配套第6章 正弦波振荡器

6.1振荡的基本概念6.2RC振荡器6正弦波振荡器6.1振荡的基本概念振荡电路是一种不需要外接输入信号就能直接将直流能源转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出的电路。在实践中，有各种各样的信号产生电路，就其波形来说，可分为正弦波或非正弦波。在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，因此需要能产生高频信号的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，都需要各种频率振荡器。可见，正弦波振荡器的应用十分广泛。同样，非正弦波振荡器（方波、锯齿波等）发生器在测量设备、数字系统及自动控制系统中应用也日益广泛.负反馈可以改善放大电路的性能指标，但是负反馈引入不当，会引起放大电路自激。为了使放大电路正常工作，必须要研究放大电路产生自激的原因和消除自激的有效方法。如果在中频条件下，放大电路有180的相移，在其它频段电路中如果出现了附加相移AF，且AF达到180，使总的相移为360，负反馈变为正反馈。如果幅度条件满足要求，放大电路产生自激。产生正弦波的条件与负反馈放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反馈放大电路中是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反馈变成了正反馈。在振荡电路中加的就是正反馈，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。(a)负反馈放大电路(b)正反馈振荡电路正弦波发生电路能产生正弦波输出，它是在放大电路的基础上加上正反馈而形成的，它是各类波形发生器和信号源的核心电路。正弦波发生电路也称为正弦波振荡电路或正弦波振荡器。为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，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器一般得不到正弦波，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。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在一起。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。放大电路正反馈网络选频网络稳幅电路正弦波发生电路的组成6.1.1．产生振荡的条件一、产生振荡的条件放大电路净输入电压：产生正弦波振荡时，应满足：二、起振与稳幅过程起振条件和振荡电路稳定工作时的振荡条件是有差别的。相位条件要求是正反馈。起振的幅值条件要求：晶体管是非线性器件，振荡幅度增大到一定程度后，晶体管进入饱和区和截止区，电路放大倍数降低，限制了输出幅度的增大。直到，电路达到稳定的工作状态。振荡电路输出信号的振幅不会无限制地增大。原因：电源电压一定，放大电路动态范围受到限制。6.1.2正弦波振荡电路的组成和分析方法一、正弦波振荡电路的组成(1)放大电路：具有信号放大作用，并通过电源供给能量。(2)反馈网络；作用是形成正反馈，满足相位平衡条件。(3)选频网络：选择某一个频率满足振荡条件，形成单一频率的正弦波振荡。有的振荡电路的选频网络与反馈网络是同一个网络。(4)稳幅环节：使振幅稳定、改善波形。有的振荡电路的稳幅是通过负反馈实现的。二、振荡电路的分析首先判断它能否产生正弦波振荡。对能振荡的电路，其振荡频率可根据选频网络选频条件推算，为了保证振荡电路起振，必须由起振条件确定电路的某些参数。判断能否产生正弦波振荡的步骤(1)检查电路的基本组成，一般应包含放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节等。(2)检查放大电路是否工作在放大状态。(3)检查电路是否满足振荡产生的条件。一般情况下，幅度平衡条件容易满足，重点检查是否满足相位平衡条件和起振条件。判断电路是否满足相位平衡条件(3)如果和在某一频率下同相，电路满足相位平衡条件。否则，不满足相位平衡条件。(1)断开反馈支路与放大电路输入端的连接点。(2)在断点处的放大电路输入端加信号，并设其极性为正(对地)，然后按照先放大支路后反馈支路的顺序逐次推断电路有关各点的电位极性，确定和的相位关系。瞬时极性法——沿着放大和反馈环路判断反馈的性质，如果是正反馈则满足相位平衡条件，否则不满足相位平衡条件。具体判断步骤：三、正弦波振荡电路的种类(3)石英晶体振荡电路：选频作用主要依靠石英晶体谐振器来完成。根据石英晶体谐振器的工作状态和联接形式的不同，可以分为并联式和串联式两种石英晶体振荡电路。根据选频网络所用的元器件的不同，正弦波振荡电路一般分为3种类型：(1)RC振荡电路：选频网络由R、C元件组成。根据选频网络的结构和RC连接形式的不同，又分为文氏桥式(RC串并联网络)，移相式和双T式等3种。(2)LC振荡电路：选频网络由L、C元件组成。可分为变压器反馈式、电感三点式和电容三点式等3种LC振荡电路。6.2RC振荡器6.2.1电路组成RF和R3组成的负反馈支路没有选频作用，故只有依靠R1C1和R2C2组成的串并联网络来实现正反馈和选频作用，才能使电路产生振荡。

文氏桥式振荡电路集成运放是放大电路。RF和R3构成负反馈支路。RlCl和R2C2组成串并联网络，构成正反馈支路。6.2.2RC网络的频率响应谐振频率为：当R1=R2，C1=C2时，谐振角频率和谐振频率分别为：幅频特性相频特性当f=f0时的反馈系数，且与频率f0的大小无关，此时的相角F=0。即调节谐振频率不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。RC串并联网络的频率特性RC串并联网络及等效电路（a）电路（b）低频等效电路（c）高频等效电路RC串并联网络的幅频特性和相频特性当6.2.3电路的振荡频率和起振条件一、振荡频率根据相位平衡条件，当f=f0时，反馈电压与输出电压同相，即电路满足相位平衡条件，其它频率不可能产生自激振荡。二、起振条件通过改变R或C的值可以实现振荡频率的调节。电路产生振荡的频率只能是：同相比例放大电路的电压放大倍数表达式为：

A=1+RF/R3

若满足起振条件，要求反馈电阻RF和R3的关系为：

RF＞2R3

电压放大倍数应满足：6.2.4负反馈支路的作用RF和R3构成电压串联负反馈支路。调整RF值可以改变电路的放大倍数，使放大电路工作在线性区，减小波形失真。选用具有负温度系数的热敏电阻作RF，可以克服温度和电源电压等参数变化对振荡幅度的影响。当输出幅度UO增大时，RF上功耗加大，温度升高。因RF是负温度系数电阻，故阻值减小，于是放大倍数下降，使UO减小，从而使输出幅度保持稳定。相反，当UO减小时，RF的负反馈支路会使放大倍数增大，使UO保持稳定，从而实现了稳幅。例在文氏桥正弦波振荡电路中，若R1＝R2＝100Ω，Cl＝C2＝0.22μF，R3＝10kΩ，求振荡频率以及满足振