划线框围成部分),三极管的三个极分别与LC回路的三个端点相连接。X1、X2、X3组成的回路既是选频回路同时亦是正反馈回路。,本页完,注意:下面讨论的规律只适用于交流状态下。,输入Vi,反相输出Vo,Vf必须是正反馈,那么Vf与Vo间的相位关系应如何?,Vf必须与Vo反相,才是正反馈,原则一的推导,1、构成三端式振荡电路的原则,继续,本页完,F=,Vf,Vo,=-,jX2 I,jX1 I,由此推论反馈系数F应是,=-,X2
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