很多應(yīng)用中都要用到寬范圍可 調(diào)的 LC 振蕩器，它能夠在電路輸出負(fù)載變化時(shí)提供近似恒定的頻率、幾乎無(wú)諧波的輸出。從設(shè)計(jì)觀點(diǎn)看，省去感性或容性 LC 電路抽頭以及省掉與頻率確定電路中的變壓器耦合可以簡(jiǎn)化制造與生產(chǎn)過(guò)程，就像將調(diào)諧 LC 電路一側(cè)接地一樣。這些需求形成了一種可自動(dòng)和有效地進(jìn)行內(nèi)部環(huán)路增益調(diào)整的電路，它是振蕩的基本原則。另外，電路必須提供足夠的增益才能使低阻抗的 LC 電路起振，并調(diào)整振蕩的幅度，以提高頻率穩(wěn)定性，減小 THD（總諧波失真）。

      設(shè)計(jì)師嘗試用許多電路拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)目標(biāo)，有些還是非常復(fù)雜的，但有一種有源器件的基本特性能夠幫助設(shè)計(jì)師從一個(gè)簡(jiǎn)單振蕩電路那里獲得可接受的性能。圖 1 顯示的是一個(gè)基本 LC 振蕩器配置。放大器作為一個(gè)非反相的壓控電流源運(yùn)行。LC 電路將放大器的輸出電流 IOUT 轉(zhuǎn)換為電壓 VIN，并將其加到放大器的輸入端。公式 1 示出了振蕩的有效條件：

      在此公式中，AO 代表總電壓放大率，RD 表示 LC 電路在諧振頻率處的動(dòng)態(tài)電阻。在實(shí)際電路中，RD 的值依賴于 LC 電路的特性，因此可以在一個(gè)寬的范圍內(nèi)作選擇。另外，公式 1 亦假設(shè)為一個(gè)理想放大器，即其特性與頻率無(wú)關(guān)。

      從圖 1 和公式 1 可以看到存在的基本設(shè)計(jì)問(wèn)題：如果電路在寬頻率范圍內(nèi)的運(yùn)行需要使用具有寬變化范圍的RD值的多個(gè) LC 電路，則放大器的特性也必須能在寬范圍內(nèi)調(diào)整。你可以調(diào)整放大率來(lái)滿足最差 LC 電路對(duì)增益的限制條件，而在過(guò)驅(qū)動(dòng)條件下依靠器件的非線性來(lái)降低放大倍數(shù)。但是，過(guò)驅(qū)動(dòng)放大器的輸入、輸出差分電阻可以降低到只有最理想高阻值的一小部分。其次，大量非線性失真會(huì)損害頻率的穩(wěn)定性。另外，這些影響在很大程度上取決于放大器的電源電壓，如果供電電壓隨負(fù)載變化，也會(huì)造成頻率穩(wěn)定性的惡化。

      在圖1所示放大器框中不同的振蕩電路使用了不同的設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的共射或共源晶體管級(jí)有兩個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：首先，它是一個(gè)反相放大器；其次，其輸出不是一個(gè)好的電流源，特別是當(dāng)嚴(yán)重過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)。避免這些問(wèn)題的辦法包括采用變壓器耦合或在 LC 電路上提供阻抗匹配的抽頭，兩種方法都會(huì)使設(shè)計(jì)復(fù)雜化，而且也只能解決部分問(wèn)題。

      圖 2 所示是另一種振蕩器拓?fù)洌捎脙芍患?jí)聯(lián)的非反相放大器，A1 和 A2，作為電壓-電流變換器（壓控電流源）。在電路中，耦合電阻器 RS 將放大器 A1 的輸出電流 IIN 變換為電壓 VIN，并驅(qū)動(dòng)第二級(jí) A2。調(diào)諧電路的動(dòng)態(tài)電阻將 A2 的輸出電流變換為輸出電壓 V22，并將其反饋至 A1 的輸入端，完成正反饋回路。公式 2 是總環(huán)路放大率 ATOTAL：

      式中，RD=QωL，RD是諧振頻率為 ω 時(shí) LC 電路的動(dòng)態(tài)電阻，Q 是 LC 電路的品質(zhì)因數(shù)，A1 和 A2 分別是兩個(gè)放大級(jí)的等效電壓放大率，而 |y21S1| 和 |y21S2| 則是兩個(gè)放大級(jí)差分正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納的實(shí)數(shù)部分。對(duì)于自振蕩，公式 1 的基本條件 ATOTAL > 1 必須適用于 LC 電路動(dòng)態(tài)電阻 RD 的所有取值。理論上，這一條件沒(méi)有問(wèn)題，但實(shí)際應(yīng)用中卻會(huì)出現(xiàn)電路必須在下列條件運(yùn)行的情況：電感和電容大范圍可調(diào)的 LC 振蕩器；大范圍的調(diào)諧電路品質(zhì)因數(shù) Q（主要由電感確定）；條件 A 與 B 任意組合下的恒定振幅輸出；以及最可能的頻率穩(wěn)定度與供電電壓、負(fù)載的關(guān)系。

      多數(shù) LC 振蕩器電路都不能完全滿足這些要求。一些振蕩器電路可以順序地滿足一些要求，但沒(méi)有一種可以在電路復(fù)雜性不超過(guò)合理限度下滿足所有要求。圖 3 電路從 V22 獲得一個(gè)外部 DC 控制信號(hào)，控制電壓—電流的變換效率，即 A1 和 A2 的放大系數(shù)。為兩個(gè)放大級(jí)增加放大控制可以顯著提高控制的效率。除了起振和持續(xù)振蕩的初始正反饋以外，可以在振蕩電路中增加一個(gè)間接負(fù)反饋通道，以限制 V22 的幅度。為滿足最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)，放大器塊 A1 和 A2 應(yīng)呈現(xiàn)出壓控輸入-輸出特性，并應(yīng)具備線性控制的放大特性（圖 4），而不應(yīng)變換信號(hào)的相位，而且應(yīng)該幾乎沒(méi)有輸入電流。另外，為仿真一個(gè)電流源，A2 應(yīng)呈現(xiàn)盡可能高的差分輸出內(nèi)阻。