LC振荡器基础知识反馈电路及频率案例

振荡器是以精确频率产生连续周期波形的电子电路

振荡器转换直流输入（电源电压） ）交流输出（波形），可以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。

振荡器也用于许多测试设备产生正弦波正弦波，方波，锯齿波或三角波形或只是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。

振荡器基本上是一个放大器“正反馈”或再生反馈（同相）和电子电路设计中的许多问题之一是阻止放大器振荡，同时试图使振荡器振荡。

振荡器工作是因为它们克服了损耗通过以所需频率将DC能量施加到该谐振器电路中，它们的反馈谐振器电路或者以电容器，电感器或两者的形式存在于同一电路中。换句话说，振荡器是一种放大器，它使用正反馈产生输出频率而不使用输入信号。

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，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征。

某种形式的放大

正反馈（再生）

频率确定反馈网络

振荡器具有带开环的小信号反馈放大器对于振荡开始，增益等于或略大于1，但是为了继续振荡，平均环路增益必须返回到1。除了这些无功元件外，还需要一个放大器件，如运算放大器或双极晶体管。

与放大器不同，不需要外部交流输入使振荡器工作，因为直流电源能量是由振荡器转换为所需频率的交流能量。

基本振荡器反馈电路

其中：β是反馈分数。

振荡器增益无反馈

具有反馈的振荡器增益

振荡器是产生连续电压输出波形的电路在所需频率下，电感器，电容器或电阻器的值形成频率选择LC谐振回路和反馈网络。该反馈网络是一个衰减网络，其增益小于1（β<1 ），当Aβ> 1 时会开始振荡，返回到1（Aβ一旦振荡开始，则= 1 。

使用调谐或谐振电感/电容（LC）电路控制LC振荡器频率，产生的输出频率称为振荡频率。通过使振荡器反馈一个反应网络，反馈的相位角将随频率而变化，这称为相移。

基本上有振荡器

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，可产生幅度恒定的纯正弦波形和频率。

2。非正弦振荡器 - 这些被称为弛豫振荡器并产生复杂的非正弦波形，从一个稳定状态到另一个稳定状态变化很快，如“方波”，“三角形” -wave“或”Sawtoothed-wave“型波形。

振荡器共振

当一个恒定电压但频率变化的电压施加到由电感器组成的电路时，电容器和电阻器电容器/电阻器和电感器/电阻器电路的电抗是由于所用元件的电抗而与输入信号相比改变输出信号的幅度和相位。

在高频时，电容器的电抗非常低，起到短路的作用，而电感器的电抗作为开路则很高。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了具有谐振频率，（ƒr）的“调谐”或“谐振”电路，其中电容和电感电抗相等并相互抵消，仅留下电阻电路反对电流。这意味着没有相移，因为电流与电压同相。考虑下面的电路。

基本LC振荡器储能电路

电路由以下部分组成：感应线圈， L 和电容， C 。电容器以静电场的形式存储能量并且在其板上产生电势（静态电压），而电感线圈以电磁场的形式存储其能量。将开关置于 A 位置，电容器充电至直流电源电压 V 。当电容器充满电时，开关变为位置 B 。

现在，充电电容器并联连接在感应线圈上，因此电容器开始通过线圈自行放电。当通过线圈的电流开始上升时， C 上的电压开始下降。

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 C 完全放电时，原先存储在电容器中的能量 C 作为静电场现在存储在感应线圈中， L 作为线圈绕组周围的电磁场。

由于电路中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。

此电流充电电容， C 与原始电荷极性相反。 C 继续充电，直到电流减小到零并且线圈的电磁场完全崩溃。

最初通过开关引入电路的能量已经返回虽然它现在具有相反的极性，但电容器上再次具有静电电压电位。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。

这个过程构成了LC振荡器储能电路的基础，理论上这种来回的循环将无限期地持续下去。然而，事情并不完美，每次能量从电容器传输， C 到电感器， L 并从 L 返回到 C 发生一些能量损失，随着时间的推移将振荡衰减到零。

如果不是电路内的能量损失，那么在电容器之间来回传递能量的振荡动作 C 到电感器 L 将无限期地继续。电感器线圈的直流或实际电阻，电容器的电介质以及电路的辐射中的电能都会丢失，因此振荡会逐渐减小，直到它们完全消失并且过程停止。

然后在实际的 LC 电路中，振荡电压的幅度在振荡的每个半周期减小，并最终消失为零。然后，振荡被称为“阻尼”，阻尼量由电路的质量或Q因子决定。

阻尼振荡

振荡电压的频率取决于 LC 储能电路中的电感和电容值。我们现在知道，为了在谐振电路中发生谐振，必须有一个频率点是 X C 的值，电容电抗与 X L 的值相同，感应电抗（ X L = X C ）并因此相互抵消，只留下电路中的直流电阻以抵抗电流的流动。

如果我们现在将电感的感抗电阻曲线放在上面对于电容器的容抗电阻曲线，使两条曲线在同一频率轴上，交点将给出谐振频率点，（ƒ r 或ωr）如下所示。

共振频率

其中：ƒ r 以赫兹为单位， L 位于Henries中， C 以法拉为单位。

然后发生这种情况的频率如下：

然后通过简化上面的等式，我们得到了调谐中谐振频率，ƒ r 的最终等式 LC 电路如下：

LC振荡器的谐振频率

其中：

L 是亨利的电感

C 是法拉的电容

ƒ r 是以赫兹为单位的输出频率

此等式表示如果 L 或 C 减少，频率增加。此输出频率通常以（ƒ r ）的缩写形式将其标识为“共振频率”。

保持振荡进入在 LC 储能电路中，我们必须更换每次振荡中的所有能量损失，并将这些振荡的幅度保持在恒定水平。因此，替换的能量必须等于每个循环期间的能量损失。

如果更换的能量太大，振幅将增加，直到电源轨发生削波。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 LC 槽路中获取部分输出，将其放大，然后再将其反馈回 LC 电路。使用运算放大器，FET或双极晶体管作为其有源器件的电压放大器可以实现该过程。但是，如果反馈放大器的环路增益太小，所需的振荡衰减到零，如果太大，则波形会变形。

产生恒定振荡，能量水平必须准确控制反馈到 LC 网络。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或团结。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

双极晶体管是用作LC振荡器放大器，调谐 LC 槽路电路用作集电极负载。另一个线圈 L2 连接在晶体管的基极和发射极之间，其电磁场与线圈 L 的电磁场“相互”耦合。

“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位电压（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频率相同的电压。通过这种方式，必要的自动反馈电压被施加到放大晶体管。

通过改变两个线圈 L 和 L2 。当电路振荡时，其阻抗是电阻性的，集电极和基极电压是180° o 异相。为了保持振荡（称为频率稳定性），施加到调谐电路的电压必须与调谐电路中发生的振荡“同相”。

因此，我们必须引入额外的180 o 相移到收集器和基座之间的反馈路径。这是通过将 L2 的线圈绕相对于线圈 L 的正确方向缠绕来实现的，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。

LC振荡器因此是“正弦振荡器”或“谐波振荡器”，因为它更多俗称。 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。

谐波振荡器有许多不同的形式，因为有许多不同的方式构建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振荡器仅举几例。

LC振荡器示例No1

200mH的电感和10pF的电容并联连接在一起，形成LC振荡振荡电路。计算振荡频率。

然后我们可以从上面的例子中看出，通过减少任一值电容 C 或电感 L 会产生增加LC振荡电路振荡频率的效果。

LC振荡器概述

LC振荡器谐振回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一个“电感”，（ L ）或“电容器”的无功（频率相关）分量，（ C

在简单的电感电容LC电路中，由于元件和电路的损耗，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。 / li>

通过将一些输出电压反馈到具有正确幅度和同相的调谐电路（0 o ），可以保持振荡。

振荡只有在反馈为“正”时才会发生（sel f-regeneration）。

电路的整体相移必须为零或360 o ，以便反馈网络的输出信号为“in相位“输入信号。

在下一个关于振荡器的教程中，我们将研究一种最常见的LC振荡器电路的操作，该电路使用两个电感线圈形成一个中心抽头谐振回路中的电感。这种类型的LC振荡器电路通常称为Hartley振荡器。