lc正弦振蕩器通常用lc并聯(lián)諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò),所以,其振蕩頻率即為諧振頻率。
根據(jù)電路原理,回路總阻抗:
① 諧振時。
② 電路諧振時,回路呈現(xiàn)純阻特性,且阻抗最大。
③ 電路諧振時,諧振電流比外電路的電流大得多,所以可以略去外電路的影響。
④ 電路諧振時的諧振特性和品質(zhì)因數(shù)q,。
可見,q越高,選頻特性越好。(這和收音機中的選擇性好壞相一致)在lc正弦波振蕩器中,由于增益大,環(huán)路增益大于1的條件很容易滿足,因此只要保證其滿足正反饋(即相位條件)就能振蕩。電路類型有電感反饋式和變壓器反饋等幾種。
一、變壓器反饋式正弦波振蕩器
例有以下三個變壓器反饋式的電路,試分析能否產(chǎn)生正弦振蕩?
解 :(a)電路在諧振頻率下,cb和ce都可視作短路。因此用瞬時極性法,可得反饋到基極的信號與原輸入同相,即滿足相位條件。是一個正弦波振蕩器。
(b) 電路是一個共射電路組成的正弦振蕩電路。同樣在諧振時, cb和ce都可視作短路,由瞬時極性分析,同樣滿足相位條件,所以,也能產(chǎn)生正弦振蕩。
(c)電路是共基正弦波振蕩器,反饋信號從發(fā)射極注入,由瞬時極性同樣得到是一個正弦波產(chǎn)生電路。
二、三點式lc正弦波發(fā)生器
三點式是指:lc并聯(lián)諧振電路的三個引出端分別與三極管的三個電極(或運算放大器的三個端子)相連接,然后組成振蕩器。在略去電源及偏置電路后,三點式振蕩器的基本電路結(jié)構(gòu)如圖所示。
z1、z2、z3是諧振電路的三個電抗,它們可以是電容和電感元件。根據(jù)諧振電路和和間的矢量關(guān)系可以證明:當z1、z2同為電感或電容),而z3為電容(或電感)時,相位反相,(即)才能滿足正反饋的相位要求,(即)。
三點式有電感三點式和電容三點式兩種:
⑴電感三點式lc正弦振蕩器
假定基極的瞬時極性為正,則諧振回路極性是上負下正,反饋到基極的信號同相位,即為正,所以為正反饋,能產(chǎn)生正弦振蕩。電感三點式非常容易起振,但波形不理想。其振蕩頻率仍是并聯(lián)諧振回路決定為:
⑵電容三點式lc正弦振蕩器
可見,在射極注入正極性的電壓后,并聯(lián)諧振回路產(chǎn)生上正下負的瞬時極性,所以反饋回到射極的極性仍為正,滿足正反饋的相位要求,電路能產(chǎn)生正弦振蕩。振蕩頻率為:
該電路的優(yōu)點是波形好,原因是反饋信號取自電容兩端,不含有高次諧波。缺點是不是起振。
三、振蕩電路中的穩(wěn)幅和穩(wěn)頻問題
⑴ 要求振蕩頻率穩(wěn)定,應(yīng)選用高質(zhì)量的電感l(wèi)和電容c,提高諧振回路的q值。在頻率高穩(wěn)定要求場合,可用石英晶體振蕩器。
⑵ 振蕩幅度穩(wěn)定,基本思路是使環(huán)路增益能自動地維持在1上(即=1), 這可在電路中設(shè)置穩(wěn)幅電路實現(xiàn),如下面的兩種情況。
反饋系數(shù)f不變時,用調(diào)節(jié)增益a來自動穩(wěn)幅(即使=1)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)設(shè)在a中假如放大器振蕩時,其輸出在vo1中。如放大器因某種原因使輸出vo增大時,放大器的增益下降,反之增益增加。
增益a不變時,用調(diào)節(jié)反饋系數(shù)f來自動穩(wěn)幅(即使=1)
穩(wěn)幅環(huán)節(jié)設(shè)在f中利用器件的非線性特性實現(xiàn)穩(wěn)幅的說明(以電感三點式為例說明)。
穩(wěn)幅過程:開始起振時,因振幅小,信號正負半周對電容的充放電基本相等,vbq電壓基本不變,電路以正反饋使振蕩加強輸出幅變增大。當幅度大到一定程度,反饋信號也增大,在正半周時,cb放電快(vbe正偏時電阻和r`并聯(lián)),使vbq下降,rbe變大,a下降,從而使輸出幅度變小。反之,也一樣,使輸出幅度增大,達到穩(wěn)幅的目的。