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​LC振荡电路、RC振荡电路的工作原理及公式详解

2022-08-23 11:42
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LC振荡电路和RC振荡电路都属于正弦波振荡电路,也是模拟电路中的常见电路之二,小白学习这些电路,有助于后续的电路设计,所以本文将详谈正弦波振荡电路,希望对小伙伴们有所帮助。

1、自激振荡电路

不需要外加输入信号,能够自行产生特定频率的交流输出信号,从而将电源的直流电能转换成交流电能输出,这种电路称为自激振荡电路。

2、正弦波振荡器

振荡电路是由放大电路和反馈网络两大主要部分组成的一个闭环系统,为了得到单一频率的正弦波,电路必须具有选频特性,即只使某一特定频率的正弦波满足自激振荡条件,即应包含选频网络,根据选频网络的不同,正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器及石英晶体振荡器。

①LC振荡电路

LC振荡器可分为变压器方式和三点式LC振荡器。

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如图所示,图(a)是变压器反馈式振荡器,优点是便于实现阻抗匹配,因此振荡器的效率高,容易起振,此外调频方便,只要将谐振电容C换成一个可变电容器,即可实现调节频率的要求。

图(b)是电感三点式振荡器,优点是容易起振,调节频率方便,并且调节范围较宽;缺点是振荡波形差。

图(c)是电容三点式振荡器,优点是振荡频率高,振荡波形好;缺点是调节频率较困难,LC振荡器的振荡频率是f0=1/[2π√(LC)]。

LC振荡器的振荡频率范围一般为1-几百兆赫,频率过低,将使L或C值很大,制作困难,会使振荡器体积重量增大损耗加大而不易起振,因此1MHz以下的正弦波振荡器会采用RC振荡器。

②RC振荡器

基本放大电路:是一个两级电压串联负反馈放大电路,有足够大的放大倍数,以满足自激振荡的复制条件,由于放大电路是由两级共射放大电路祖成,因此输出电压u0和输入电压u1相位相同,即两级共射放大电路的相移=360°。

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RC串并联网络:改电路具有选频特性,如图所示,把输出电压u0加到RC串并联网络,并从中取出u1加到放大电路的输入端,可证明:当f0=1/2πRC时,UiU0/3,相移是0°。

振荡频率为f0=1/2πRC。

③石英晶体振荡器

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压电效应:在石英晶体谐振器的两个电极加交变电压,晶体将产生机械形变振动,而这一振动又会产生交变电场,这种现象称为压电效应。当外加交变电压的频率正好等于石英晶体的固有频率时,振幅突然加大,这种现象称为谐振。据分析测定石英晶体谐振器有两个谐振频水:一个是串联谐振频率fs,另一个是并联谐振频率f,但这两者很接近。当信号频率/正好等于串联谐振频率f时,石英晶体呈现纯电阻,可视为个很小的电阻,当信安频率处于f和f之间,石英晶体呈现电感性,可看成电感。


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