- 電路識圖技能零基礎成長
- 韓雪濤主編
- 3714字
- 2018-12-27 13:23:54
第2階段 LC電路的識讀訓練
2.2.1 典型LC電路的識讀分析
LC電路是一種由電容器和電感器按照一定的方式進行連接的電路。在學習該類電路識讀時，應首先認識和了解該類電路的結構形式，其次再結合具體的電路單元弄清楚其電路特點和功能，最后根據其結構特點，再進行識讀，以幫助分析和理解整個電子產品電路。
在由電容器和電感器組成的串聯或并聯電路中，當感抗和容抗相等時，電路成為諧振狀態，該電路稱為LC諧振電路。LC諧振電路又可分為LC串聯諧振電路和LC并聯諧振電路兩種，如圖2-15所示。
圖2-15 LC諧振電路的結構形式
1.LC電路的結構
（1）LC串聯諧振電路
LC串聯諧振電路是指將電感器和電容器串聯后形成的，且為諧振狀態（關系曲線具有相同的諧振點）的電路。圖2-16為LC串聯諧振電路的結構及電流和頻率的關系曲線。在串聯諧振電路中，當信號接近特定的頻率時，電路中的電流達到最大，電感器L和電容器C上的電壓也達到最大。這個頻率被稱為諧振頻率。
圖2-16 LC串聯諧振電路的結構及電流和頻率的關系曲線
圖2-17為不同頻率信號通過LC串聯諧振電路前、后的波形。當輸入信號經過LC串聯諧振電路時，根據電感通直流隔交流，電容通交流隔直流的特性，頻率較高的信號無法通過電感，而直流信號則無法通過電容器。在LC串聯諧振電路中，在諧振頻率f0處阻抗最小時，此頻率的信號很容易通過電容器和電感器輸出。此時LC串聯諧振電路起到選頻的作用。
圖2-17 不同頻率的信號通過LC串聯諧振電路前、后的波形
（2）LC并聯諧振電路
LC并聯諧振電路是指將電感器和電容器并聯后形成的，且為諧振狀態（關系曲線具有相同的諧振點）的電路。圖2-18為LC并聯諧振電路的結構及電流和頻率關系曲線。在并聯諧振電路中，如果線圈中的電流與電容中的電流相等，則電路就達到了并聯諧振狀態。在該電路中，除了LC并聯部分以外，其他部分的阻抗變化幾乎對能量消耗沒有影響。因此，這種電路的穩定性好，比串聯諧振電路應用的更多。
圖2-18 LC并聯諧振電路的結構及電流和頻率的關系曲線
圖2-19為不同頻率的信號通過LC并聯諧振電路前、后的波形。當輸入信號經過LC并聯諧振電路時，同樣根據電感器通直流隔交流，電容器通交流隔直流的特性，交流信號可以從電容器中通過，而直流信號則通過電感器到達輸出端。由于LC回路在諧振頻率f0處的阻抗最大，因此諧振頻率點的信號不能通過L、C并聯在一起的電路。
圖2-19 不同頻率的信號通過LC并聯諧振電路前、后的波形
專家提醒
串聯諧振電路和并聯諧振電路的特性見表2-1。
表2-1 串聯諧振電路和并聯諧振電路的特性
2.LC電路的功能
一般在LC振蕩器中就是利用LC諧振的特性，LC振蕩器中的有源器件可以是三極管、場效應管，也可以是集成電路。LC振蕩器按反饋信號的耦合方式可分為3類，即變壓器反饋式LC振蕩器、電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器。其中，電感反饋振蕩器又稱為電感三點式振蕩電路或哈特萊振蕩器；電容反饋振蕩器又稱為電容三點式振蕩電路或考畢茲振蕩器；電容三點式振蕩電路又可以分為串聯型改進電容三點式振蕩器（克拉潑振蕩器）和并聯型改進電容三點式振蕩器（西勒振蕩器）。
（1）變壓器反饋式LC振蕩電路
圖2-20為變壓器反饋式LC振蕩器電路圖。變壓器反饋式LC振蕩器又稱互感耦合振蕩器，由諧振放大器和反饋網絡兩部分組成。本電路采用共發射極放大器，以LC并聯諧振電路作為集電極交流負載。當接上電源時，電流流過L1和VT集電極，L2會有感應電流，該電流會反饋到晶體管的基極，由于晶體管的放大作用而形成正反饋，由于L1、C具有選頻功能，會形成諧振，振蕩頻率等于L1、C的諧振頻率，振蕩信號再通過L1與L3的互感耦合，在負載RL上輸出正弦波信號。
變壓器反饋式LC振蕩電路在廣播通信設備中的應用非常廣泛，在普通收音機的本機振蕩電路中也普遍采用變壓器耦合振蕩電路。
圖2-20 變壓器反饋式LC振蕩器電路圖
專家提醒
變壓器反饋式LC正弦波振蕩器的振蕩頻率f0取決于LC諧振回路的諧振頻率，即
該電路的起振條件為
式中，β為晶體管電流的放大倍數；rbe為晶體管的輸入電阻；M為變壓器的互感；R為諧振回路的總等效損耗電阻。此外，該電路是否起振的關鍵在于同名端接法。該電路中存在變壓器繞組間分布電容和晶體管結電容，振蕩頻率不能太高，否則波形失真，且頻率不穩定，故此電路僅適用于幾兆赫至幾十兆赫的信號傳送。
（2）電感三點式振蕩電路
圖2-21為電感三點式振蕩電路及等效電路。在圖2-21（a）中可以看出，放大器采用共基極接法，Rb1、Rb2和Re構成直流偏置電路；Cb為交流旁路電容；Ce用于隔直流，避免發射極e的直流電位經電感接到電源，從而與集電極為等電位，使三極管截止而無法起振。這種電路的LC并聯諧振電路中的電感有首端、中間抽頭和尾端3個端點，其交流通路分別與電路的集電極、發射極和基極相連。反饋信號取自電感上的電壓，因此習慣上將這種電路稱為電感三點式振蕩電路或電感反饋式振蕩電路。
圖2-21 電感三點式振蕩電路及等效電路
專家提醒
電感三點式振蕩電路的優點是容易起振，輸出電壓幅度較大，改變電容C的容量可以使振蕩頻率在較大范圍內連續可調，在需要改變頻率的場合應用較廣。缺點是反饋電壓取自電感器L2，它對高次諧波的阻抗大，因而引起振蕩回路輸出諧波部分增大，輸出波形失真度較大。這種電路適用于波形要求不高的場合。
（3）電容三點式振蕩電路
圖2-22為電容三點式振蕩電路及等效電路。圖中，采用的振蕩管為三極管，Rb1、Rb2和Re構成穩定偏置電路；電容器Cb用于交流旁路；Cc用于隔直流，避免集電極直流電位經電感接到地。由于三極管的3個電極分別與C1、C2的3個引出點相連接（交流電路），故稱為電容三點式振蕩器。與電感三點式振蕩電路一樣，電容三點式振蕩電路也有LC并聯諧振回路。
圖2-22 電容三點式振蕩電路及等效電路
專家提醒
電容三點式振蕩電路的優點是對高次諧波的阻抗小，可將高次諧波濾除掉，所以輸出波形好，振蕩頻率最高可達100MHz。其缺點是通過調節電容可調節頻率，但同時也影響到起振條件，為了保持反饋系數不變，必須同時調節電容C1和C2的容量，較為不便。該電路適用于對波形要求較高而振蕩頻率固定的場合。
另外，電阻器、電容器和電感器可以組成的RLC串聯諧振電路，如圖2-23所示。在RLC串聯諧振電路中，所有的元件中流動的電流值相等。由于感抗和容抗的歐姆值相等，XL和XC兩端的電壓值相等并且有180°相位差，因此它們互相抵消，如圖2-23（b）所示。因為電感器和電容器的效應相互抵消，所以唯一限制電流的元件就是電阻器，外加電壓全部施加在電阻器上。因此可認為此電路實質上是純電阻電路，電感器的無功功率和電容器的無功功率相抵消。
圖2-23 RCL串聯諧振電路
專家提醒
根據輸入信號傳送到輸出信號的頻率分量，濾波器可以分為4種：低通、高通、帶通和帶阻。
①在低通濾波器中，從零到某一個特定截止頻率的所有信號可以自由地通過并傳輸到負載。高頻信號被阻止或削弱。
②高通濾波器可阻止從零到某一個特定頻率的所有信號，但可讓所有高頻信號自由通過。
③帶通濾波器允許兩個限制頻率之間所有頻率的信號通過，而高于上限或低于下限的頻率的信號將被阻止。其簡單電路形式及頻率響應曲線如圖2-24所示。
④帶阻濾波器（陷波器）可阻止特定頻率帶的信號傳輸到負載。它用于濾除特定限制頻率間的所有頻率的信號，而高于上限頻率或低于下限頻率的信號可自由通過。其簡單電路形式及頻率響應曲線如圖2-25所示。
圖2-24 帶通濾波器簡單電路形式及頻率響應曲線
圖2-25 帶阻濾波器簡單電路形式及頻率響應曲線
2.2.2 LC電路的應用與識讀案例訓練
1.袖珍式單波段收音機電路中的基本LC電路
袖珍式單波段收音機主要用來收聽調幅（AM）廣播節目，可將天空中傳輸的廣播信號進行選擇，選出欲接收頻率的載波后，再對其進行放大和檢波，最后經功放還原為聲音信號。圖2-26為典型的袖珍式單波段收音機電路。
圖2-26 典型的袖珍式單波段收音機電路
該電路主要由天線、LC并聯諧振電路（L1、VC1）、場效應晶體管放大器及檢波和功放電路等部分構成。
由天線感應的中波廣播信號經電容C1耦合到電路中，經LC諧振電路選頻后，將合適頻率的信號送到場效應晶體管的柵極，經放大后由漏極輸出。
該電路中接收部分為高頻信號的接收電路，一般可選用空氣介質的單聯可變電容器VC1，VC1為可調電容器，與電感器L1構成LC調諧選臺電路，微調電容器（調臺旋鈕）即可選擇不同頻率的電臺信號。
該信號經場效應管放大后由漏極輸出，然后經耦合電容C2送入檢波電路，這時的信號為高頻載波信號，載波的包絡信號就是所傳輸的聲音信號。高頻載波信號由二極管檢波，信號經過VD1時只剩下正半周的部分。VD1輸出的信號送到電位器VR上，其高頻信號通過C3短接到地，只有低頻信號由電位器輸出。概括地說，就是從高頻載波上將音頻信號（低頻）檢出來。經放大電路TA7368P進行放大，再驅動揚聲器發聲或耳機輸出。
2.穩壓電源電路中的基本LC電路
穩壓電源電路是電子產品中比較常見的電路之一。其主要功能是將輸入的交流電源經整流和濾波后，變為可用的直流電源為電子產品供電。圖2-27為簡單的穩壓電源電路。
圖2-27 簡單的穩壓電源電路
在該電路中，電感器L與電容器C1、C2組成的基本LC并聯電路（又稱為π型LC濾波器）具有更強的平滑濾波效果，特別是對濾除高頻噪波有更為優異的效果。交流220V電壓經變壓器和橋式整流電路后，輸出的脈動直流電壓Ui中的直流成分可通過L，而交流成分絕大部分不能通過L，被C1、C2旁路到地，輸出電壓Uo則為較純凈的直流電壓。