振蕩電路的定義

一個放大電路，在輸入端加上輸入信號的情況下，輸出端才有輸出信號。如果輸入端無外加輸入信號，輸出端仍有一定頻率和幅度的信號輸出，這種現(xiàn)象稱為放大電路的自激振蕩。振蕩電路就是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。它廣泛應用于遙控、通信、自動控制、測量等設備中，也作為模擬電子電路的測試信號。

振蕩電路的工作原理

1、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件

圖1所示的正弦波振蕩電路是一個未加輸入信號的正反饋閉環(huán)電路。若輸出正弦電壓 經(jīng)反饋環(huán)節(jié)產(chǎn)生的反饋電壓 恰好等于放大電路所需的輸入電壓

(幅度相等、相位相同)，即

=

則可在閉環(huán)電路輸出端得到持續(xù)穩(wěn)定的正弦波，如圖1(b)所示。由

=

可得

圖1 正弦波振蕩電路的框圖

式(1)就是產(chǎn)生正弦波振蕩的振蕩條件。式(1)為復數(shù)式，若設

正弦波振蕩條件可用幅度平衡條件和相位平衡條件來表示。

幅度平衡條件

|AF|=1(2)

相位平衡條件

2、正弦波振蕩的建立和穩(wěn)定

一個實際的正弦波振蕩電路的初始信號是由電路內(nèi)部噪聲和瞬態(tài)過程的擾動引起的。通常這些噪聲和擾動的頻譜很寬而幅度很小。為了最終能得到一個穩(wěn)定的正弦信號，首先，必須用一個選頻環(huán)節(jié)把所需頻率的分量從噪聲或擾動信號中挑選出來使其滿足相位平衡條件，而使其他頻率分量不滿足相位平衡條件。其次，為了能使振蕩能夠從小到大建立起來，要求滿足

|AF|》1(4)

式(4)稱為正弦波振蕩的起振條件。

從式(4)可以看到，振蕩建立起來后，信號由小到大不斷增長，不能得到一個穩(wěn)定的正弦波。實際上，信號的幅度最終要受到放大電路非線性的限制，即當幅度逐漸增大時，|A|將逐漸減小，最終使|AF|=1達到幅度平衡條件，從而使正弦波振蕩穩(wěn)定。

3、正弦波振蕩電路的組成

從上述分析可知，正弦波振蕩電路從組成上看必須有以下四個基本環(huán)節(jié)。

(1)放大電路：保證電路能夠由從起振到動態(tài)平衡的過程，是電路獲得一定幅值的輸出量，實現(xiàn)能量的控制。

(2)選頻網(wǎng)絡：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。

(3)正反饋網(wǎng)絡：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。

(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號幅值穩(wěn)定。

在不少實用電路中，常將選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡“合二為一”;而且，對于分立元件放大電路，也不再另加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，而依靠晶體管特性的非線性起到穩(wěn)幅作用。

正弦波振蕩電路常根據(jù)選頻網(wǎng)絡所用元件來命名，分為RC正弦波振蕩電路、LC正弦波振蕩電路和石英晶體正弦波振蕩電路3種類型。RC正弦波振蕩電路振蕩頻率較低，一般在1MHz以下;LC正弦波振蕩電路振蕩頻率較高，一般在1MHz以上;石英晶體正弦波振蕩電路也可以等效為LC正弦波振蕩電路，其特點是振蕩頻率非常穩(wěn)定。

振蕩電路經(jīng)典設計

RC振蕩器

采用RC元件組成的電路作選頻網(wǎng)絡的正弦波振蕩電路，稱為RC振蕩器。按反饋網(wǎng)絡的結構特點，RC振蕩電路可分為RC移相式、RC橋式和雙T式選頻網(wǎng)絡的振蕩電路。其中RC橋式振蕩電路采用RC串并聯(lián)電路作選頻網(wǎng)絡，故又稱RC串并聯(lián)振蕩電路，如圖1-29所示。

這 個電路由兩部分組成，即放大器Au和選頻網(wǎng)絡Fuo Au為集成運算放大器所組成的電壓串聯(lián)負反饋放大器，而Fu則由Zl、Z2組成，同時兼作正反饋網(wǎng)絡。Zl、Z2和Rl、R2正好形成一個四臂電橋，放大 電路的輸入端和輸出端分別接到電橋的兩個對角線上，因此這種RC振蕩電路又稱RC橋式振蕩器。

RC移相式正弦波振蕩電路

RC移相式正弦波振蕩電路是把RC移相網(wǎng)絡作為正弦波振蕩電路的反饋環(huán)節(jié)，如圖l-30所示。該振蕩電路的RC移相網(wǎng)絡提供180°解的相移， 而放大器采用反相輸入比例放大電路，故φa=-180。，φa+φf=0°滿足振蕩的相位條件，只要調節(jié)熱敏電阻Rf，使放大倍數(shù)足以補償反饋網(wǎng)絡引起的 信號幅度衰減，就可以產(chǎn)生正弦波振蕩信號。

變壓器反饋式LC振蕩器

反饋網(wǎng)絡采用變壓器，利用變壓器的一次繞組與電容并聯(lián)組成振蕩回路作選頻網(wǎng)絡，代替晶體管集電極電阻Rc，從變壓器的二次繞組引回反饋電壓并將其加到放大電路的輸入端，電路如圖1-31所示。

變壓器反饋式LC振蕩電路的特點是振蕩頻率調節(jié)方便，容易實現(xiàn)阻抗匹配和達到起振要求，輸出波形一般，頻率穩(wěn)定度不高，產(chǎn)生正弦波信號的頻率為幾千赫至幾十兆赫，一般適用于要求不高的設備。

電感三點式振蕩器

電感三點式振蕩器的典型電路如圖1-32所示。在LC振蕩回路中，電感有一個抽頭使線圈分成兩部分即線圈L1和線圈L2，線圈L1的3端接到晶 體管的基極B，線圈L2的1端接晶體管的集電極C，中間抽頭2接發(fā)射極E。也就是說電感線圈的三端分別接晶體管的三極，所以叫電感三點式振蕩器，又稱哈特 萊振蕩器。

在該電路中L1兼作反饋網(wǎng)絡，通過耦合電容Cl將Ll反饋電壓加在晶體管的輸入端，經(jīng)放大后，在LC振蕩回路中得到高頻振蕩信號，只要適當選擇電感線圈抽頭的位置.使反饋信號大于輸入信號，就可以在LC回路中獲得不衰減的等幅振蕩。

其振蕩頻率可由下式求得：

式中，Ll、L2為線圈抽頭兩邊的自感系數(shù);M為兩段電感線圈的瓦感系數(shù);C為振蕩電容;?o為振蕩頻率。

電容三點式振蕩器

圖1-33是電容三點式振蕩器的典型電路圖。其結構與電感三點式振蕩器相似，只是將L、C互換了位置。LC振蕩回路中采用兩個電容串聯(lián)成電容支路，兩 電容中間有一引出端，通過引出端從LC振蕩回路的電容支路上取一部分電壓反饋到放大電路的輸入端，由于電容支路三個端點分別接于晶體管的三極上，所以把這 種電路稱為電容三點式LC振蕩器，又稱為柯爾皮茲振蕩器。