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LC串联谐振电路重要特性
发布时间:2011-9-15 9:32:10 访问次数:3888
    LC串联谐振电路是LC谐振电路中的另一种谐振电路。图4-59所示是LC串联谐振电路。电路中的Rl是线圈Ll的直流电阻，也是这一LC串联谐振电路的阻尼电阻，电阻器是一个耗能元件，它在这里要消耗谐振信号的能量。Ll与Cl串联后再与信号源Us相并联，这里的信号源是一个恒压源。   W04MB0

    在LC串联谐振电路中，电阻Rl的阻值越小，对谐振信号的能量消耗越小，谐振电路的品质也越好，电路的Q值也越高；当电路中的电感Ll越大，存储的磁能越多，在电路损耗一定时谐振电路的品质也越好，电路的Q值也越高。
    电路中，信号源与LC串联谐振电路之间不存在能量间的相互转换，只是电容Cl和电感Ll之间存在电能和磁能之间的相互转换。外加的输入信号只是补充由于电阻Rl消耗电能而损耗的信号能量。
    LC串联谐振电路的谐振频率计算公式与并联谐振电路一样。
   1．LC串联电路阻抗特性   
    图4-60所示是LC串联谐振电路阻抗特性曲线。

    阻抗特性分析要将输入信号频率分成多种情况进行。
    (1)输入信号频率等于谐振频率fo。当输入信号频率等于LC串联谐振电路的谐振频率fo时电路发生串联谐振，串联谐振时电路的阻抗最小且为纯阻性（不为容性也不为感性），如图4-61所示，其值为R1（纯阻性）。

    当信导频率偏离LC谐振电路的谐振频率时，电路的阻抗要增大，且频率偏离的量越大，电路的阻抗就越大，这一点恰好是与LC并联谐振电路相反的。
    要记住：串联谐振时电路的阻抗最小。
    (2)输入信号频率高于谐振频率fo。当输入信号频率高于谐振频率时，LC串联谐振电路为感性，相当于一个电感（电感量大小不等于L1），如图4-62所示。

    这一点可以这样理解：在Ll和Cl串联电路中，当信号频率高于谐振频率之后，由于频率升高，Cl的容抗减小，而Ll的感抗却增大，在串联电路中起主要作用的是阻抗大的一个元件，’这样Ll起主要作用，因此在输入信号频率高于谐振频率之后，LC串联谐振电路等效于一个电感。
   (3)输入信号频率低于谐振频率五。当输入信号频率低于谐振频率时，LC串联谐振电路为容性，相当于一个电容（容量大小不等于C1），如图4-63所示。

    这一点可以这样理解：当信号频率低于谐振频率之后，由于频率降低，Cl的容抗增大，而Ll的感抗却减小，这样在串联电路中起主要作用的是电容Cl，因此在输入信号频率低于谐振频率时，LC串联谐振电路等效于一个电容。
    2．品质因数Q
    图4-64所示是LC串联谐振电路阻抗与Q值之间关系的示意图。图中三条阻抗曲线中，Qi曲线的品质因数最大，Q2曲线其次，Q3曲线最小，Q值越大曲线越尖锐，谐振时的电路阻抗越小，流过串联谐振电路的信号电流越大。

    LC串联谐振电路的频带特性与并联谐振电路是一样的，也是谐振电路的Q值越大，频带越窄，反之则越宽。

锁相环CC4046为数字PLL，内有两个PD、VCO、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。它具有电源电压范围宽、功耗低、输入阻抗高等优点，其工作频率达1MHz，内部VCO 产生50% 占空比的方波，输出电平可与TTL电平或CMOS 电平兼容。同时，它还具有相位锁定状态指示功能。
信号输入端：允许输入0.1V左右的小信号或方波，经A1放大和整形，提供满足PD要求的方波。 PDI由异或门构成，具有三角形鉴相特性。它要求两个输入信号均为50%占空比的方波。当无输入信号时，其输出电压为VDD/2，用以确定VCO的自由振荡频率PDI由异或门构成，具有三角形鉴相特性。它要求两个输入信号均为50%占空比的方波。当无输入信号时，其输出电压为VDD/2，用以确定VCO的自由振荡频率。通常输入信噪比以及固有频差较小时采用PDI，输入信噪比较高或固有频差较大时，采用PDⅡ 。R1 、R2、C确定VCO 频率范围。R1控制最高频率，R2控制最低频率。 R2=∞时，最低频率为零。无输入信号时， PDⅡ 将VCO调整到最低频率。
锁相环CD4046的一个重要功能是：内部压迫、控振荡器的输出信号从第4脚输出后引至第3脚输入，与从第14脚输入的外部基准频率信号和相位的比较。当两者频率相同时同，压控振荡器的频率能自动调整，直到与基准频率相同。
CD4046引脚图
Absolute Maximum Ratings 绝对最大额定值：
DC Supply Voltage 直流供电电压 (VDD) −0.5 to +18 VDC
Input Voltage输入电压 (VIN) −0.5 to VDD +0.5 VDC
Storage Temperature Range储存温度范围 (TS) −65℃ to +150℃
Power Dissipation功耗 (PD)
Dual-In-Line 普通双列封装 700 mW
Small Outline 小外形封装 500 mW
焊接温度(TL)（焊接10秒） 260℃
Recommended Operating Conditions 建议操作条件：DC Supply Voltage 直流供电电压 (VDD) 3 to 15 VDC

Input Voltage输入电压 (VIN) 0 to VDD VDC
Operating Temperature Range工作温度范围 (TA) −55℃ to +125℃
引脚号 名 称 功 能
PH11 14 相位比较器输入端（基准信号输入 ），相位比较器输入信号，输入允许将0.1V左右的小信号或方波信号在内部放大并再经过整形电路后，输出至相位比较器。
PH12 3 相位比较器输入端（比较信号输入） 通常PD来自VCO的参考信号。
PH01 2 PDⅠ输出端 相位比较器1输出的相位差信号，它采用异或门结构，即鉴相特性为 。
PH02 13 PDⅡ输出端 相位比较器Ⅱ的输出端，它采用，上升沿控制逻辑。
PH03 1 输出端（相位脉冲输出） 相位比较器2输出的相位差信号，为上升沿控制逻辑。环路人锁时为高电平，环路失锁时为低电平
VC01 9 压控振荡器的控制端。
VC00 4 压控振荡器输出端
INH 5 VCO禁止端，1有效 控制信号输入，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。
R1 11 VCO外接电阻R1
R2 12 VCO外接电阻R2
C1 6，7 并接振荡电容C1，以控制VCO的振荡频率。
DEM0 10 解调信号输出端
15ap 内部独立的齐纳稳压二极管负极。
<>CD4046引脚功能说明介绍：
DC Electrical Characteristics 直流电气特性：Symbol 符号 Parameter 参数 Conditions 条件 −55℃ +25℃ +125℃ Units 单位
最小 最大 最小 典型 最大 最小 最大
IDD Quiescent Device Current静态电流 Pin5 = VDD, Pin14 = VDD, Pin3,9 = VSS
VDD = 5V 5 0.005 5 150 μA
VDD = 10V 10 0.01 10 300
VDD = 15V 20 0.015 20 600
Pin5=VDD, Pin14=Open,Pin3, 9=VSS
VDD = 5V 45 5 35 185 μA
VDD = 10V 450 20 350 650
VDD = 15V 1200 50 900 1500
VOL LOW Level Output Voltage 输出低电平电压 VDD = 5V 0.05 0 0.05 0.05 V
VDD = 10V 0.05 0 0.05 0.05
VDD = 15V 0.05 0 0.05 0.05
VOH HIGH Level Output Voltage 输出高电平电压 VDD = 5V 4.95 4.95 5 4.95 V
VDD = 10V 9.95 9.95 10 9.95
VDD = 15V 14.95 14.95 15 14.95
VIL 输入低电平电压 比较器和信号 VDD=5V,VO=0.5V or 4.5V 1.5 2.25 1.5 1.5 V
VDD = 10V, VO = 1V or 9V 3.0 4.5 3.0 3.0
VDD = 15V, VO = 1.5V or 13.5V 4.0 6.25 4.0 4.0
VIH 输入高电平电压比较器和信号 VDD = 5V, VO = 0.5V or 4.5V 3.5 3.5 2.75 3.5 V
VDD = 10V, VO = 1V or 9V 7.0 7.0 5.5 7.0
VDD = 15V, VO = 1.5V or 13.5V 11.0 11.0 8.25 11.0
IOL LOW Level Output Current 输出低电平电流 (Note 4) VDD=5V, VO = 0.4V 0.64 0.51 0.88 0.36 mA
VDD=10V, VO = 0.5V 1.6 1.3 2.25 0.9
VDD=15V, VO = 1.5V 4.2 3.4 8.8 2.4
IOH HIGH Level Output Current 输出高电平电流(Note 4) VDD=5V, VO = 4.6V −0.64 −0.51 −0.88 −036 mA
VDD=10V,VO = 9.5V −1.6 −1.3 −2.25 −0.9
VDD=15V,VO = 13.5V −4.2 −3.4 −8.8 −2.4
IIN Input Current 输入电流 All Inputs Except Signal Input
VDD = 15V, VIN =0V −0.1 −10−5 −0.1 −1.0 μA
VDD=15V, VIN = 15V 0.1 10−5 0.1 1.0
CIN Input Capacitance 输入电容 Any Input (Note 3) 7.5 pF
PT Total Power Dissipation 总功率耗散 fo = 10 kHz, R1 = 1MΩ, R2 =∞, VCOIN = VCC/2 mW
VDD = 5V 0.07
VDD = 10V 0.6
VDD = 15V 2.4
AC Electrical Characteristics 交流电气特性：Symbol 符号 Parameter 参数 Conditions 条件 最小 典型 最大 Units 单位
VCO SECTION
IDD Operating Current 工作电流 fo =10kHz, R1 =1MΩ, R2 =∞, VCOIN = VCC/2
VDD = 5V 20 μA
VDD = 10V 90
VDD = 15V 200
fMAX Maximum Operating Frequency 最高工作频率 C1 = 50pF, R1 = 10kΩ, R2 =∞, VCOIN = VDD
VDD = 5V 0.4 0.8 MHz
VDD = 10V 0.6 1.2
VDD = 15V 1.0 1.6
Linearity 线性 VCOIN = 2.5V ± 0.3V, R1 ≥ 10 kΩ, VDD = 5V 1 %
VCOIN = 5V ± 2.5V, R1 ≥ 400 kΩ, VDD = 10V 1
VCOIN = 7.5V ± 5V, R1 ≥ 1 MΩ, VDD = 15V 1
Temperature-Frequency Stability No Frequency Offset, fMIN = 0 %/℃ < 5c1/f.VDD R2 ∞
VDD = 5V 0.12–0.24 %/℃
VDD = 10V 0.04–0.08
VDD = 15V 0.015–0.03
Frequency Offset,频偏fMIN≠ 0 VDD = 5V 0.06–0.12 %/℃
VDD = 10V 0.05–0.1
VDD = 15V 0.03–0.06
VCOIN Input Resistance 输入电阻 VDD = 5V 106 MΩ
VDD = 10V 106
VDD = 15V 106
VCO Output Duty Cycle 输出占空比 VDD = 5V 50 %
VDD = 10V 50
VDD = 15V 50
tTHL VCO Output Transition Time VCO的输出过渡期 VDD = 5V 90 200 ns
VDD = 10V 50 100
VDD = 15V 45 80
PHASE COMPARATORS SECTION
RIN 信号输入输入电阻　 VDD = 5V 1 3 MΩ
VDD = 10V 0.2 0.7
VDD = 15V 0.1 0.3
Comparator Input 比较器输入 VDD = 5V 106 MΩ
VDD = 10V 106
VDD = 15V 106
AC-Coupled Signal Input Voltage Sensitivity AC耦合信号输入电压灵敏度 CSERIES = 1000pF f =50kHz
VDD = 5V 200 400 mV
VDD = 10V 400 800
VDD = 15V 700 1400
AC Electrical Characteristics 交流电气特性：Symbol 符号 Parameter 参数 Conditions 条件 最小 典型 最大 Units 单位
VCOIN− VDEM Offset Voltage 偏移电压 RS ≥ 10 kΩ, VDD = 5V 1.50 2.2 V
RS ≥ 10 kΩ, VDD= 10V 1.50 2.2
RS ≥ 50 kΩ, VDD = 15V 1.50 2.2
Linearity 线性 RS ≥ 50kΩ
VCOIN = 2.5V ± 0.3V, VDD 5V 0.1 %
VCOIN = 5V ± 2.5V, VDD = 10V 0.6
VCOIN = 7.5V ± 5V, VDD = 15V 0.8
ZENER DIODE
VZ Zener Diode Voltage 稳压二极管电压 IZ = 50μA 6.3 7.0 7.7 V
RZ >Zener Dynamic Resistance 稳压动态电阻< IZ = 1mA 100 Ω

相比较状态图