LC振荡电路原理及波形分析

通过对高频电子线路相关知识的学习，我们知道LC正弦波振荡器主要有电感反馈式三端振荡器、电容反馈式三端振荡器以及改进型电容反馈式振荡器(克拉波电路和西勒电路)等。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。我们这里研究的主要是LC三端式振荡器。

一、电感反馈式三端振荡器

图1 电感三点式振荡器

电感反馈震荡电路如图1，它的优点是：由于L1和L2之间有互感存在，所以容易起振。其次是改变回路电容来调整频率时，基本上不影响电路的反馈系数，比较方便。

二、电容反馈式三端振荡器

电容三点式振荡器又称为考毕兹振荡器，如图2：

图2 电容三点式振荡器原理图

对于电容三点式振荡器，反馈系数F的表达式为：

不考虑各极间电容的影响，这时谐振回路的总电容量为C1、C2的串联，即

振荡频率的近似为

与电感三端震荡电路想比，电容三端振荡器的优点是输出波形较好，这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减少，波形更加接近于正弦波。其次，该电路中的不稳定电容(分布电容、器件的结电容等)都是与该电路并联的，因此适当的加大回路电容量，就可以减弱不稳定因素对振荡器的影响，从而提高了频率稳定度。最后，当工作频率较高时，甚至可以只利用器件的输入和输出电容作为回路电容。因而本电路适用于较高的工作频率。

三、振荡平衡条件一般表达式

震荡条件为 AF=1

振幅平衡条件 |AF|=1

四、起振条件和稳幅原理

振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中的损耗，需要正反馈强一些，即要求 |AF|>=1。既然 |AF|>=1，起振后就要产生增幅振荡，需要靠三极管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的继续增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出多次谐波中的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。也可以再反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益。从而达到稳幅目的。

五、LC振荡器的基本工作原理

振荡器是不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。LC振荡器是一种能量转换器，由晶体管等有源器件和具有选频作用的无源网络及反馈网络组成。振荡器根据自身输出的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器，正弦波振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用;而非正弦振荡器能产生出矩形波(方波)、三角波、锯齿波等信号，这些信号可以用于测量设备、数字系统、自动控制及计算机设备中。本设计讨论的就是正弦波振荡器。其框图如图1所示。

图3 振荡器原理框图

由所学知识可知，构成一个振荡器必须具备下列三个条件：

1) 一套振荡回路，包含两个(或两个以上)储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。

2) 一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。

3) 一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。

六、 电路

下图为LC正弦波电路振荡器的电路图，如图6：

图6 总电路原理设计图

下图所示为LC正弦波振荡器的起振过程。LC正弦波振荡器起振过程波形图如图8：

图8 LC正弦波振荡器起振过程

LC正弦波振荡器电路波形图，如图9：

图9 LC正弦波振荡器电路波形图

观测仿真结果。测试振荡器各原件的作用，即短路或者开路该元件，观察振荡器的工作情况;进行LC振荡器波段工作研究，即测试振荡器在多宽的频率比范围内能平稳工作;研究LC振荡器的静态工作点、反馈系数及负载对振荡器的影响;测试LC振荡器的频率稳定度，即研究温度。电源和负载变化对振荡器频率稳定度的影响。