项目19 波形振荡器电路

项目19 波形振荡器电路

复习提问：

1.什么是“虚短”？“虚断”？

2.集成运放能实现那些运算？试画出电压跟随器电路。

导入新课：

放大电路和正反馈的概念大家已经很熟悉了，那么当在放大电路中加上正反馈，又会发生什么呢？这就是我们今天要认识的振荡器，它与放大器的区别在于, 无需外加激励信号, 就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。

新课内容：

19.1 正弦波振荡器

振荡电路是一种基本的模拟电路，它不需要输入信号，便能产生特定频率的交流输出信号。根据输出信号的不同，振荡电路分为正弦波振荡电路和非正弦波振荡电路。

一、正弦波振荡电路产生自激振荡的条件

1、产生自激振荡的条件

在图19-1中，若开关置于1的位置，放大电路有了一个输入信号i u 。设2sin i i u U t ω=，经过放大电路和反馈电路后在2端得到一个与输入同频率的反

馈信号f u ，即2sin +f i u U t ωφ=（）。当把开关置于2的位置时，电路就是没有输

入信号的状态，只要保证i f u u =，该电路就能输出一个稳定的正弦波。

图19-1 自激振荡条件

通过以上的分析可以知道，一个电路能够产生振荡，电路必须接成正反馈，

且保证i f u u =。又因为f O i u F u AF u •••== ，所以产生正弦波振荡的条件为：

1AF •

•= （19-1）

这个条件实际上包含了两个方面的内容： （1）幅值条件

1A F •

•= （19-2） （2）相位条件

A F φφπ±+=2n (n=0,1,2,3...) （19-3）

2、起振条件和稳幅原理

振荡电路刚刚开始工作时，为了克服电路的损耗，需要加入的正反馈要强一

些，即要求1A F •

•> 。既然1A F ••> ，起振以后输出信号的幅值就会增大，这仅仅靠三极管的非线性来实现稳定输出信号的幅值，显然远远不够。所以电路应当加

入稳幅电路，待电路输出稳定以后，再恢复1A F •

•= 。 3、振荡电路的构成

（1）放大电路：其作用是放大信号，避免信号出现衰减；

（2）反馈网络：作用是构成正反馈，让电路满足产生振荡的条件；

（3）选频网络：将满足振荡条件的单一频率挑选出来，而这个频率就是需要产生的波形的频率。很多情况下，选频网络和反馈网络往往是合二为一的；

（4）稳幅环节：使输出幅值得到稳定。

根据正弦波振荡电路选频网络使用元件的不同，将正弦波振荡电路分为RC 正弦波振荡电路，LC 正弦波振荡电路和石英晶体振荡电路。

二、RC 正弦波振荡电路

1、RC 串并联网络

图19-2 RC 串并联网络

图19-2中，R 1、C 1串联，阻抗记作Z 1，R 2、C 2并联，阻抗记作Z 2，即构成一个RC 串并联网络。将输出电压2U •与输入电压1U •

之比定义为RC 串并联网络的传输系数，记作F •

。下面我们来作定量分析： 222112121//11()//R U j C F U R R j C j C ωωω•••==++

整理后得到：

12122121

11(1)()F R C j R C R C R C ωω•=+++- 实际电路中常取：

12C C C == 12R R R ==

则上式简化为：

113()F j RC RC

ωω•=+- 令012f RC

π=，则有： 0013()F f f j f f

•=+- （19-4）

F •= （19-5） 00arctan 3

F f f f f ϕ-=- （19-6） 2、RC 正弦波振荡电路

RC 正弦波振荡电路见图19-3，RC 串并联网络构成选频和反馈网络。将图中K 点断开，我们可以判定集成运放引入了正反馈。 若振荡频率012f f RC

π==，此时00F ϕ=，00A ϕ=，所以00A F ϕϕ+=，满足

正弦波振荡的相位条件；由于当0

f f =时，RC 串并联网络的13F •

= ，所以只要放大电路的放大倍数大于3，即可满足振荡电路的幅值条件，通常放大电路都能满足这个要求。

图19-3 RC 正弦波振荡电路

三、LC 正弦波振荡电路

LC 正弦波振荡电路以L

、C 元件构成选频网络，它可以产生频率较高的正弦波信号。常见的LC 正弦波振荡电路有变压器反馈式、电容三点式和电感三点式三种，它们都采用LC 并联回路作为选频网络。

1、LC 并联回路 电路见19-4，R 表示电感和其他回路总损耗。当电路达到并联谐振频率0f f =时，并联阻抗为纯电阻性，等效阻抗达到最大值。

图19-4 LC 并联回路

由图可知，LC 并联回路的复阻抗：

1

()

1()R j L j C Z R j L C ωωωω+=+- 通常L R ω>>，故上式可以简化为：

1

()

L

C

Z

R j L

C

ω

ω

=

+-

当

1

L

C

ω

ω

=时，LC回路呈电阻性，阻抗最大，电路发生并联谐振，谐振频

率为：0

2

f

LC

π

=（19-7）

2、变压器反馈式LC振荡电路

电路如图19-5，它采用LC并联电路作为发射极基本放大电路的集电极负载

电阻，变压器二次侧绕组N2提供反馈通路，电路产生的正弦波通过变压器绕组N3提供。

图19-5 变压器反馈式LC振荡电路

由于振荡电路的幅值条件一般很容易满足，所以我们以后将重点讨论相位条件。现将电路的反馈从K点断开，设输入瞬时极性为+，则B点的瞬时极性也为+，，即反馈信号与输入信号同相，是正反馈，满足正弦波振荡电路起振的相位条件。

电路的振荡频率取决于谐振频率：0

2

f

LC

π

=

变压器反馈式LC振荡电路的特点是电路结构简单，便于实现阻抗匹配，容易起振，并且可以通过改变电容的大小可以方便的实现频率调节。但要特别注意变压器一二次侧绕组的同名端，一旦接错就会使电路工作在负反馈，不能起振。

3、电感三点式LC正弦波振荡电路

电感三点式LC正弦波振荡电路的电路见图19-6，图中已经给出了相位判断

的极性，不难判断电路满足相位条件，其振荡频率为：0

2

f

LC

π

=L为振荡电路的总电感，即122

L L L M

=++。