LC正弦波振荡电路振荡的判断方法.docx

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LC正弦波振荡电路振荡的判断方法

高频电子线路课程论文

论文题目：

LC正弦波振荡电路的分析

学生：

何涛

学科专业：

微电子技术

学号：

201202021014

指导教师：

万云

日期：

2014年11月12日

目录

目录2

摘要3

一.振荡器4

1.1什么是振荡器4

1.2振荡器的相关知识4

1.2.1振荡器的分类4

1.2.2正弦波振荡器的应用4

1.3反馈式振荡器的原理知识5

二.正弦波振荡器振幅条件的判定方法5

三.LC正弦波振荡电路相位条件的判定方法7

3.1变压器耦合振荡器7

3.1.1什么是变压器的同名端7

3.1.2变压器耦合振荡器8

3.2三点式振荡器9

四.判断三点式振荡器是否满足相位条件的简单方法10

4.1晶体管极间支路电抗特性的分析10

4.1.1LC串联、并联支路的电抗特性11

4.2判断方法的实例应用12

五.结论13

参考文献14

摘要

本文主要对LC正弦波振荡电路能否振荡的判断方法进行了浅要分析。

当振荡电路同时满足起振的振幅条件和相位条件时就能产生振荡。

于是本文主要阐述了正弦波振荡电路振幅条件的判定方法和LC正弦波振荡电路相位条件的判定方法。

针对较复杂的三点式振荡器相位条件的辨别，通过对晶体管极间支路的电抗性质进行较全面的分析，并作出总结，之后利用这些结论，可使判断过程大大简化。

关键词：

LC正弦波振荡电路；振幅条件；相位条件；电抗性质

一.振荡器

1.1什么是振荡器

不需外加输入信号，便能自行产生输出信号的电路称为振荡器。

1.2振荡器的相关知识

1.2.1振荡器的分类

按照所产生的波形，振荡器可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。

按照产生振荡的工作原理，振荡器可分为反馈式振荡器和负阻式振荡器。

所谓反馈式振荡器是利用正反馈原理构成的振荡器，是目前最广泛的一类振荡器。

所谓负阻式振荡器是利用具有负阻特性的器件构成的振荡器，在这种电路中，负阻起的作用，是将振荡回路正阻抵消以维持等幅振荡。

1.2.2正弦波振荡器的应用

正弦波振荡器的应用大致可分为两类：

一类是频率输出，另一类是功率输出。

所谓频率输出是指，用正弦波振荡器产生具有准确而稳定的频率的电信号。

它的应用范围极为广泛。

例如，在无线电通信、广播、电视发射机中，用来产生所需的载波信号；在超外差接收机中，用来产生本地振荡信号；在各种无线电测量仪器中，用作各种频段的正弦波信号源；在数字系统中，用作时钟信号源；作为时间基准，用于定时器、时标、电子钟表，等等。

很明显，在这一类应用中输出信号频率的准确和稳定是主要的性能指标，对输出功率的要求则不是主要的。

在功率输出类中，正弦波振荡器用作高频功率源，如工业用的高频加热设备和医用的电疗仪器等。

在这一类应用中，高效率输出大功率则是对它的主要要求，而对振荡频率的准确、稳定不必苛求。

1.3反馈式振荡器的原理知识

1．反馈式正弦波振荡器是最常见的一种振荡器，它是由放大器、选频网络和反馈网络组成的一个闭合环路，如图1.1所示。

若反馈回来的信号XF（=XFFXO）。

满足XF=XI，则反馈信号就能代替输入信号，使电路产生稳定的输出信号Xo，这就是振荡器的工作原理。

XF=XI表明振荡时反馈信号的相位与原输入信号相位相同，即反馈必须为正反馈。

2．反馈式振荡器工作时，其初始的激励是接通电源时存在的电冲击及各种热噪声等，由于这些信号较弱，为建立起振荡，电路必须满足︱XF︱＞︱XI︱，可得AF＞1。

即反馈式正弦波振荡电路起振条件是：

AF＞1和ΦA+ΦF=2nπ，（n=0，1，2…）它们被分别称为振荡器起振的振幅条件和相位条件。

一个振荡电路必须同时满足这两个条件才能振荡。

二.正弦波振荡器振幅条件的判定方法

针对振幅条件，只要分析：

（1）放大电路结构是否合理，即电路是否有可能提供合适的静态工作点（即Q点）；

（2）电路是否存在交流反馈电压（该反馈电压应直接加到输入端）。

如果电路满足第

（1）点，就认为该电路能提供振荡所需的放大倍数即A值满足；如果电路满足第

（2）点，则可认为该电路能提供振荡所需的反馈系数即F值满足。

若电路同时满足

（1）、

（2）两点，则可判定该电路满足振荡的振幅条件。

下面是判断振荡电路是否满足振幅条件的实例分析。

根据上面所给的方法，不难判断图2.1电路不满足振荡的振幅条件。

因为在图2.1中，从直流通路来看三极管的集电极（C极）被电感线圈L对地短路，所以可判断该电路不可能有合适的静态工作点，也就不能提供振荡所需的放大倍数，而且该电路不存在反馈电压，由此便可知道该电路不满足振荡的振幅条件不能振荡。

同样可以分析图2.2电路，该电路虽然存在反馈电压，但由于电容C1的隔直作用该电路也不可能有合适的静态工作点，即不能满足振荡电路起振的振幅条件，所以也不能振荡。

不过只要将该电路中的电容C1移到图2.3所示的位置即可使电路满足振幅条件。

图2.2判断振荡器是否满足振幅条件的实例

（二）图2.3判断振荡器是否满足振幅条件的实例（三）

三.LC正弦波振荡电路相位条件的判定方法

凡采用LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为LC正弦波振荡器。

按照反馈网络的形式来分，LC正弦波振荡器可分为：

变压器耦合振荡器、三点式振荡器。

针对相位条件，可依据瞬时极性法判定电路中存在的反馈是否是正反馈来加以判别。

下面针对LC正弦波振荡电路的具体实例来说明其判定方法。

为分析电路的方便，特别提出以下两点说明：

1．本文所画的电路图均指振荡电路的交流等效电路；

2．假设本文的电路均已满足起振的振幅条件，即只要电路满足起振的相位条件就可振荡。

3.1变压器耦合振荡器

3.1.1什么是变压器的同名端

在分析具体电路之前，先来介绍一下什么是变压器的同名端。

同名端是指在同一交变磁通的作用下，任一时刻两个（或两个以上）绕组中都具有相同电势极性的端头彼此互为同名端。

变压器的极性辨别就属于同名端问题。

变压器及三相变压器同名端的含义用“•”来表示初、次级绕组感生电动势的相位。

初、次级绕组均带“•”的两对应端，表示该两端感生电动势的相位相同，称为同名端。

一端带“•”而另一端不带“•”的两对应端，则表示该两端感生电动势相位相反，称为非同名端，亦称为异名端。

3.1.2变压器耦合振荡器

变压器耦合振荡器是通过变压器的初、次级互感耦合产生反馈电压的，因此，为了满足正反馈条件，必须正确地设置初、次级绕组的同名端。

根据晶体管三个电极上输出与输入的相位关系，即射极与基极和集电极与射极为同相关系，而集电极与基极则为反相关系。

因此，以射极为准，当变压器初、次级绕组与晶体管相接时，其同名端设置应遵照如下规则：

射极相接的绕组端与基极或集电极相接的另一绕组端应为同名端，否则不满足正反馈的条件。

这一规则也可以概括为“射基（集）同名”。

并且在变压器耦合振荡器的分析中，这种规则可作为判别其是否满足相位条件的依据。

下面通过实例来说明其判别方法：

在图3.1（a）电路中，发射极相接的绕组端与基极相接的另一绕组端为同名端，所以它满足振荡的相位条件，即以该交流等效电路为基础构成的振荡电路可以产生振荡。

在图3.1（b）电路中，发射极相接的绕组端与集电极相接的另一绕组端为同名端（注意，都不打点也属于同名端），所以它满足振荡的相位条件，即以该交流等效电路为基础构成的振荡电路可以产生振荡。

在图3.1（c）电路中，发射极相接的绕组端与基极相接的另一绕组端为异名端，所以它不满足振荡的相位条件，即以该交流等效电路为基础构成的振荡电路不能产生振荡。

在图3.1（d）电路中，对于有抽头的绕组，由于绕组有一端接地，因而电极与抽头相接处的同名端，可移至另一不接地的绕组端处，所以发射极相接的绕组端与基极相接的另一绕组端为同名端，因此它满足振荡的相位条件，即以该交流等效电路为基础构成的振荡电路可以产生振荡。

图3.1振荡电路相位条件的判别实例

3.2三点式振荡器

三点式振荡电路是指作为选频网络的LC谐振回路（兼做反馈网络）的三个端点分别与晶体管的三个电极相连接的LC正弦波振荡电路。

其交流通路的一般结构如图3.2所示，图中X1、X2、X3表示组成LC谐振回路各元件的电抗，输出电压通过X1反馈到放大电路的输入端。

这类振荡器在判断相位条件时可采用在瞬时极性法基础上总结出的更为简单的方法，即只要电路中三个电抗元件满足下面两个条件，电路就可振荡：

X1①与X2应为同性电抗元件（都为容性或都为感性），X3②应与X1、X2互为异性电抗元件（感性与容性互为异性）。

为了便于记忆，可以概括为“射同基反”的构成规则。

图3.2三点式振荡器组成

4.判断三点式振荡器是否满足相位条件的简单方法

在上面的3.2部分中，对三点式振荡器相位条件的实例判别时，晶体管极间的电抗元件（可为单个的或组合的）可能不是单一性质的，而是由LC组成的并联、串联或混联支路（如图3.3（d）、（e）、（f）所示）。

因此，在判断电路是否满足“射同基反”时，需要对电抗元件的电抗性质作出判断，并以此来确定支路元件参数及可能振荡的频率范围。

为了判断电抗元件的电抗性质，就需要写出电抗的表达式。

当晶体管极间的支路为复杂网络时，就会给电抗表达式的计算带来困难，耗费时间且容易出错。

于是本章就对晶体管极间支路的电抗特性进行分析，并作出总结。

这样，在判断过程中就可以省去电抗表达式计算这一步骤，从而大大简化了判断过程。

4.1晶体管极间支路电抗特性的分析

根据已有知识可知，如果要确定一个电抗元件（可为单个的或组合的）的电抗性质，可根据其电抗X=jx中的虚部x的正负来判定，当x<0时，电抗元件呈现容性；当x>0时，电抗元件呈现感性。

下面分别对LC串联、并联支路的电抗特性和LC混联支路的电抗特性进行分析。

（注意：

本章电抗元件的电抗统一用X表示。

）

4.1.1LC串联、并联支路的电抗特性

4.2判断方法的实例应用

五.结论

通过以上研究发现：

当振荡电路同时满足起振的振幅条件和相位条件时就能产生振荡。

针对振幅条件，应从电路的结构入手，分析其有没有合适的静态工作点及是否存在反馈网络；针对相位条件，通过分析电路判断其是否为正反馈，值得注意的是，在利用“射同基反”判断较复杂的三点式振荡器的相位条件时，可利用对晶体管极间支路的电抗性质的分析结果，来简化相位条件的判断过程。

参考文献

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