LC振荡器基础知识

LC振荡器被广泛用于产生高频波，因此也被称为射频振荡器。电感和电容的实用值可以产生更高范围(500mhz以上)的频率。

这些类型的振荡器用于射频发生器、高频加热、无线电和电视接收器等。这些振荡器使用由电感L和电容C元件组成的槽电路。在讨论LC振荡电路及其工作之前，我们先来讨论一下LC槽电路的基本操作。

LC振荡回路

罐或振荡电路是电感器和电容器元件的平行形式，其产生任何所需频率的电振荡。这两个元素都能够储存能量。每当电容器板上存在电位差时，它将能量存储在其电场中。

类似地，每当电流彻底流动电感器时，能量存储在其磁场中。下图示出了一个罐电路，其中电感器L和电容器C并联连接。

LC罐电路的工作

让我们来理解这个电路产生的电子振荡的概念。考虑电容器最初是由一个直流电源充电，具有如下所示的极性上极板正，下极板负。

这表示上板具有电子缺陷，而下板具有过量的电子。因此，这两个板之间存在潜在的差异。

• 考虑到这个充电电容通过如图所示的开关S穿过电感连接。当开关S闭合时，常规电流或电子通过电感线圈从A板移动到B板。因此电容器中储存的能量或电场强度会降低。

• 流过电感器的电流会引起一个EMF，其与电子流过它。该电流在电感器周围设置磁场，从而开始存储磁能。当电容器完全放电时，通过线圈的电流或电子流变为零。此时磁场具有最大值，并且没有电场。

• 一旦电容器完全放电，电感周围的磁场开始坍塌，并产生反电动势。根据楞次定律，这个反电动势产生电流，开始充电的极性相反的电容器，使板上板负，下板正如下图所示。

• 当电容器在相反的方向充满电时，整个磁能被转换回电容器中的电能，即磁能崩溃。此时，电容器开始在相反的方向放电，如图所示。再次电容器完全放电，这个过程将继续。

• 该连续充电和放电过程会导致电子的交替运动，除了振荡电流。但是，电容器的这些振荡被抑制，因为每次从L到C和C传送能量，都是在线圈的电阻中以热量的形式传递能量，并且在电磁辐射的形式中呈现热量。这些损失逐渐降低振荡电流，直到它停止。这些被称为指数衰减的振荡或阻尼振荡。

LC振荡器的频率

共鸣的概念

如果具有电容器，电感器和电阻器的电路以恒定的电压具有时间变化频率，则电感电阻器R1和电容器电阻器RC的电抗也变化。因此，与输入信号相比，输出的幅度和频率变化。

电感电抗与频率成正比，而电容电抗与频率成反比。因此，在较低的频率下，电感器的电容电抗非常低，并且用作短路，而电容电抗高并且用作开路。

在较高频率下，反向将发生即，电容电抗作用为短路，而感应电抗用作开路。

在电容器和电感器的特定组合中，该电路变为谐振或调谐电路，其具有谐振频率，其均具有相同的电感和电容式抵抗彼此相同并且抵消。

因此，电路中将存在阻力，以反对电流的流动，因此通过使用谐振电路将没有与电压的相移电流。电流与电压相位。

通过向L和C组分提供供应能量，可以获得持续振荡。因此，LC振荡器使用该罐电路来产生振荡。

这个槽电路产生的振荡频率完全取决于电容和电感的值和它们的共振条件。它可以表示为

XL = 2π f L

XC = 1 /（2πfc）

在谐振，XL = XC

2π f L = 1/ (2π f C)

f2 = 1/ ((2π)2 L C)

f = 1/ (2π√(LC))

LC振荡电路的基本形式

在该振荡器中，放大器和LC滤波网络可以用几种方法构建。因此，这些振荡器是在不同的形式，如哈特利振荡器，阿姆斯特朗振荡器，Colpitts振荡器，克拉普振荡器等。在我们在进一步的文章中讨论所有这些振荡器之前，让我们学习一些LC振荡器电路的基本工作。

如上所述，LC振荡器由放大器和调谐的LC电路组成作为反馈网络。对于LC振荡器电路，可以通过使用OP-AMP，双极连接晶体管或FET等有源器件构建放大器级。

反馈网络由阻抗Z1, Z2和Z3组成，可以是电容或电感。该反馈网络由放大器输出提供。

放大电路提供180度相移，反馈电路提供180度附加相移以满足振荡条件。考虑LC振荡器的等效电路，其中Ro是放大器的输出电阻，ZL是连接在放大器输出端的负载阻抗。

用负载（Al）的上述电路的放大器的一般增益表达式和不考虑反馈的情况

AL = - A ZL / (Ro + ZL)

负标志表示放大器级中的180相移。

通过考虑反馈，给出了反馈网络的增益

β= Z1 /（Z1 + Z3）

但此反馈网络必须介绍180个叠页相移，然后介绍

β = - Z1 / (Z1 + Z3)

为了满足振荡的巴克豪森条件，则- Aβ必须等于1

β= - ZL Z1 /（RO + ZL）×（Z1 + Z3）

这是所需的循环增益表达式。

现在，负载阻抗ZL = Z2（Z1 + Z3）/（Z1 + Z2 + Z3）

用zl解决环路增益表达然后我们得到

A β = - A Z1 Z2 / (Ro (Z1 + Z2 + Z3) + Z2 (Z1 + Z3))

替换z1 = j x1，z2 = j x2和z3 = j x3

A β = A X1 X2 / (jRo (X1 + X2 + X3) - X2 (X1 + X3))

为了通过该反馈网络生产180相移，分母的虚部必须为零，即，

(X1 + X2 + X3) = 0这意味着-X2 = X1 + X3

然后方程变成，

A β = A X1 / (X1 + X3)

β= - a（x1 / x2）

但巴克豪森条件是- Aβ = 1。然后

A (X1 / X2) = 1

这意味着X1和X2必须是感应的或电容的(类似的电抗类型)，振荡的条件为

a =（x2 / x1）

对于Hartley振荡器，X2和X1都是电感器，而对于Colpitts振荡器，两者都是电容器。并且还为-X3 = X1 + X2，因此X3是Hartley振荡器中的电容，是Colpitts振荡器中的电感器。

例子

找出一个调谐频率为22.7 MHz的LC振荡器需要的电容为47 pF的电感值。
LC振荡器的谐振频率是

f²= 1 /（（2π√（LC））²

l = 1 /（4π²f²C)

l = 1 /（4π²(22.7×106)²× 47 × 10^-12年)
L = 1.04微亨利