【48812】LC正弦波振动电路
LC振动电路首要用来产生高频正弦波信号,电路中的选频网络由电感和电容组成。常见的LC正弦波振动电路有变压器反应式、电感三点式和电容三点式。它们的选频网络选用LC并联谐振回路。
LC并联回路如图1所示,其间R表明回路的等效损耗电阻。由图可知,LC并联谐振回路的等效阻抗为
由式(2)可画出回路的阻抗频率呼应和相频呼应如图2所示。由图及式(4)可见,R值越小Q值越大,谐振时的阻抗值就越大,相角频率改动的程度越急剧,选频效果越好。
LC振动电路首要用来产生高频正弦波信号,电路中的选频网络由电感和电容组成。常见的LC正弦波振动电路有变压器反应式、电感三点式和电容三点式。它们的选频网络选用LC并联谐振回路。
图1所示为变压器反应式LC振动电路。由图可见,该电路包含扩大电路、反应网络和选频网络等正弦波振动电路的根本组成部分,其间LC并联电路作为BJT的集电极负载,起选频效果。反应是由变压器副边绕组N2为完成的。下面首先用瞬时极性法来剖析振动回路的相位条件。
变压器反应式LC正弦波振动电路起振的幅值条件是环路增益大于1,只需变压器的变比和BJT挑选恰当,一般都能够彻底满意幅值条件。
而振动的安稳是使用扩大器材的非线性来完成的。当振幅大到某些特定的程度时,尽管BJT集电极的电流波形或许显着失真,但因为集电极的负载是LC并联谐振回路,具有十分杰出的选频效果,因而输出电压的波形一般失真不大。
LC振动电路除变压器反应式,还常用电感三点式和电容三点式振动电路,现别离评论如下。
图1所示为电感三点式振动电路的原理图。这种电路的LC并联谐振电路中的电感有首端、中心抽头和尾端三个端点,别离与扩大器材的集电极、发射极(地)和基极相连,反应信号取自电感L2上的电压,因而,习气大将图1所示电路称为电感三点式LC振动电路,或电感反应式振动器。
前面评论LC并联谐振回路时已得出结论:谐振时,回路电流远比流入或流出LC回路的电流大得多。因而,电感中心抽头的瞬时电位必定在首、尾两端点的瞬时电位之间,即
(2)若电感的首端或尾端沟通接地,则电感其它两个端点的信号电压相位相同。
至于振幅条件,则简单满意,只需恰当挑选BJT的b和L2/L1的比值,就能轻松完成起振。考虑到L1、L2间的互感M后,电路的振动频率可近似表明为
电感三点式正弦波振动电路不只简单起振,并且选用可变电容器能在较宽的规模内调理振动频率,其作业频率规模能够从数百千赫兹至数十兆赫兹,所以用在常常改动频率的场合(例如收音机、信号产生器等)。电路的缺陷是,反应电压取自L2上,L2对高次谐波(相对于f0而言)阻抗较大,因而引起振动回路输出谐波重量增大,输出波形较差。
来表明,其间f0为振动频率,Df为频率偏移。频率安稳度有时还附加时刻条件,如一小时或一日内的频率相对改动量。前面介绍的RC振动电路的频率安稳度大于10–3,一般LC振动电路也只能到达10–4。石英晶体振动电路的频率安稳度可达10–9乃至10–11,这是因为选用了具有极高Q值的石英晶体元件。
石英晶体是一种各向异性的结晶体,它是硅石的一种,其化学成分是二氧化硅(SiO2)。从一块晶体上按必定的方位角切下的薄片称为晶片(能够是正方形、矩形或圆形等),然后在晶片的两个对应表面上涂敷银层并装上一对金属板,就构成石英晶体产品,如图1所示,一般用金属外壳密封,也可有用玻璃壳封装的。
石英晶片所以能做振动电路是根据它的压电效应,从物理学中知道,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体产生机械变形;反之,若在极板间施加机械力,又会在相应的方向上产生电场,此现状称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压,就会产生机械变形振动,一起机械变形振动又会产生交变电场。一般来说,这种机械振动的振幅是比较小的,其振动频率则是很安稳的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(决定于晶片的尺度)持平时,机械振动的起伏将飞速添加,此现状称为压电谐振,因而石英晶体又称为石英晶体谐振器。
石英晶体的压电谐振现象能够用图XX_02所示的等效电路来模仿。等效电路中的C0为切片与金属板构成的静电电容,L和C别离模仿晶体的质量(代表惯性)和弹性,而晶片振动时,因冲突而形成的损耗则用电阻R来等效。因为晶片的等效电感L很大,而C和R很小,因而Q很大,可达104~5´105。
因为C0很小,它的容抗比R大得多,因而,串联谐振的等效阻抗近似于为R,呈纯阻性,且其阻值很小。
(2)当频率高于fs时,R、L、C支路呈理性,当与C0产生并联谐振时,其振动频率为
一般石英晶体产品所给出的标称频率既不是fs也不是fp,而是外接一小电容Cs时校对的振动频率,Cs与石英晶体串接如图3所示。使用Cs可使石英晶体的谐振频率在一个小规模内调整。Cs的值应选挑选得比C大。能够核算接入Cs后新的串联谐振频率
。实用时,Cs是一个微调电容,使f¢s在fs与fp之间的一个狭隘规模内变化。能够剖析得出Cs并不影响并联谐振频率。
石英晶体正弦波振动电路的方式是多种多样的,但根本电路只要两类,即并联型和串联型石英晶体正弦波振动电路,前者石英晶体作业在接近于并联谐振状况,而后者则作业在串联谐振状况。
图1a所示为一并联型石英晶体正弦波振动电路。由图可见,这个电路的振动频率必须在石英晶体的fs与fp之间,即只要晶体在电路中起电感效果才干组成电容三点式电路,满意相位平衡条件,考虑到一般
图1b所示为一串联型石英晶体正弦波振动电路。从反应支路的k点断开,在T1的发射极与地之间加输入ve为(+)极性的信号,则通过共基极电路和共集电极电路的输出信号vo应为(+)极性。当
时石英晶体呈纯阻性,相移为零,此刻vo经Rf和石英晶体反应到k点的电压vf与ve同极性,满意相位平衡条件。至于幅值平衡条件可通过调理电阻Rf的巨细得到满意。