正弦波振蕩電路基礎知識

振蕩電路是自動地將直流能量轉換為具有一定波形參數的交流信號的裝置。它也是一種能量轉換器，但它與放大電路的區別是不需要外加信號的激勵，其輸出信號的頻率、幅度和波形僅僅由電路本身的參數決定。

振蕩器實際上就是我們常說的信號發生器。它在電子技術應用領域里的用途非常廣泛。根據波形的不同，可將振蕩器分為正弦波振蕩器（能產生具有正弦波形的振蕩電壓）及非正弦波振蕩器或張馳振蕩器（能產生具有矩形、三角形、鋸齒形的振蕩電壓）。按維持自激振蕩的原理劃分，自激振蕩器可以分為反饋型和負阻型兩種。本章僅討論反饋型正弦自激振蕩器。

8.1 正弦波振蕩電路的基本原理

8.1.1 振蕩電路的概述



振蕩器能夠輸出某一指定頻率的正弦波，因此閉合環路中包含選頻網絡。若選頻網絡由RC元件構成，則該振蕩器稱為RC振蕩器，一般用來產生1赫至幾兆赫范圍內的低頻信號；若選頻網絡由LC元件組成，則該振蕩器稱為LC振蕩器，一般用來產生幾百千赫以上的高頻信號。若在LC振蕩電路的選頻網絡中加入晶振元件，我們則稱該電路為石英晶體振蕩器，其目的是為了提高輸出信號的頻率穩定度。

圖8.2給出了變壓器耦合反饋型LC振蕩電路，該電路與圖8.1相對應也可分為放大電路和反饋網絡兩部分。圖中由晶體管T構成放大電路，CB為隔直流電容，由電感L和C構成的單諧振回路是集電極負載，同時也起到選頻作用。反饋網絡由L和L2組成的變壓器構成。電感L3的作用是把輸出信號耦合下來加到輸出負載上。

該電路的反饋電壓Uf取自變壓器次級L2兩端，反饋信號通過由線圈L和L2組成的變壓器從集電極反饋到基極。根據圖中標注的同名端，利用瞬時極性法可知：輸入信號和反饋信號同接在三極管的基極，且瞬時極性相同，所以為正反饋。



該電路的工作過程：當振蕩電路接通電源時，電路中不可避免地存在種擾動。這種擾動是不規則性的，它包含著很寬的頻率成分。其中絕大部分信號頻率與選頻網絡LC頻率不同，僅有某一種信號頻率與選頻網絡LC頻率相同。與選頻網絡LC頻率不同的信號，也就是不符合振蕩條件的頻率分量迅速衰減直至消失，只有符合振蕩條件的頻率成分才能通過LC選頻網絡，通過放大、選頻和反饋的多次循環，振蕩電壓就逐漸增長起來了。如圖8.3中“起振”部分所示，電路產生了增幅振蕩。這就是振蕩電路的起振概念。



這里要強調說明的是，我們所討論的振蕩電路不需要外加輸入信號，便能自行產生輸出信號，但實質上該電路還是有“輸入信號”的，該“輸入信號”就是接通電源產生的多頻率擾動信號中的某一個，而這個信號的頻率必須與振蕩頻率一致。

起振以后，輸出信號幅度在正反饋作用下越來越大，但它的振幅不會無限制地增長下去，因為該電路會由RE和CE產生自生反偏壓。自生反偏壓形成后，就會進入晶體管的非線性區，即進入了飽和區和截止區。iC的波形就會出現非線性失真，這樣晶體管的導通角將會減小，從而導致增益降低，直至達到平衡，于是振幅便穩定于某一個恒定值了。如圖8.3中“平衡”部分所示。