正弦波振荡器

正弦波振荡器

本文重点

1．了解调谐放大器的电路结构、工作特点及工作原理。

2．理解正弦波振荡电路的工作原理、振荡条件。

3．掌握变压器耦合及三点式LC 振荡电路的工作原理及振荡频率。

4．了解石英晶体振荡电路。

本文难点

1．调谐放大器的选频能力。

2．正弦波振荡电路的振荡条件。

1 正弦波振荡器的基本知识

正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。 .1 自激振荡的工作原理

LC 回路中的自由振荡

如图5 2.1(a )所示。

自由振荡——电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。

阻尼振荡——因损耗等效电阻R 将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图6.2.1(b )所示。 等幅振荡——利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图6.2.1(c )所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC 回路的固有频率，即

LC

f π=210 (5.2.1)

图5 2.1 LC 回路中的电振荡

一、自激振荡的条件

振荡电路如图5.2.2所示。

振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。

1．相位平衡条件

反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180︒ 的偶数倍，即

ϕ = 2n π (5.2.2) 其中，ϕ 为v f 与v i 的相位差，n 是整数。v i 、v o 、v f 的相互关系参见图6.2.3。

2.振幅平衡条件

反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即

A V F = 1 (5.2.3)

图5.2.2 变调谐放大器为振荡器 图5.2.3 自激振荡器方框图 三、自激振荡建立过程 自激振荡器：在图5.2.2中，去掉信号源，把开关S 和点“2”相连所组成的电路。 自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入

端产生瞬间扰动信号v i ，振荡管V 产生集电极电流

i C ，因i C 具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。

经LC 并联电路选出频率为f 0的信号，由输出端输

出v o ，同时通过反馈电路回送到输入端，经过放大、

选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由

弱到强的建立起来。当信号幅度进入管子非线性区

域后，放大器的放大倍数降低到 A V F = 1时，振幅

不再增加，自动维持等幅振荡。如图5.2.4所示。

[例5.2.1] 判断图5.2.5(a )所示电路能否产生

自激振荡。

解 (1) 振幅条件：因V 基极偏置电阻R b2被反馈线圈L f 短路接地，使V 处于截止状态，故电路不能起振。

(2) 相位条件：采用瞬时极性法，设V 基极电位为“正”，根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为“负”，于是L 同名端为“正”，根据同名端的定义得知，L f 同名端也为“正”，则反馈电压极性为“负”。显然，电路不能自激振荡。

如果把图5.2.5(a )改成图(b )。因隔直电容C b 避免了R b2被反馈线圈L f 短路，同时反馈电压极性为“正”，电路满足振幅平衡和相位平衡条件，所以电路能产生自激振荡。

图5.2.4 振荡的建立过程

图5.2.5 自激振荡的判别 图5.2.6 共发射极变压器耦合振荡器 2 LC 振荡器

一、变压器耦合式LC 振荡器

电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。常用的有以下两种。

1．共发射极变压器耦合LC 振荡器

(1) 电路结构

如图5.2.6(a )所示。图中V 为振荡放大管，电阻R 1、R 2、R 3为分压式稳定工作点偏置电路，C 1、C 2为旁路电容，LC 并联回路为选频振荡回路，L 3-4为反馈线圈，L 7-8为振荡信号输出端，电位器R P 和电容C 1组成反馈量控制电路。

(2) 工作原理

交流通路如图5.2.6(b )所示。对频率f = f 0的信号，LC 选频振荡回路呈纯阻性，此时o

v '和v f ，反相，即φ1 = 180º。输出电压v o '再通过反馈线圈L 3-4，使4端为正电位，即f v '与o

v '的φ2= 180º。于是︒=︒+︒=+36018018021ϕϕ，保证了正反馈，满足了相位条件。如果电路具有足够大的放大倍数，满足振幅条件，电路就能振荡。调节R P 可改变输出幅度。

2．共基极变压器耦合LC 振荡器

(1) 电路结构

如图5.2.7(a )所示。图中V 为振荡放大管，

电阻R 1、R 2、R 3为分压式稳定工作点偏置电路，

C 1为基极旁路电容，C 2为隔直耦合电容，L 2

为反馈线圈，L 与C 串联组成选频振荡电路。

(2) 工作原理

交流通路如图5.2.7(b )所示。接通电源瞬

间，LC 回路振荡电压加到管子基射之间，形成

输入电压，经V 放大后，输出信号经反馈线圈

图5 2.7 共基极变压器耦合振荡电路

L 2与L 之间的互感耦合反馈到管子基射之间，若形成正反馈。在满足振幅平衡条件下，电路产生振荡。

综上分析，变压器反馈电路的反馈强度，可通过L 2与L 1之间的距离来调节。变压器耦合振荡电路的振荡频率为

LC f π=

210 (5.2.4)

若调节L 、C ，可改变振荡频率。

二、三点式LC 振荡电路

电路特点：LC 振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。

图5.2.8 电感三点式振荡器 图5.2.9 电容三点式振荡器 1．电感三点式振荡器

电路如图5.2.8(a )，交流通路如图5 2.8(b )所示。

相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”，此时2端电位低于1端而高于3端，即v f 与v o 反相，经倒相放大后，形成正反馈，即满足相位条件。

振幅条件：适当选择Ｌ2和Ｌ1的比值。使1>F A V ，满足振幅条件。电路就能振荡。 由于反馈电压v f 取自Ｌ2两端，故改变线圈抽头位置，可调节振荡器的输出幅度。Ｌ2越大，反馈越强，振荡输出越大，反之，Ｌ2越小，反馈越小，不易起振。

电路振荡频率为

C M L L LC f )2(21

21

21++π=π= (5.2.5)

其中M 是Ｌ1与Ｌ2之间的互感系数。

优点：振荡频率很高，一般可达到几十兆赫；缺点：波形失真较大。

2．电容三点式振荡器

电容三点式振荡器电路如图5.2.9(a )所示，交流通路如图5.2.9(b )所示。

相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”。此电压经Ｃ1、Ｃ2分压后，2端电位低于1端而高于3端，即v f 与v o 反相，经V 倒相放大后，使1端获“+”电位，形成正反馈，满足相位条件。

振幅条件：适当的选择Ｃ1、Ｃ2的数值，使电路具有足够大的放大倍数，电路可产生振荡。

电路振荡频率为