通信電子電路中的LC并聯諧振回路

摘 要：LC并聯諧振回路是通信電子電路中常用的單元電路。通過電路分析得出它的幅頻特性與相頻特性，認為它在通信電子電路中的應用主要有三種類型，即放大器的選頻匹配網絡、反饋式正弦波振蕩器的選頻反饋網絡、調制與解調電路中的幅頻變換及頻相轉換器件。

關鍵詞：LC并聯諧振回路； 幅頻特性； 相頻特性； 正弦波振蕩器

中圖分類號：TN713+.2-34 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)17-0190-03

LC Parallel Resonant Circuit in Communication Electronic Circuits

CUI Xiao1， ZHANG Song-wei2

(1. Zhengzhou Normal University， Zhengzhou 450044， China；

2. Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management， Zhengzhou 450015， China)

Abstract： LC parallel resonant circuit is an unit circuit commonly used in communication electronic circuits. Its amplitude-frequency and phase-frequency characteristics were obtained by circuit analysis. The three main applications in communications electronic circuits are regarded as the frequency selection and matching network of amplifier， the frequency selection and feedback network of the sine wave oscillator， and the amplitude-frequency and frequency-phase converters in modulation and demodulation circuit.

Keywords： LC parallel resonant circuit; amplitude-frequency characteristic; phase-frequency characteristic; sine wave oscillator

LC并聯諧振回路是由電感線圈L、電容器C與外加信號源相互并聯組成的振蕩電路。在不同工作頻率的信號激勵下，LC并聯諧振回路表現出不同的阻抗幅頻特性和相頻特性。在通信電子電路中，它是一種應用非常靈活的單元電路，在放大器、混頻器、正弦波振蕩器以及調制與解調等功能電路中， LC并聯諧振回路充當著不同的角色。

1 LC并聯諧振回路阻抗的幅頻特性和相頻特性

圖1所示為典型的LC并聯諧振回路。其中，r代表線圈L的等效損耗電阻。

1.1 諧振

根據回路諧振時，其等效阻抗為純電阻，可以得到諧振時ω0L=1/(ω0C)，由此求得諧振頻率ω0=1/LC，或者f0=12πLC。

此時，并聯諧振回路的電壓與電流同相，電阻RP是純電阻，并達到最大值。

1.2 失諧

通常，諧振回路主要工作在其諧振頻率ω0的附近，因此，研究其失諧特性也主要研究其在ω0附近的頻率特性。在高頻電路中，當ω十分接近ω0時，設Δω=ω－ω0，式(2)可變換為:

1.3 LC并聯諧振回路阻抗特性總結

由上述分析可知，LC并聯諧振回路的主要特點是：

(1) 當ω=ω0時，回路發生諧振，此時回路阻抗為最大值，是純電阻，相移為0；當ω<ω0時，回路失諧，此時回路呈感性，相移為正，且最大值趨于90°;當ω>ω0時，回路失諧，此時回路呈容性，相移為負，且最大值趨于-90°。

(2) 它的相頻特性曲線位于第二、四象限，在中心頻率附近相頻特性曲線具有負斜率。

2 LC并聯諧振回路在通信電子電路中的應用

LC并聯諧振回路在通信電子電路中的應用由它的特點決定。具體說來，主要包括三大類，其一是工作于諧振狀態，作為選頻網絡應用，此時呈現為大的電阻，在電流的激勵下輸出較大的電壓；其二是工作于失諧狀態，此時呈現為感性或容性，與電路中其他電感和電容一起，滿足三點式振蕩電路的振蕩條件，形成正弦波振蕩器；其三是工作于失諧狀態，即工作于幅頻特性曲線或相頻特性曲線的一側，實現幅頻變換、頻幅變換以及頻相變換、相頻變換，構成角度調制與解調電路。

2.1 用作選頻匹配網絡的LC并聯諧振回路

選頻即從輸入信號中選擇出有用頻率分量而抑制掉無用頻率分量或噪聲。在通信電子電路中，LC并聯諧振回路作為選頻網絡而使用是最普遍的，它廣泛地應用于高頻小信號放大器、丙類高頻功率放大器、混頻器等電路中。這些電路的共同特點是：LC諧振回路不僅是一種選頻網絡，通過變壓器連接方式，還起到阻抗變換的作用，減小放大管或負載對諧振回路的影響，可獲得較好的選擇性。

由于LC并聯諧振回路作為選頻網絡使用時功能相似，本文著重介紹高頻小信號諧振放大器。高頻小信號選頻放大器用來從眾多的微弱信號中選出有用頻率信號加以放大，并對其他無用頻率信號予以抑制，它廣泛應用于通信設備的接收機中。單調諧放大器電路及交流通路，如圖3所示。

在圖3中，LC并聯諧振回路作為晶體管集電極負載，它調諧于放大器的中心頻率。在聯接方式上，LC回路通過自耦變壓器與本級集電極電路進行聯接，與下一級的聯接則采用變壓器耦合。

其作用是：通過自耦變壓器耦合形式可將集電極所要求的負載變換成較大的負載，從而減小對LC并聯諧振回路中品質因數的影響；與下一級的變壓器耦合聯接則可以減小下一級晶體管輸入導納YL對LC諧振回路的影響，同時，適當選擇初級線圈的抽頭位置以及初次級線圈的匝數比，可使負載導納與晶體管的輸出導納相匹配，以獲得較大的功率增益。

2.2 正弦波振蕩器中使用的LC并聯諧振回路

正弦波振蕩器在通信電路中有著廣泛的應用，如無線電通信、廣播、電視設備中用來產生所需要的載波和本機振蕩信號。反饋振蕩器是一種常用的正弦波振蕩器，LC并聯諧振回路在正弦波振蕩器中有兩類應用：一是作為變壓器耦合LC振蕩器或者三點式振蕩器的選頻反饋網絡；二是在石英晶體泛音振蕩器中作為電容和晶體等共同構成三點式振蕩器。

2.2.1 作為正弦波振蕩器選頻反饋網絡的LC并聯諧振回路

如圖4所示，圖4(a)為共基極變壓器反饋式LC振蕩器，圖4(b)是三點式振蕩器電路的基本形式。

在這類反饋振蕩器電路中，把反饋電壓作為輸入電壓，LC并聯諧振回路主要作為選頻反饋網絡使用。輸出端的信號被反饋至輸入端，且反饋信號與輸入信號相位相同，形成閉環正反饋，從而不需要外加信號激勵就可產生輸出信號，產生自激振蕩。

在滿足振蕩起振相位條件的同時，LC振蕩器還可實現相位穩定，當相位平衡條件被破壞時，在LC振蕩器的作用下，線路能重新建立起相位平衡點。這是由于相位穩定條件和頻率穩定條件實質上是一回事，因為ω=dφdt，相位的變化必然引起頻率的變化，相位超前導致頻率升高，相位滯后導致頻率降低，因此頻率隨相位變化可表示為dωdφ>0。

振蕩器的選頻網絡采用LC并聯諧振回路，由圖2(b)可知，在振蕩頻率附近，它具有負的斜率，即頻率與相位的變化趨勢相反。當振蕩頻率發生變化的同時，LC諧振回路中產生一個新的相位，用以抵消這個由于外界原因引起的變化，從而保持相位平衡點的穩定。

2.2.2 作為電容構成泛音晶體振蕩器的LC并聯諧振回路

在外加交變電壓的作用下，石英晶片產生的機械振動中，除了基頻的機械振動外，還有許多奇次頻率的泛音。當需要工作頻率很高的晶體振蕩器時，多使用泛音晶體振蕩器。圖5所示為泛音晶體振蕩器。

圖5中石英晶體與CL支路呈電感特性，以石英晶體、C2以及L1C1回路一起構成三點式振蕩器，根據三點式振蕩器的組成原則(射同它異)，L1C1諧振回路應呈容性。假定圖中石英晶體工作在5次泛音頻率上，標稱頻率為5 MHz，為了抑制基頻和3次泛音的寄生振蕩，L1C1回路應調諧在3次和5次泛音頻率之間，即3~5 MHz之間。由圖5(b)所示的L1C1諧振回路電抗特性曲線可知，對于5次泛音頻率5 MHz，L1C1回路呈容性，電路滿足三點式振蕩條件，可以振蕩。對于小于L1C1回路諧振頻率的基波和3次諧波，回路呈電感特性，不符合射同它異的組成原則，不能產生振蕩。對于7次及7次以上的泛音，雖然L1C1回路也呈容性，但此時的等效電容過大，振幅起振條件不能滿足，振蕩也無法產生。

2.3 實現幅頻變換和頻相轉換功能的LC并聯諧振回路

LC并聯諧振回路阻抗的相頻特性是一條具有負斜率的單調變化曲線，利用曲線中，線性部分可以進行頻率與相位的線性轉換，這主要應用在相位鑒頻電路中；同樣，LC并聯諧振回路阻抗的幅頻特性曲線中的線性部分也可以進行頻率與幅度的線性轉換，因而在斜率鑒頻電路中也得到了應用。

以斜率鑒頻器為例，如圖6所示，圖6(a)是諧振回路的輸入電流與輸出電壓。圖6(b)是其中的頻率-振幅變換原理。圖6(c)為單失諧回路鑒頻器原理圖。

調頻信號的電流是等幅、頻率隨調制信號變化的電流。當此電流通過斜率鑒頻器的頻率-振幅變換網絡時，由于LC并聯諧振網絡的中心頻率為f0，輸入的高頻信號使LC網絡一直處于失諧狀態，即工作于諧振曲線上以A為中心的BC之間的區域。當輸入信號頻率增大時，工作點由A向C移動，對應的輸出電壓由Uma減小為Umc；反之，當輸入信號頻率減小時，工作點由A向B移動，對應的輸出電壓由Uma增大為Umb。當輸入信號最大頻偏Δfm變化不大時，線段BC很短，可近似看作直線，因此它所產生的頻率-振幅變換作用是線性，輸出電壓振幅的變化與輸入信號頻率的變化呈線性關系。因此網絡可以將等幅的調頻信號變成調幅-調頻信號，該信號再經過二極管包絡檢波器就能夠解調出輸出信號。

3 結 語

LC并聯諧振回路是通信電子電路中經常用到的單元電路，理解它在不同情況下所表現出來的特性，靈活掌握它的應用，對于分析整個電路的性能具有重要作用。

參 考 文 獻

［1］顧寶良.通信電子線路［M］.2版.北京：電子工業出版社，2007.

［2］朱華光，朱瑋瑋.RLC串聯諧振電路的實驗研究［J］.現代電子技術，2010，33(21):199-202.

［3］吳慎山.高頻電子線路［M］.北京：電子工業出版社，2007.

［4］侯麗敏.通信電子線路［M］.北京：清華大學出版社，2008.

［5］李小珉，許炎義，解鋒，等.LC振蕩器教學難點解析［J］.電氣電子教學學報，2010，32(5)：58-59.

［6］陽昌漢.高頻電子線路［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［7］曾興雯.高頻電子線路［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［8］張肅文.高頻電子線路［M］.5版.北京：高等教育出版社，2009.

［9］于洪珍.通信電子電路［M］.北京：清華大學出版社，2005.

［10］余萍，李然，賈惠彬.通信電子電路［M］.北京：清華大學出版社，2010.

作者簡介：

崔 曉 女，1972年出生，河南孟州人，講師，碩士。主要從事通信信號處理的研究工作。

張松煒 男，1971年出生，河南義馬人，講師，碩士。主要從事通信網與信令技術及弱信號檢測與處理的研究工作。