第2阶段 LC电路的识读训练
2.2.1 典型LC电路的识读分析
LC电路是一种由电容器和电感器按照一定的方式进行连接的电路。在学习该类电路识读时，应首先认识和了解该类电路的结构形式，其次再结合具体的电路单元弄清楚其电路特点和功能，最后根据其结构特点，再进行识读，以帮助分析和理解整个电子产品电路。
在由电容器和电感器组成的串联或并联电路中，当感抗和容抗相等时，电路成为谐振状态，该电路称为LC谐振电路。LC谐振电路又可分为LC串联谐振电路和LC并联谐振电路两种，如图2-15所示。
图2-15 LC谐振电路的结构形式
1.LC电路的结构
（1）LC串联谐振电路
LC串联谐振电路是指将电感器和电容器串联后形成的，且为谐振状态（关系曲线具有相同的谐振点）的电路。图2-16为LC串联谐振电路的结构及电流和频率的关系曲线。在串联谐振电路中，当信号接近特定的频率时，电路中的电流达到最大，电感器L和电容器C上的电压也达到最大。这个频率被称为谐振频率。
图2-16 LC串联谐振电路的结构及电流和频率的关系曲线
图2-17为不同频率信号通过LC串联谐振电路前、后的波形。当输入信号经过LC串联谐振电路时，根据电感通直流隔交流，电容通交流隔直流的特性，频率较高的信号无法通过电感，而直流信号则无法通过电容器。在LC串联谐振电路中，在谐振频率f0处阻抗最小时，此频率的信号很容易通过电容器和电感器输出。此时LC串联谐振电路起到选频的作用。
图2-17 不同频率的信号通过LC串联谐振电路前、后的波形
（2）LC并联谐振电路
LC并联谐振电路是指将电感器和电容器并联后形成的，且为谐振状态（关系曲线具有相同的谐振点）的电路。图2-18为LC并联谐振电路的结构及电流和频率关系曲线。在并联谐振电路中，如果线圈中的电流与电容中的电流相等，则电路就达到了并联谐振状态。在该电路中，除了LC并联部分以外，其他部分的阻抗变化几乎对能量消耗没有影响。因此，这种电路的稳定性好，比串联谐振电路应用的更多。
图2-18 LC并联谐振电路的结构及电流和频率的关系曲线
图2-19为不同频率的信号通过LC并联谐振电路前、后的波形。当输入信号经过LC并联谐振电路时，同样根据电感器通直流隔交流，电容器通交流隔直流的特性，交流信号可以从电容器中通过，而直流信号则通过电感器到达输出端。由于LC回路在谐振频率f0处的阻抗最大，因此谐振频率点的信号不能通过L、C并联在一起的电路。
图2-19 不同频率的信号通过LC并联谐振电路前、后的波形
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串联谐振电路和并联谐振电路的特性见表2-1。
表2-1 串联谐振电路和并联谐振电路的特性
2.LC电路的功能
一般在LC振荡器中就是利用LC谐振的特性，LC振荡器中的有源器件可以是三极管、场效应管，也可以是集成电路。LC振荡器按反馈信号的耦合方式可分为3类，即变压器反馈式LC振荡器、电感反馈振荡器、电容反馈振荡器。其中，电感反馈振荡器又称为电感三点式振荡电路或哈特莱振荡器；电容反馈振荡器又称为电容三点式振荡电路或考毕兹振荡器；电容三点式振荡电路又可以分为串联型改进电容三点式振荡器（克拉泼振荡器）和并联型改进电容三点式振荡器（西勒振荡器）。
（1）变压器反馈式LC振荡电路
图2-20为变压器反馈式LC振荡器电路图。变压器反馈式LC振荡器又称互感耦合振荡器，由谐振放大器和反馈网络两部分组成。本电路采用共发射极放大器，以LC并联谐振电路作为集电极交流负载。当接上电源时，电流流过L1和VT集电极，L2会有感应电流，该电流会反馈到晶体管的基极，由于晶体管的放大作用而形成正反馈，由于L1、C具有选频功能，会形成谐振，振荡频率等于L1、C的谐振频率，振荡信号再通过L1与L3的互感耦合，在负载RL上输出正弦波信号。
变压器反馈式LC振荡电路在广播通信设备中的应用非常广泛，在普通收音机的本机振荡电路中也普遍采用变压器耦合振荡电路。
图2-20 变压器反馈式LC振荡器电路图
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变压器反馈式LC正弦波振荡器的振荡频率f0取决于LC谐振回路的谐振频率，即
该电路的起振条件为
式中，β为晶体管电流的放大倍数；rbe为晶体管的输入电阻；M为变压器的互感；R为谐振回路的总等效损耗电阻。此外，该电路是否起振的关键在于同名端接法。该电路中存在变压器绕组间分布电容和晶体管结电容，振荡频率不能太高，否则波形失真，且频率不稳定，故此电路仅适用于几兆赫至几十兆赫的信号传送。
（2）电感三点式振荡电路
图2-21为电感三点式振荡电路及等效电路。在图2-21（a）中可以看出，放大器采用共基极接法，Rb1、Rb2和Re构成直流偏置电路；Cb为交流旁路电容；Ce用于隔直流，避免发射极e的直流电位经电感接到电源，从而与集电极为等电位，使三极管截止而无法起振。这种电路的LC并联谐振电路中的电感有首端、中间抽头和尾端3个端点，其交流通路分别与电路的集电极、发射极和基极相连。反馈信号取自电感上的电压，因此习惯上将这种电路称为电感三点式振荡电路或电感反馈式振荡电路。
图2-21 电感三点式振荡电路及等效电路
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电感三点式振荡电路的优点是容易起振，输出电压幅度较大，改变电容C的容量可以使振荡频率在较大范围内连续可调，在需要改变频率的场合应用较广。缺点是反馈电压取自电感器L2，它对高次谐波的阻抗大，因而引起振荡回路输出谐波部分增大，输出波形失真度较大。这种电路适用于波形要求不高的场合。
（3）电容三点式振荡电路
图2-22为电容三点式振荡电路及等效电路。图中，采用的振荡管为三极管，Rb1、Rb2和Re构成稳定偏置电路；电容器Cb用于交流旁路；Cc用于隔直流，避免集电极直流电位经电感接到地。由于三极管的3个电极分别与C1、C2的3个引出点相连接（交流电路），故称为电容三点式振荡器。与电感三点式振荡电路一样，电容三点式振荡电路也有LC并联谐振回路。
图2-22 电容三点式振荡电路及等效电路
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电容三点式振荡电路的优点是对高次谐波的阻抗小，可将高次谐波滤除掉，所以输出波形好，振荡频率最高可达100MHz。其缺点是通过调节电容可调节频率，但同时也影响到起振条件，为了保持反馈系数不变，必须同时调节电容C1和C2的容量，较为不便。该电路适用于对波形要求较高而振荡频率固定的场合。
另外，电阻器、电容器和电感器可以组成的RLC串联谐振电路，如图2-23所示。在RLC串联谐振电路中，所有的元件中流动的电流值相等。由于感抗和容抗的欧姆值相等，XL和XC两端的电压值相等并且有180°相位差，因此它们互相抵消，如图2-23（b）所示。因为电感器和电容器的效应相互抵消，所以唯一限制电流的元件就是电阻器，外加电压全部施加在电阻器上。因此可认为此电路实质上是纯电阻电路，电感器的无功功率和电容器的无功功率相抵消。
图2-23 RCL串联谐振电路
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根据输入信号传送到输出信号的频率分量，滤波器可以分为4种：低通、高通、带通和带阻。
①在低通滤波器中，从零到某一个特定截止频率的所有信号可以自由地通过并传输到负载。高频信号被阻止或削弱。
②高通滤波器可阻止从零到某一个特定频率的所有信号，但可让所有高频信号自由通过。
③带通滤波器允许两个限制频率之间所有频率的信号通过，而高于上限或低于下限的频率的信号将被阻止。其简单电路形式及频率响应曲线如图2-24所示。
④带阻滤波器（陷波器）可阻止特定频率带的信号传输到负载。它用于滤除特定限制频率间的所有频率的信号，而高于上限频率或低于下限频率的信号可自由通过。其简单电路形式及频率响应曲线如图2-25所示。
图2-24 带通滤波器简单电路形式及频率响应曲线
图2-25 带阻滤波器简单电路形式及频率响应曲线
2.2.2 LC电路的应用与识读案例训练
1.袖珍式单波段收音机电路中的基本LC电路
袖珍式单波段收音机主要用来收听调幅（AM）广播节目，可将天空中传输的广播信号进行选择，选出欲接收频率的载波后，再对其进行放大和检波，最后经功放还原为声音信号。图2-26为典型的袖珍式单波段收音机电路。
图2-26 典型的袖珍式单波段收音机电路
该电路主要由天线、LC并联谐振电路（L1、VC1）、场效应晶体管放大器及检波和功放电路等部分构成。
由天线感应的中波广播信号经电容C1耦合到电路中，经LC谐振电路选频后，将合适频率的信号送到场效应晶体管的栅极，经放大后由漏极输出。
该电路中接收部分为高频信号的接收电路，一般可选用空气介质的单联可变电容器VC1，VC1为可调电容器，与电感器L1构成LC调谐选台电路，微调电容器（调台旋钮）即可选择不同频率的电台信号。
该信号经场效应管放大后由漏极输出，然后经耦合电容C2送入检波电路，这时的信号为高频载波信号，载波的包络信号就是所传输的声音信号。高频载波信号由二极管检波，信号经过VD1时只剩下正半周的部分。VD1输出的信号送到电位器VR上，其高频信号通过C3短接到地，只有低频信号由电位器输出。概括地说，就是从高频载波上将音频信号（低频）检出来。经放大电路TA7368P进行放大，再驱动扬声器发声或耳机输出。
2.稳压电源电路中的基本LC电路
稳压电源电路是电子产品中比较常见的电路之一。其主要功能是将输入的交流电源经整流和滤波后，变为可用的直流电源为电子产品供电。图2-27为简单的稳压电源电路。
图2-27 简单的稳压电源电路
在该电路中，电感器L与电容器C1、C2组成的基本LC并联电路（又称为π型LC滤波器）具有更强的平滑滤波效果，特别是对滤除高频噪波有更为优异的效果。交流220V电压经变压器和桥式整流电路后，输出的脉动直流电压Ui中的直流成分可通过L，而交流成分绝大部分不能通过L，被C1、C2旁路到地，输出电压Uo则为较纯净的直流电压。