LC正弦波振荡器原理及优化

1.LC滤波器

RC桥式正弦波振荡器用于产生低频信号（1MHz以下），高频信号（1MHz以上）常采用LC正弦波振荡器，LC正弦波振荡器采用LC滤波器作为选频环节。

图6.20　LC并联滤波电路

LC滤波器有串联和并联两种形式，恒流源适合采用并联谐振，恒压源适合采用串联谐振，三极管属于流控电流源，所以三极管振荡器电路常使用并联形式，电路如图6.20（a）所示。电感由铜丝绕制而成，具有较小的电阻值，考虑这个阻值，绘制等效电路如图6.20（b）所示。

按照等效电路，LC并联滤波电路的总阻抗Z为

因为

所以

因为频率较高时，ω很大，R≪ωL，所以

当时，Z由复数变为实数，有最大值

此时总阻抗为纯电阻性质，此时的状态称为谐振状态，此时角频率

因为

ω＝2πf

所以

ω0被称为谐振角频率，f0被称为谐振频率。

总阻抗Z的幅频曲线和相频曲线如图6.21所示，当信号频率高于谐振频率时，LC并联电路相当于电容；当信号频率低于谐振频率时，LC并联电路相当于电感；当信号频率等于谐振频率时，LC并联电路相当于纯电阻。

2.变压器反馈式

LC正弦波振荡器按反馈的方式不同分变压器反馈式、电容三点式和电感三点式等。

变压器反馈式振荡器如图6.22所示，三极管采用了稳定静态工作点电路，变压器提供了反馈通路，变压器N1和N2两个绕组打点的端子为同名端，两个同名端同相位。用“＋”表示正跃变，“－”表示负跃变，利用瞬时极性法可以判断出反馈为正反馈，反馈电压为uf。

图6.21　总阻抗Z的幅频曲线和相频曲线

图6.22　变压器反馈式振荡器

忽略掉变压器其他绕组的影响，振荡器的频率应为变压器绕组N1的电感和电容C2构成的并联谐振频率，若变压器绕组N1的电感为L，则振荡器输出正弦波的频率为(www.xing528.com)

3.电感三点式振荡器

电感三点式振荡器如图6.23所示，电路中的L1和L2为自耦变压器两部分的电感，中间抽头接电源，该电路中C1、L1和L2构成选频网络，Cb为交流反馈耦合电容，Ce为直流反馈旁路电容，C2为输出耦合电容，RL为负载电阻。三极管采用了稳定静态工作点典型电路。

图6.23　电感三点式振荡器

电感三点式振荡器的交流等效电路如图6.24所示，由三极管放大的三种基本结构可知，若三极管基极突然有一个正跃变，则发射极也会有正跃变，集电极则是负跃变。利用瞬时极性法可知，三极管基极的正跃变会导致电感打点的同名端有负跃变，不打点的端子为正跃变，因此反馈为正反馈。

图6.24　电感三点式振荡器交流通路

若L1和L2的互感系数为M，则振荡器输出信号频率为

电感三点式振荡器的两个电感大小比例合适的话，比较容易起振，一般集电极和发射极之间的电感（L1）大，基极和发射极之间的电感（L2）小，L1一般为L2的4～8倍。

电感三点式振荡器的缺点是电感不容易调节大小，要改变输出信号频率只能调节选频网络中的电容。另外，由于反馈电压取自电感，电感对高次谐波阻抗较大，导致输出信号波形较差。

4.电容三点式振荡器

电容三点式振荡器如图6.25所示，该电路中C1、C2和L1构成选频网络，Cb为交流反馈耦合电容，Ce为直流反馈旁路电容，L2对直流短路，对交流为高阻抗。三极管采用了稳定静态工作点典型电路。

电容三点式振荡器的交流等效电路如图6.26所示，根据选频网络的谐振频率可得输出信号频率为

图6.25　电容三点式振荡器

图6.26　电容三点式振荡器交流通路

改变选频网络中的电容大小即可以调节输出信号的频率，电路如图6.27所示。

图6.27　能调节频率的电容三点式振荡器

实际操作1：LC正弦波振荡器的仿真

（1）用Multisim软件按照图6.23所示绘制电路图。

（2）运行仿真，用示波器观察电路起振过程，观察电路各处波形，用频率计数器测量电路输出信号频率，将频率测量结果与理论计算值进行比较。

（3）用Multisim软件按照图6.25所示绘制电路图。

（4）运行仿真，用示波器观察电路起振过程，观察电路各处波形，用频率计数器测量电路输出信号频率，将频率测量结果与理论计算值进行比较。

（5）用Multisim软件按照图6.27所示绘制电路图。

（6）运行仿真，用示波器观察电路起振过程，观察电路各处波形，用频率计数器测量电路输出信号频率，通过调节电容C4的大小调节输出信号频率。