正弦波振荡电路的分析方法

波形产生电路的设计

1 正弦波振荡电路的分析方法

2 RC 正弦波振荡电路

3 LC 正弦波振荡电路

4 石英晶体振荡器

5 非正弦波发生电路

一、正弦波振荡电路的分析方法 1．产生正弦波振荡的条件

如果反馈电压 u f 与原输入信号 u i 完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号——自激振荡。

由此知放大电路产生自激振荡的条件是：i f U U 即：i

i o f U U A F U F U 所以产生正弦波振荡的条件是：1 F

A 1 F

A ——幅度平衡条件 π2arg F

A n F A ,2,1,0 n

——相位平衡条件

2. 分析步骤：

（1）判断能否产生正弦波振荡

a. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分；

b. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；

c. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件和振幅平衡条件。 (2) 判断相位平衡条件的方法是：瞬时极性法。

估算振荡频率和起振条件, 振荡频率由相位平衡条件决定。

a.写出回路增益F

A 的表示式 b.令π2F A n ，即可求得满足该条件的0f ，此频率即为振荡频率；

c.令0f f 时的1 F

A ，即得起振条件。 3．正弦波产生电路一般应包括以下几个基本组成部分:

(1) 放大电路。

~i U 放大电路A i o U A U 反馈网络F t U U sin 2i

i O f U F U

(2) 反馈网络。 (3) 选频网络。 (4) 稳幅电路。

判断一个电路是否为正弦波振荡器, 就看其组成是否含有上述四个部分。

二、RC 正弦波振荡电路(文氏电桥) （一）RC 串并联网络振荡电路 电路组成：

放大电路 —— 集成运放 A ；

选频与正反馈网络 —— R 、C 串并联电路； 稳幅环节 —— R F 与 R 组成的负反馈电路。 1．RC 串并联网络的选频特性

)

1j()1(

1

j 1j 1j 11

2211221222112

22

212f C R C R C C R R C R R C R C R R U

U F

取 R 1 = R 2 = R ， C 1 = C 2 = C ，令 RC

1

则： )

j(31

00

F

得 RC 串并联电路的幅频特性为：

图8.2.2

Z 1

Z 2

F

F

1/3

+90º

-90º

2

002)(

31

F

相频特性为：3

arctg

0F

时，当RC 10

3

1 F 最大， F = 0。 2．振荡频率与起振条件 1. 振荡频率 RC

f 21

2. 起振条件

f = f 0 时，3

1 F 由振荡条件知：1 F

A ，所以起振条件为：3 A 同相比例运放的电压放大倍数为R

R A u

F

f 1，即要求：R R 2F 3．振荡电路中的负反馈(自动稳幅)

引入电压串联负反馈，可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，提高带负载能力。

反馈系数R R R F

F

改变 R F ，可改变反馈深度。增加负反馈深度，并且满足3 A

， 则电路可以起振，并产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。

4．振荡频率的调节

RC

f 21

调节电阻R 或电容C 的值，即可调节振荡频率；

利用波段开关换接不同容量的电容，对频率进行粗调； 利用同轴电位器，对振荡频率进行细调。 （二）其他形式的 RC 振荡电路 1、移相式振荡电路

集成运放产生的相位移 A = 180º，如果反馈网络再相移 180º，即可满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。

当 f = f 0 时，相移 180º，满足正弦波振荡的相位条件。 RC

32

起振条件：R

270º180º

90º

2、双 T 选频网络振荡电路 振荡频率约为：

RC

f 510

起振条件1 2

3

F A R R ， 当 f = f 0 时，双 T 网络的相移为 F = 180º；反相比例运放的相移 A = 180º，因此满足产生正弦波振荡的相位平衡条件。

如果放大电路的放大倍数足够大，同时满足振幅平衡条件，即可产生正弦波振荡。

三种 RC 振荡电路的比较

LC

正弦波振荡电路

LC 并联电路的特性:

当频率变化时，并联电路阻抗的大小和性质都发生变化。

并联电路的导纳：

2222)(j )(j 1j L R L

C L R R L

R C Y

当

0)(2

0200

L R L

C 时，电路发生并联谐振。

并联谐振角频率LC

L

R 1

1)(1200

，令：R L Q 0 ——谐振回路的品质因数 当 Q >> 1 时，LC 10

，谐振频率：LC

f 21

0 选频特性好，适用于产生单一频率的振荡波形。

电路简单，经济方便，适用于波形要求不高的轻便测试设

备中。

可方便地连续调节振荡频率，便于加负反馈稳幅电路，容易得到良好的振荡波形。电路特

点及应用场合

起振条件振荡频率

电路形式双T 网络选频振荡电路移相式振荡电路RC 串并联网络振荡电路名称RC f 2103 A RC f 3210RC f 510

1 23 F A R R ，R R 12F