南邮模电第十章正弦波振荡电路剖析

LC正弦波振荡电路详解LC正弦波振荡电路详解LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的，只是选频网络采用LC电路。

在LC振荡电路中，当f=f0时，放大电路的放大倍数数值最大，而其余频率的信号均被衰减到零；引入正反馈后，使反馈电压作为放大电路的输入电压，以维持输出电压，从而形成正弦波振荡。

由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高，所以放大电路多采用分立元件电路。

一、LC谐振回路的频率特性LC正弦波振荡电路中的选频网络采用LC并联网络，如图所示。

图(a)为理想电路，无损耗，谐振频率为（推导过程如下）公式推导过程：电路导纳为令式中虚部为零，就可求出谐振角频率式中Q为品质因数当Q>>1时，，所以谐振频率将上式代入，得出当f=f0时，电抗当Q>>1时，，代入，整理可得在信号频率较低时，电容的容抗()很大，网络呈感性；在信号频率较高时，电感的感抗()很大，网络呈容性；只有当f=f0时，网络才呈纯阻性，且阻抗最大。

这时电路产生电流谐振，电容的电场能转换成磁场能，而电感的磁场能又转换成电场能，两种能量相互转换。

当网络的输入电流为I0时，电容和电感的电流约为QI o。

根据式，可得适用于频率从零到无穷大时LC并联网络电抗的表达式Z=1/Y，其频率特性如下图所示。

Q值愈大，曲线愈陡，选频特性愈好。

若以LC并联网络作为共射放大电路的集电极负载，如右图所示，则电路的电压放大倍数根据LC并联网络的频率特性，当f=f0时，电压放大倍数的数值最大，且无附加相移（原因）。

对于其余频率的信号，电压放大倍数不但数值减小，而且有附加相移。

电路具有选频特性，故称之为选频放大电路。

若在电路中引入正反馈，并能用反馈电压取代输入电压，则电路就成为正弦波振荡电路。

根据引入反馈的方式不同，LC正弦波振荡电路分为变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式三种电路。

二、变压器反馈式振荡电路1.工作原理引入正反馈最简单的方法是采用变压器反馈方式，如图（7114）所示，用反馈电压取代输入电压，得到变压器反馈式振荡电路。

正弦波振荡电路的分析方法正弦波振荡电路也是一种基本的模拟电子电路。

电子技术实验中经常使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路。

大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源，例如高频加热炉的高频电源。

此外，诸如超声波探伤、无线电和广播电视信号的发送和接收等等，都离不开正弦波振荡电路。

总之，正弦波振荡电路在量测、自动控制、通信和热处理等各种技术领域中，都有着广泛的应用。

正弦波振荡电路的组成和分析步骤一般来说，正弦波振荡电路应该具有放大电路和反应网络，此外，电路中还应包含有选频网络和稳幅环节(例如非线性元件)，前者是为了获得单一频率的正弦波振荡，后者是为了到达稳幅振荡。

正弦波振荡电路的选频网络若由电阻和电容元件组成，通常称为RC正弦波振荡电路;若由电感和电容元件组成，则称为LC正弦波振荡电路。

一般可以采用以下步骤来分析振荡电路的工作原理:一、判断能否产生正弦波振荡l、检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分，即是否具有放大电路、反应网络、选频网络和稳幅环节。

2、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。

3、分析电路是否满足自激振荡条件。

首先检查相位平衡条件，至于幅度条件，一般比较容易满足。

若不满足幅度条件，在测试调整时，可以改变放大电路的放大倍数|A|或反应系数|F|使电路满足|AF| >1的幅度条件。

判断相位平衡条件的方法是:假设断开反应信号至放大电路的输入端点，并把放大电路的输入阻抗作为反应网络的负载。

在放大电路的断开端点处加信号电压Ui，经放大电路和反应网络得反应电压Uf。

根据放大电路和反应网络的相频特性，分析Uf和Ui的相位关系。

如果在某一特定频率下相位差为士2nл(n=0,1,2,…)，则电路满足相位平衡条件。

二、估算振荡频牢和起振条件振荡频率由相位平衡条件所决定，而起振条件可由幅度平衡条件|AF|>l的关系式求得。

为了计算振荡频率，需要画出断开反应信号至放大电路的输入端点后的交流等效电路，写出回路增益AF的表示式。

电路识图16-正弦波振荡器电路原理分析振荡器是一种不需要外加输入信号，而能够自己产生输出信号的电路。

输出信号为正弦波的振荡器称为正弦波振荡器。

正弦波振荡器由放大电路和反馈电路两部分组成，反馈电路将放大电路输出电压的一部分正反馈到放大电路的输入端，周而复始即形成震荡，如下图所示。

正弦波振荡器有变压器耦合、三点式振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等多种电路形式。

一、变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器电路如下图所示。

LC谐振回路接在晶体管VT 集电极，振荡信号通过变压器T耦合反馈到VT基极。

正确接入变压器反馈线圈L1与振荡线圈L2之间的极性，即可保证振荡器的相位条件。

R1，R2为VT提供合适的偏置电压，使VT有足够的电压增益，即可保证振荡器的振幅条件。

满足了相位、振幅两大条件，振荡器便能稳定的产生振荡，经C4输出正弦波信号。

变压器耦合振荡器工作原理可用下图说明：L2与C2组成的LC并联谐振回路作为晶体管VT的集电极负载，VT的集电极输出电压通过变压器Y的振荡线圈L2耦合至反馈线圈L1，从而有反馈至VT基极作为输入电压。

由于晶体管VT的集电极电压与基极电压相位相反，所以变压器Y的两个线圈L1与L2的同名段接法应相反，使变压器T同时起到倒相作用，将集电极输出电压倒相后反馈给基极，实现了形成振荡所必须的正反馈。

因为并联谐振回路在谐振时阻抗最大，且为纯电阻，所以只有谐振频率f0能够满足相位条件而形成振荡，这就是LV回路的选频作用。

电路振荡频率计算公式如下变压器耦合振荡器的特点是输出电压大，适用于频率较低的振荡电路。

二、三点式振荡器三点式振荡器是指晶体管的三个电极直接与振荡回路的三个端点相连接而构成的振荡器，如下图所示。

三个电抗中，Xbe，Xce必须是相同性质的电抗（同是电感或同是电容），Xcb则必须是与前两者相反性质的电抗，才能满足振荡的相位条件。

三点式振荡器有多种形式，较常用的有电感三点式振荡器、电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器等。

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 3LC 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即：U f FU 。

FA® U i2.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 AF 的表示式 b.令A F 2n n ,即可求得满足该条件的f 。

，此频率即为振荡频率;c.令ff 0时的|AF | 1，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。

所以产生正弦波振荡的条件是: AFAF幅度平衡条件arg AF A F2n n0,1,2,相位平衡条件U i如果反馈电压 也有一个正弦波信号uf 与原输入信号 ――自激振荡。

由此知放大电路产生自激振荡的条件是:U f U i完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端ui（2）反馈网络。

⑶选频网络。

⑷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 ；选频与正反馈网络一一R、C串并联电路；稳幅环节——RF与R组成的负反馈电路。

1. RC串并联网络的选频特性R2F U f2 ________ 1j R2C2U 1 2 R丄R2j C i 1 j R2C2(1RR2C2)C1j( R1C2R2C1图8.2.2取R1 = R2 = R , C1 = C2 = C ,令1RC则:13 j( 0)得RC串并联电路的幅频特性为:1丄RC2.振荡频率与起振条件11.振荡频率f o2 RC3•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。

正弦波振荡电路的组成部分及其作用
正弦波振荡电路是一种能够产生稳定正弦波信号的电子电路。

它由以下几个部分组成：
1. 放大电路：放大电路是正弦波振荡电路的核心部分，其作用
是对输入信号进行放大，使其能够驱动负载。

放大电路通常采用晶体管放大器，其输入信号来自反馈网络，输出信号则连接到选频网络。

2. 反馈网络：反馈网络是将放大电路输出信号反馈到输入端的
电路，其作用是使放大电路产生自激振荡。

反馈网络通常采用正反馈方式，其反馈信号通过一个电容或电感元件连接到放大电路的输入端。

3. 选频网络：选频网络是正弦波振荡电路的滤波器部分，其作
用是选出放大电路产生的特定频率的正弦波信号，并抑制其他频率的信号。

选频网络通常采用电容、电感、电阻等元件组成，其通带和阻带可以根据需要进行调整。

4. 稳幅环节：稳幅环节是正弦波振荡电路的稳定部分，其作用
是使输出信号的幅度保持稳定。

稳幅环节通常采用稳压管或稳流管等元件，其作用是调整放大电路的输出电流或电压，以保持输出信号的幅度稳定。

简述正弦波振荡电路的组成部分及其作用正弦波振荡电路是一种能够产生稳定频率和幅度的振荡电路，广泛应用于通信、测量、音频等领域。

它由三个主要组成部分构成：放大器、反馈网络和频率稳定元件（如谐振电路或LC电路）。

下面将详细解释每个组成部分的作用及其工作原理。

1. 放大器（Amplifier）：放大器是正弦波振荡电路的核心部分，它主要负责放大反馈网络中的信号，使得反馈电路能够提供恰好足够的正反馈，以使整个电路产生稳定的振荡输出。

放大器通常采用双极性晶体管或场效应晶体管等材料制成，其工作原理是输入的弱信号经过放大器放大后成为一个足够大的正弦波振荡信号，作为反馈网络的输入信号。

2. 反馈网络（Feedback Network）：反馈网络的作用是将放大器的输出信号返回到放大器的输入端，与输入信号进行合成或相抵消，以产生正反馈。

正反馈信号通过反馈网络回到放大器的输入端，使得输出信号继续被放大，从而产生持续的振荡。

反馈网络通常由电容器和电阻器等元件构成，其具体结构可以有串联结构、反串联结构或混合结构。

频率稳定元件的作用是使正弦波振荡电路的输出频率保持稳定。

常见的频率稳定元件包括谐振电路和LC电路等。

谐振电路利用电感和电容的特性，在特定的频率下产生共振现象，从而稳定输出频率。

LC电路是由电感和电容组成的振荡回路，利用电感和电容之间的相互作用产生振荡信号，其频率由电感和电容的值决定。

正弦波振荡电路的工作原理如下：1.放大器将输入的弱信号经过放大，形成一个较大的正弦波信号。

2.反馈网络将放大器的输出信号返回到放大器的输入端，与输入信号进行合成或相抵消，产生正反馈。

3.正反馈使得输出信号继续被放大，产生持续的振荡。

4.频率稳定元件保持输出频率的稳定。

正弦波振荡电路的关键是维持恰当的正反馈程度，以使得输出信号在放大器中得到充分放大。

一旦正反馈程度过高或过低，振荡电路将无法维持稳定的振荡输出。

因此，设计正弦波振荡电路需要合理选择放大器和反馈网络的参数，以及适当的频率稳定元件，以确保输出频率和振幅的稳定性。

正弦波振荡器分析1．振荡器的振荡特性和反馈特性如图9.10所示，试分析该振荡器的建立过程，并判断A、B两平衡点是否稳定。

解：根据振荡器的平衡稳定条件可以判断出A点是稳定平衡点，B点是不稳定平衡点。

因此，起始输入信号必须大于U iB振荡器才有可能起振。

图9.10 图9.112．具有自偏效应的反馈振荡器如图9.11所示，从起振到平衡过程u BE波形如图9.12所示，试画出相应的i C和I c0波形。

解：相应的和波形如图9.13所示。

图9.12 图9.13 3．振荡电路如图9.11所示，试分析下列现象振荡器工作是否正常：（1）图中A点断开，振荡停振，用直流电压表测得V B＝3V，V E＝2.3V。

接通A点，振荡器有输出，测得直流电压V B＝2.8V，V E＝2.5V。

（2）振荡器振荡时，用示波器测得B点为余弦波，且E点波形为一余弦脉冲。

解：（1）A点断开，图示电路变为小信号谐振放大器，因此，用直流电压表测得V＝3V，V E＝2.3V。

当A点接通时，电路振荡，由图9.12所示的振荡器从起振到平B衡的过程中可以看出，具有自偏效应的反馈振荡器的偏置电压u BEQ，从起振时的大于零，等于零，直到平衡时的小于零（也可以不小于零，但一定比停振时的u BEQ小），因此，测得直流电压V B＝2.8V，V E＝2.5V是正常的，说明电路已振荡。

（2）是正常的，因为，振荡器振荡时，u be为余弦波，而i c或i e的波形为余弦脉冲，所示E点波形为一余弦脉冲。

4．试问仅用一只三用表，如何判断电路是否振荡？解：由上一题分析可知，通过测试三极管的偏置电压u BEQ即可判断电路是否起振。

短路谐振电感，令电路停振，如果三极管的静态偏置电压u BEQ增大，说明电路已经振荡，否则电路未振荡。

5．一反馈振荡器，若将其静态偏置电压移至略小于导通电压处，试指出接通电源后应采取什么措施才能产生正弦波振荡，为什么？解：必须在基极加一个起始激励信号，使电路起振，否则，电路不会振荡。

正弦波振荡电路设计与分析作者：曹宝林来源：《速读·上旬》2021年第09期◆摘要：正弦波振荡电路是现代通信系统中的重要组成部分，按照组成原理分为晶体振荡器电路、RC振荡电路以及LC振荡电路对晶体振荡器原理进行了深入分析，通过电路仿真软件Multisim进行仿真分析，并进行实际电路焊接与调试，验证了晶体振荡器的稳定性。

◆关键词：正弦波;振荡电路;设计;分析振荡器电路主要用于产生一定频率的波形，如三角波、方波、脉冲波、正弦波等.通常振荡器具有波形类型选择、产生频率调节等功能。

振荡器产生波形的过程主要分为以下几个阶段：起振阶段、平衡阶段和稳定阶段。

基于此，本文将对正弦波振荡电路进行简要分析阐述，并提出设计思路参考。

一、晶体振荡器原理分析（一）起振过程在振荡开始时，由于激励信号较弱，输出电压的振幅比较小，此后经过不断地放大与反馈循环，输出幅度开始逐渐增大，为了维持这一过程，必须满足|AF|>1的要求。

（二）振幅的稳定在振荡器刚刚上电时，最初信号来自电噪声，非常微弱。

该信号通过放大器在线性放大区进行放大以及反馈网络的作用，使得输出信号进一步增大。

信号进一步增加时放大器进入到饱和或者截止区，使输出信号不再增加，通过选频网络的滤波，使输出信号为等幅振荡的波形。

可见，在振荡器起振过程中，晶体振荡电路使放大器在非线性区工作，并完成振幅稳定与选频工作。

（三）并联型晶体振荡器图1是一种典型的晶体振荡电路，根据晶体振荡器的特点，当信号的频率在晶体振荡器的串联谐振频率和并联谐振频率之间时，石英晶体才等效为一个电感。

此时，满足电容三点式振荡电路的工作条件，此类电路称为皮尔斯振荡器。

其中C3电容的主要作用是隔绝外电路对输出信号频率的影响，同时能够对输出信号的频率进行微调。

另外，电容C1支路、C2支路作为反馈电路。

（四）石英晶体谐振器注意事项1.石英晶体振荡器带负载能力强，LC振荡器带负载能力不及晶体振荡器。

2.当石英晶体失效时，由于支架电容还存在，可能导致电路起振，从而给出了振荡信号输出的假象，使信号频率不稳定。