振荡电路

振荡电路

大小和方向都随周期发生变化的电流
振荡电路,是指用电感L、电容C组成选频网络的振荡电路,用于产生高频正弦波信号,常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路、电感三点式LC振荡电路和电容三点式LC振荡电路。LC振荡电路的辐射功率是和振荡频率的四次方成正比的,要让LC振荡电路向外辐射足够强的电磁波,必须提高振荡频率,并且使电路具有开放的形式。振荡电路是将电源的直流电能,转变成一定频率的交流信号的电路,作用是产生交流电振荡,作为信号源。一般由电阻、电感、电容等元件和电子器件所组成。由电感线圈l和电容器c相连而成的lc电路是最简单的一种振荡电路。[1]
    中文名:振荡电路 外文名: 适用领域: 所属学科: 英文名:oscillating circuit 类型:物理术语 类别:电路 举例:LC回路 概念:能产生振荡电流的电路

条件

振荡电流是一种交变电流,是一种频率很高的交变电流,它无法用线圈在磁场中转动产生,只能由振荡电路产生。

振荡电路物理模型(即理想振荡电路)的满足条件

整个电路的电阻R=0(包括线圈、导线),从能量角度看没有其它形式的能向内能转化,即热损耗为零。

电感线圈L集中了全部电路的电感,电容器C集中了全部电路的电容,无潜布电容存在。

LC振荡电路在发生电磁振荡时不向外界空间辐射电磁波,是严格意义上的闭合电路,LC电路内部只发生线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化,即便是电容器内产生的变化电场,线圈内产生的变化磁场也没有按麦克斯韦的电磁场理论激发相应的磁场和电场,向周围空间辐射电磁波。

分类

能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。一般由电阻、电感、电容等元件和电子器件所组成。由电感线圈l和电容器c相连而成的lc电路是最简单的一种振荡电路,其固有频率为f=[sx(]1[]2πlc。 § 一种不用外加激励就能自行产生交流信号输出的电路。它在电子科学技术领域中得到广泛地应用,如通信系统中发射机的载波振荡器、接收机中的本机振荡器、医疗仪器以及测量仪器中的信号源等。

振荡器的种类很多,按信号的波形来分,可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。正弦波振荡器产生的波形非常接近于正弦波或余弦波,且振荡频率比较稳定;非正弦波振荡器产生的波形是非正弦的脉冲波形,如方波、矩形波、锯齿波等。非正弦振荡器的频率稳定度不高。

在正弦波振荡器中,主要有LC振荡电路、石英晶体振荡电路和RC振荡电路等几种。这几种电路,以石英晶体振荡器的频率最稳定,LC电路次之,RC电路最差。RC振荡器的工作频率较低,频率稳定度不高,但电路简单,频率变化范围大,常在低频段中应用。

 在通信、广播、电视等设备中,振荡器正逐步实现集成化,这些集成化正弦波振荡器的工作原理、电路分析、设计方法等原则上与分立元件振荡电路相一致。由于集成电路的集成度愈来愈高,并在向系统功能发展,其内部电路日趋复杂,如果不从系统组成和单元电路原理这两方面同时着手,那是很难弄清某一集成芯片的,振荡器也不例外。

原理

首先,将电源加在振荡电路上,在电源或振荡电路内发生微小的杂讯。此一杂讯经过放大电路放大,成为输出信号。然后,此一输出信号的一部分经过回授电路再输入放大,便形成振荡信号。

在此,如果Vf的相位与输入信号Vi为同相,信号便会在闭回路内旋转,此为持续振荡的条件之一。另外,在回授电路中,如果具有选择频率的功能,便能够只针对特定的频率回授。

将以上的工作过程整理后整理,其动作为放大器输出—回授电路—放大器输入—放大器输出———...

如果要满足振荡持续,其条件为:

由反馈电路所反馈的信号与输入信号为同相……正反馈。

经过闭回路后,信号逐渐增大……Aβ1。

特性

在设计振荡电路时,必须注意以下的特性。

频率稳定度

振荡电路特性的良否,是由频率稳定度决定的,此为振荡器的重要特性。关于频率的变动可以用以下数值表示之。

频率:经过时间的变动

电源ON后,随着时间的经过,所产生的频率变动。特别是,在热机(warm-up)时的变动最大。

频率温度系数

相对于温度变化时的频率变动,用ppm/℃表示。

频率:电源电压变动

电源电压变化时的频率变动,用%/V表示。

输出位准的稳定度

相对于时间,温度,电源电压的输出位准稳定度。

振荡波形失真

此为正弦波输出的失真率表示。如果为纯粹的正弦波时,失真率成为零。

在高频率振荡电路中,除了上述特性以外,尚要考虑到在设计时的频率可变范围以及振荡频率范围。

技术应用

正弦波振荡器在量测、自动控制、无线电通讯及遥控等许多领域有着广泛的应用。例如调整放大器时,我们用一个"正弦波信号发生器"和生一个频率和振幅均可以调整的正弦信号,作为放大器的输入电压,以便观察放大器输出电压的波形有没有失真,并且量测放大器的电压放大倍数和频率特性。这种正弦信号发生器就是一个正弦波振荡器。

它在各种放大电路的调整测试中是一种基本的实验仪器。在无线电的发送和接收机中,经常用高频正弦信号作为音频信号的"载波",对信号进行"调制"变换,以便于进行远距离的传输。高频振荡还可以直接作为加工的能源,例如焊接半导体器件引脚时使用的"超声波压焊机",就是利用60KHz左右的正弦波(即超声波)作为焊接的"能源"。

那么一个正弦波振荡器为什么能够自己产生一个正弦波的振荡呢?它产生的正弦振荡又怎么能够满足我们所提出来一定频率和振幅的要求呢?最后,这个正弦振荡在外界干扰之下又怎么能够维持其确定的振荡频率和振幅呢?这些就是下面我们要讨论的基本问题。放大电路是典型的两端口网络,振荡电路是一个典型的单端口网络,只有一个射频信号的输出端口。从能量转化的角度来看射频放大电路和射频振荡电路都是直流电的能量转换到特定频率射频信号的能量。

两者的区别就在于振荡电路没有射频信号的输入而放大电路必须有射频信号的输入。振荡电路的技术指标包括:出射频信号频率的准确度和稳定度;②输出射频信号振幅的准确性和稳定度;③输出射频信号的波形失真度;④射频信号输出端口的阻抗和最大输出功率。对于射频振荡电路的设计都需要按照上述技术指标进行。通常在射频信号源的参数中也可以找到上述技术指标。

振荡器通常可以分为反馈型振荡电路和负阻型振荡电路。

反馈型振荡电路是由含有两端口的射频晶体管两端口网络和一个反馈网络构成。如使用双极型晶体管或者场效应管构成的振荡电路采用在射频放大电路中引入正反馈网络和频率选择网络形成振荡电路。

负阻型振荡电路由射频负阻有源器件和频率选择网络构成,如使用雪崩二极管﹑隧道二极管﹑耿氏二极管等构成射频信号源。在负阻型振荡电路中通常不出现反馈网络,而反馈型振荡电路必须包含正反馈网络。因此,反馈网络是区分两种类型振荡电路的标志。通常反馈型振荡电路的工作频率为射频的中低端频段,负阻振荡电路的工作频率为射频的高端频段。负阻振荡电路更适合于工作在微波﹑毫米波等频率更高的频段。

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