第8章 正弦波振荡电路

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第8章  正弦波振荡电路

 

 

内容提要：正弦波振荡电路是一种自激振荡电路，它的特点是利用“自激振荡”原理工作的，其实质是放大器引正反馈的结果。本章介绍各种正弦波振荡电路，说明振荡电路构成的原则、工作原理和主要应用。

 

 学习要求：

1、掌握产生正弦波振荡的相位平衡条件和幅值平衡条件及相位平衡条件的判断方法。

2、掌握文氏桥振荡器的电路形式、起振条件、振荡频率的估算；熟悉电感三 点式、电容三点式等LC振荡的组成原则，会估算其振荡频率。

3、了解石英晶体振荡器的特点和频率稳定的原理。

学习重点： 振荡条件的判断和振荡频率的计算

学习难点： 振荡条件的判别

 

 

10.1 概述

10.1.1 利用正反馈产生振荡

 振荡电路是不需要输入信号，自己就可以产生一定输出信号的电子电路。在负反馈放大电路中曾经介绍过“自激振荡”的概念，“自激振荡”是指在不外加信号的条件下，放大电路就能够产生某一频率和一定幅度的输出信号，这种现象称“自激振荡”。自激振荡可以从负反馈变为正反馈加以说明。

 我们可以用图10-1-1来加以说明，该图是负反馈放大电路的方框图，反馈信号与输入信号相减，得到比输入信号更小的净输入信号，从而使负反馈放大电路的输出比没有反馈时有所减小。图10-1-2与图10-1-1有两点不同，一是输入等于0，表现为输入信号接地；二是反馈信号是正反馈，用“+”表示。

图10-1-1 负反馈方框图

 

    如果反馈信号的极性变为正反馈，反馈信号与输入信号同极性，且反馈信号的幅度与输入信号相同。此时“迅速”地将输入信号取消，而用正反馈信号代替输入信号，由于正反馈信号在相位和幅度上与输入信号完全一样，放大电路仍然有输出信号存在，放大电路变成了振荡电路。对应这种情况的方框图见图10-1-2。

图10-1-2 振荡电路方框图

 

    在负反馈电路中，产生自激振荡是有害的，要设法消除。而在振荡电路中，必须人为的引入正反馈，使之产生自激振荡。这种振荡必须在满足一定的条件下才能实现。

10.1.2 振荡电路的自激条件

在负反馈放大电路中，曾经推导过反馈的基本方程式，即负反馈放大电路的增益与无反馈时电路增益之间的关系。

                  (10-1-1)

以上几个量都采用了复数表示，因为实际电路存在相移，但本课程在反馈放大电路中不考虑这一问题，所以，开环放大倍数、闭环放大倍数和反馈系数都不按复数量考虑。

    对于式(10-1-1)可分为下列三种情况

      (1)当 ||＞1时，||＜||，电压增益下降，相当负反馈

      (2)当 ||＜1时，||＞||，电压增益上升，相当正反馈

      (3)当 ||=0 时，||= ∞，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。振荡电路就相当第三种情况，只不过式(10-1-1)是按负反馈的极性书写的，振荡电路改为正反馈，所以||=0应改写为。又可写为      

        幅度条件       ||= 1                                                                                       (10-1-2)

        相位条件       j _AF = j _A+j _F=±2np   n=0,1,2,3…              (10-1-3)

 

式(10-1-3)中，j _A是放大电路的相移；j _F是反馈电路的相移，如果j _A+j _F=0°，或360°…，即为同相。如果正反馈信号足够大，满足振荡的幅度条件，即可产生振荡。 动画10-1

10.1.3 正弦波振荡电路的组成

    由上述振荡条件的讨论，可见要组成振荡电路必须要有放大电路和正反馈网络（电路），因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是这样两部分构成的振荡电路一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。此外，为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络有RC和LC等电抗性元件组成，正弦波振荡电路的名称一般由选频网络来命名，例如RC振荡器，LC振荡器等。所以，正弦波振荡电路是由:放大电路、正反馈网络、稳幅电路和选频网络组成的。