和大家分享一下LC振荡电路。LC振荡器有很多种类型，如Hartley振荡器、Colpitts振荡器、Clapper振荡器等等。
什么是LC振荡电路？
LC振荡电路是指由电感L和电容C组成的选频网络，用于产生高频正弦波信号。
在很多情况下，LC振荡电路也称为振荡电路、谐振电路、谐振电路或调谐电路。
常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈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与振荡频率的四次方成正比。要让振荡LC电路辐射出足够强的电磁波，必须提高振荡频率，电路是开路的形式。
LC振荡器使用振荡电路(包括一个电感和一个电容)，提供必要的正反馈来维持电路中的振荡。顾名思义，在这个电路中，一个充电的电容(C)连接到一个不充电的电感(L)，如下图所示。
LC谐振电路
上图所示电路是一个LC谐振电路，由一个完全充电的电容和一个完全断电的电感组成。电感的电阻必须尽可能低(理想情况下为零)。
如果充电的电容连接到电阻，电容的能量会被电阻消耗，电流最终会停止流动。
但在这种情况下，这个电容(储存电能)连接到一个电阻非常低的电感(储存磁能)。因此，当电感开始从电容吸取能量时，它开始被激励，其能量增加，进而使电容放电。
当电感完全通电时，电容失去所有能量。电感器将通过存储在电容器中的能量开始给电容器充电。从电容到电感和从电感到电容的能量转移继续进行。
这种从一个器件到另一个器件的连续能量转移通常被称为LC振荡。下图显示了LC振荡器的原理。
LC振荡电路原理动画
LC振荡电路的原理和功能
当一个完全通电的电容接在一个断电的电感上，整个电路的所有能量都只在电容上，电感的能量为零。
我们把电容中储存的能量(电能)表示为(U_E)，电感中储存的能量(磁能)表示为(U_B)。下图描述了LC振荡的原理电路图。
LC振荡电路原理图
电流开始从电容流向电器，电感开始通电，电开始放电。电感器的能量开始增加，电容器的能量开始减少。下图描述了LC振荡的原理电路图。
电路图底部的条形图显示，此时电感存储的能量有一半等于电容的能量，也就是说电容已经将一半的能量转移给了电感。
LC振荡电路原理图
现在，一旦电容完全放电，电容的所有能量都会转移到电感。因此，所有的电能都转化为磁能。下图描述了LC振荡的原理电路图。
LC振荡电路图原理图
由于电容完全放电，电感完全通电，电感现在开始以相同方向的电流对电容充电。下图描述了LC振荡的原理电路图。
现在电感已经将一半的能量转移到了电容上。
LC振荡电路图原理
最后，电容器将再次完全充电，电感器将完全通电。但是现在电容器不同了，因为它的极性相反。下图描述了LC振荡的原理电路图。
因此，如果电流再次从电容器流入电路，它将向相反的方向流动。由于电路中的电流现在具有相反的电流，我们可以说它已经完成了交流周期的前半部分，并开始了后半部分。
LC振荡电路图原理
因此，当整个周期完成时，电容器和电感器将被完全充电两次。
基本LC振荡电路
电路sho
充电后的电容器现在与感应线圈并联，因此电容器开始通过线圈放电。随着通过线圈的电流开始上升，C上的电压开始下降。
这种上升的电流在线圈周围产生一个电磁场，阻止这种电流的流动。当电容C完全释放出原来储存在电容中的能量时，C现在作为静电场储存在感应线圈中，L是线圈绕组周围的电磁场。
由于电路中没有外部电压来维持线圈中的电流，随着电磁场开始崩溃，电流开始下降。线圈中感应出一个反电动势(e=-Ldi/dt)，使电流保持原来的方向流动。
该电流以与其原始电荷相反的极性对电容器c充电。c继续充电，直到电流降到零，线圈的电磁场完全崩溃。
LC振荡电路
最初通过开关引入电路的能量返回到电容器，电容器再次具有静电电压电势，尽管现在它具有相反的极性。电容器现在开始通过线圈再次放电，整个过程重复进行。当能量在电容和电感之间来回传递时，电压的极性会改变，从而产生交流正弦电压和电流波形。
这个过程形成了LC振荡电路的基础，理论上这个循环会无限延续下去。然而，事情并不完美。每次能量从电容C传输到电感L，再从L传输回C，都会有一些能量损失。随着时间的推移，振荡衰减将为零。
如果不是电路中的能量损耗，这种在电容C和电感L之间来回传递能量的振荡效应会无限延续下去。电能在DC或感应线圈的实际电阻中、在电容器的电介质中和在电路的辐射中损失，因此振荡稳定地减少，直到它们完全消失并且过程停止。
在实际的LC电路中，振荡电压的幅度将每半个振荡周期减小，并最终消失为零。那么这种振荡就叫做“阻尼”，阻尼的大小是由电路的品质或Q值决定的。
LC振荡电路-阻尼振荡
振荡电压的频率取决于LC谐振电路中的电感和电容。我们现在知道，如果谐振电路中发生谐振，必然存在一个频率点，即X C的值，容抗与X L的值相同，感抗(X L=X C)因此，这将相互抵消，仅在电路中留下DC电阻来阻止电流流动。
LC振荡电路-谐振频率
如果我们现在把电感的感抗曲线放在容抗曲线的顶部，使两条曲线在同一频率轴上，那么交点就为我们提供了谐振频率点，(r或r)，如下图所示。
LC振荡频率
其中：r以赫兹为单位，l以亨利为单位，c以法拉为单位。
那么这种情况下的LC振荡频率公式如下：
LC振荡频率公式
然后，通过简化上述等式，我们得到调谐LC电路中谐振频率r的最终等式：
LC振荡电路- LC振荡频率公式
LC频率振荡公式
l是亨利中的电感。
c是电容，单位为法拉。
r是输出频率，单位为赫兹。
这个等式表明，如果l或c减小，频率就会增加。该输出频率通常以(r)的缩写形式给出，以将其识别为“谐振频率”。
为了保持LC谐振电路中的振荡，我们必须补偿每次振荡中损失的所有能量，并使这些振荡的振幅保持在恒定水平。因此，替换的能量必须等于每个循环中损失的能量。
如果替换的能量太大，幅度将增加，直到发生电源轨削波。或者，如果替代的能量太小，随着时间的推移，振幅最终会减小到零，振荡也就停止了。
弥补这种能量损失的最简单方法是从LC谐振电路获得部分输出，将其放大，然后再次反馈给LC电路。
基本晶体管LC振荡器电路
上述过程可以通过使用电压放大器来实现，该电压放大器使用运算放大器、FET或双极晶体管作为其有源器件。然而，如果反馈放大器的环路增益太小，则需要
为了产生恒定的振荡，必须精确控制反馈到LC网络的能量水平。然后，当幅度试图从基准电压上下变化时，必须有某种形式的自动幅度或增益控制。
为了保持稳定的振荡，电路的总增益必须等于1或1。振荡少了不会启动或者消失到零，振荡多了，但是幅度会被电源轨削波，导致失真。如下图所示。
晶体管LC振荡电路
双极晶体管用作LC振荡放大器，调谐LC谐振电路用作集电极负载。另一个线圈L2连接在晶体管的基极和发射极之间，其电磁场与线圈L的电磁场“相互”耦合.
基本晶体管LC振荡电路的工作原理
两个电路之间存在“互感”，一个线圈电路中流动的变化电流通过电磁感应在另一个电路中感应出电势电压(变压器效应)，于是调谐电路中发生振荡，电磁能量从线圈L传递到线圈L2，在晶体管的基极和发射极之间施加与调谐电路中频率相同的电压。这样，必要的自动反馈电压被施加到放大器晶体管。
可以通过改变两个线圈L和L2之间的耦合来增加或减少反馈量。当电路振荡时，其阻抗是阻性的，集电极和基极电压相差180度。为了保持振荡(称为频率稳定性)，施加到调谐电路的电压必须与调谐电路中发生的振荡“同相”。
因此，我们必须在集电极和基极之间的反馈路径中引入额外的180度相移。这是通过以相对于线圈L的正确方向缠绕L2线圈，从而为我们提供振荡器电路的正确幅度和相位关系，或者通过在放大器的输出和输入之间连接相移网络来实现的。
所以LC振荡器是比较常见的“正弦振荡器”或“谐振子”。LC振荡器可以产生用于射频(RF)类型应用的高频正弦波，晶体管放大器是双极晶体管或FET。
有许多不同形式的谐振子，因为有许多不同的方法来构建LC滤波器网络和放大器。最常见的有Hartley振荡器、Colpitts振荡器、Clapp振荡器和Armstrong振荡器。其中有些已经详细谈过了。可以点击下面的标题直接跳转。
LC振荡电路示例
一个200mH电感和一个10pF电容并联构成一个LC振荡环路。计算振荡频率。
从上面的例子可以看出，通过减小电容C或电感的值，L会有提高LC振荡电路振荡频率的作用。
LC振荡电路的优点
具有高相位稳定性的LC振荡电路在高频下产生良好的稳定性。
反馈网络中的电感和电容导致的低噪声。
高品质因数与其他振荡器相比，LC振荡器具有高品质因数。
LC振荡电路的缺点
温度变化会影响电路的晶体管、电容、电阻、电源电压、电感等元件。
由于电路中包含各种元件，振荡器的工作频率不是恒定的。
如果反馈电路中的任何元件发生变化，工作频率也可能发生变化。
它不适合低频。在低频时，电容和电感不能很好地工作，导致电路不稳定。
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