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1、一、LC并联电路 如图6.1.1所示为 LC 并联电路。R为并联电路损耗电阻。1阻抗频率特性 LC 并联电路的阻抗频率特性如图6.1.2(a)所示。它表示了LC并联电路的阻抗Z与信号频率之间的变化关系。当=时，LC 并联电路发生谐振，阻抗最大。当时，电路失谐，阻抗很小。因此，称为谐振频率，又称固有频率，即图6.1.1LC并联电路 可见，元件 L、C取定值时，谐振频率是一个常数。2相位频率特性 LC 并联电路的相位频率特性如图6.1.2(b)所示。它表示了LC并联电路两端电压v和流进并联电路电流i之间的相位角之差 与信号频率之间的变化关系。 当= 时，= 0，电路呈纯阻性； 当 0，电路呈感性；
2、 当 时， 0，电路呈容性； 可见，LC并联电路随信号频率的变化呈现不同的性质。 图6.1.2LC并联电路的频率特性 （a）阻抗频率特性（b）相位频率特性3选频特性 阻频特性和相频特性统称为LC并联电路的频率特性。它说明了LC并联电路具有区别不同频率信号的能力，即具有选频特性。LC 电路的阻频特性与 Q 值的关系如图6.1.3所示。 品质因数为 它表征了LC并联电路选频特性的好坏。图6.1.3阻频特性与Q值关系实验和理论证明： R越小，Q值越大，曲线越尖锐，电路选频能力越强； R越大，Q值越小，曲线越平坦，电路选频能力越差。 LC并联电路的Q值，一般在几十到一二百之间。 4选频放大器 选频放大
3、器电路如图 6.1.4(a)所示。电路特点是利用LC并联电路作为负载，因此放大电路具有选频放大能力。 工作原理：当信号频率等于谐振频率时，即= ，放大器输出电压最大；放大倍数最大，如图6.1.4(b)所示。这种表示选频放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线。图6.1.4选频放大器原理 （a）电路（b）谐振曲线 6.1.2两种基本调谐放大电路一、单回路调谐放大器 单回路调谐放大器如图6.1.5所示。 工作原理：输入信号经通过和送到晶体管的b、e极之间，放大后的信号经LC谐振电路选频由耦合输出。 电感抽头和变压器的作用是减少外界对谐振回路的影响，保证有高的Q值。图6.1.5
4、单回路调谐放大器单回路调谐放大器的通频带和选择性取决于谐振曲线，它与理想的矩形谐振曲线比相差甚远，因此这种电路只能用于通频带和选择性要求不高的场合。 电路优点：调整方便、工作稳定； 缺点：失真大。二、双回路调谐放大器 双回路调谐放大器如图6.1.6所示。电路特点是集电极负载采用两个谐振回路，利用它们之间的耦合强弱来改善通频带和选择性。 1互感耦合 互感耦合的双回路调谐放大器如图6.1.6(a)所示。电路特点是双调谐回路依靠互感实现耦合。调节、之间的距离或磁心的位置，改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。 工作原理：假定和调谐在信号频率上，输入信号通过送到V时，集电极信号电流经产生并联谐振。此时
5、，由于互感耦合，中的电流在回路电感的抽头处产生很大的输出电压。 2电容耦合 电容耦合的双回路调谐放大器如图6.1.6(b)所示。电路特点是通过外接电容实现两个调谐回路之间的耦合，改变的大小就可改变耦合程度，从而改善通频带和选择性。图6.1.6双回路调谐放大器 （a）互感耦合（b）电容耦合3选择性和通频带与耦合程度的关系： 双回路调谐的谐振曲线如如图6.1.7所示。 (1) 弱耦合时，谐振曲线出现单峰； (2) 强耦合时，谐振曲线出现双峰，中心频率处下凹的程度与耦合强度成正比； (3) 临界耦合时，谐振曲线也呈单峰，但中心频率处曲线较平坦。 可见，谐振曲线在临界耦合时，与理想的矩形谐振曲线很接近
6、。 结论，双回路调谐放大器有较好的通频带和选择性，所以应用广泛。图6.1.7双回路调谐的谐振曲线 （a）耦合较弱 （b）耦合适当（c）耦合较强6.2.1自激振荡工作原理 一、LC回路中的自由振荡 如图 6.2.1(a) 所示电路中。当开关 S 合至 “1” 时，电热器被充电，其电压为，开关由 “1” 合至 “2” 时，电容便能通过电感线圈 L 构成放电回路。电容器在放电过程中将其储存的电场能变成电感线圈的磁场能，然后，电感线圈又向电容器 C 充电，把磁场能转换为电场能。这个过程称为电振荡。 自由振荡电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。 阻尼振荡因损耗等效电阻R将电能转换成热能而消
7、耗的减幅振荡，如图6.2.1(b)所示。 等幅振荡利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，如图6.2.1(c)所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC回路的固有频率，即 (6.2.1)图6.2.1LC回路中的电振荡 （a）原理图（b）阻尼振荡波形（c）等幅振荡波形二、自激振荡的条件 振荡电路如图6.2.2所示。 振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。 1相位平衡条件 反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180的偶数倍，即 (6.2.2) 其中，为与的相位差，n是整数。、的相互关系参见图6.2.3。 2振幅平衡条件 反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即 = 1(6.2.
8、3)图6.2.2变调谐放大器为振荡器 三、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图6.2.2中，去掉信号源，把开关S和“2”点相连所组成的电路。图6.2.3自激振荡器方框图 自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入端产生瞬间扰动信号，振荡管V产生集电极电流，因具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。经 LC 并联电路选出频率为的信号，由输出端输出，同时通过反馈电路回送到输入端，经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由弱到强的建立起来。当信号幅度进入管子非线性区域后，放大器的放大倍数降低到 = 1时，振幅不再增加，自动维持等幅振荡，如图6.2.4所示。图6.2.4振荡的建立过程 6.2.2L
9、C振荡器 一、变压器耦合式 LC 振荡器电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。常用的有以下两种。 1共发射极变压器耦合LC振荡器 (1) 电路结构 电路结构如图6.2.6(a)所示，图中V为振荡放大管，电阻、是偏置电阻，为稳定工作点发射器负反馈电阻，、为旁路电容，LC并联回路为选频振荡回路，为反馈线圈，为振荡信号输出端，电位器和电容组成反馈量控制电路。图6.2.6共发射极变压器耦合振荡器 （a）电路（b）交流通路 (2) 工作原理 图 6.2.6(a) 的交流通路如图6.2.6(b)所示。对频率f = 的信号，LC选频振荡回路呈纯阻性，此时和反相，即=180o。输出电压再通过反馈线圈
10、，使4端为正电位，即与的=180o。于是，保证了正反馈，满足了相位条件。如果电路具有足够大的放大倍数，满足振幅条件，电路就能振荡。调节可改变输出幅度。 2共基极变压器耦合LC振荡器(1) 电路结构 电路结构如图6.2.7(a)所示。图中V为振荡放大管，电阻、是偏置电阻、为稳定工作点发射极负反馈电阻，为基极旁路电容，为隔直耦合电容，为反馈线圈，L与C串联组成选频振荡电路。 (2) 工作原理 图 6.2.7（a）的交流通路如图6.2.6(b)所示。接通电源瞬间，LC回路振荡电压加到管子基射之间，形成输入电压，经 V 放大后，输出信号经反馈线圈与L之间的互感耦合反馈到管子基射之间，若的反馈极性正确且
11、满足振幅平衡条件,电路产生振荡。图6.2.7共基极变压器耦合振荡电 （a）电路（b）交流通路 综上分析，变压器反馈电路的反馈强度，可通过与之间的距离来调节。变压器耦合振荡电路的振荡频率为 (6.2.4) 若调节L、C，可改变振荡频率。动画： 变压器反馈式 LC 振荡器二、三点式LC振荡电路 电路特点：LC振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。 1电感三点式振荡器 电路如图6.2.8(a)所示，其交流通路如图6.2.8(b)所示。图6.2.8电感三点式振荡器 （a）电路图（b）交流通路相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”，此时2端电位低于1端而高于3端，即与反相，经倒相放大后，形
12、成正反馈，即满足相位条件。 振幅条件：适当选择与的比值。使，满足振幅条件。电路就能振荡。 由于反馈电压取自两端，故改变线圈抽头位置，可调节振荡器的输出幅度。越大，反馈越强，振荡输出越大，反之，越小，反馈越小，不易起振。 电路振荡频率为 (6.2.5) 其中M是与之间的互感系数。 优点：振荡频率很高，一般可达到几十兆赫。 缺点：波形失真较大。 2电容三点式振荡器 电容三点式振荡器电路如图6.2.9(a)所示，其交流通路如图6.2.9(b)所示。 相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”。此电压经、分压后，2端电位低于1端而高于3端，即与反相，经V倒相放大后，使1端获“+”电位，形成正
13、反馈，满足相位条件。 振幅条件：适当地选择、的数值，使电路具有足够大的放大倍数，电路可产生振荡。 电路振荡频率为 (6.2.6) 而 电路特点：频率较高，可达100 MHz以上。 优点：输出波形好。 缺点：调节频率不方便。图6.2.9电容三点式振荡器 （a）电路图（b）交流通路 6.2.3石英晶体振荡器一、石英晶体的基本特性及其等效电路 1压电效应 石英晶体谐振器如图6.2.11所示。它是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板，引出两个电极，加以封装所构成。图6.2.11石英晶体谐振器结构示意图 压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。如图6.2.12(a
14、)所示。 压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的振荡频率，图6.2.12(b)所示。图6.2.12压电效应和谐振现象 （a）压电效应（b）谐振现象2符号和等效电路 石英晶体振荡器的符号如图6.2.13(a)所示，当晶体不振动时，可用静态电容来等效，一般约为几个皮法到几十皮法；当晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般为H；晶片的弹性可用电容C来等效，一般为pF；晶片振动时的损耗用R来等效，阻值约为。由可知，品质因数Q很大，可达。加之晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，其精度高而稳定。所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。其等效电路如图6.2.13(b)所示，它有两个谐振频率。 (1) 当L、C、R支路
