第5章 正弦波振荡器

第五节 正弦波振荡电路振荡电路是一种能量转换装置，它无需外加信号，就能自动地将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号。

一、正弦波振荡器的基本知识1．正弦波振荡器的组成正弦波振荡器主要由放大电路、选频电路和反馈网络组成。

（1）放大电路利用三极管的电流放大作用使电路具有足够的放大倍数。

（2）选频电路对某个特定频率的信号产生谐振，从而保证正弦波振荡器具有单一的工作频率。

（3）反馈网络将输出信号正反馈到放大电路的输入端，作为输入信号，使电路产生自激振荡。

2．自激振荡的过程当振荡器接通电源的瞬间，电路受到扰动，在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压，经放大器放大、选频后，通过正反馈网络回送到输入端，形成放大→选频→正反馈→再放大的过程，使输出信号的幅度逐渐增大，震荡便由小到大地建立起来。

当振荡信号幅度达到一定值时，由于三极管非线性的限制作用，使振幅不再增大，最终使电路维持稳幅振荡。

3．自激振荡的条件振荡电路要产生自激振荡必须同时满足下列两个条件：（1）相位平衡条件反馈电压的相位与输入电压的相位相同，即为正反馈。

ϕ=2nπ （n=0，1，2，…）ϕ为v f与v i的相位差（2）振幅平衡条件反馈电压的幅度与输入电压的幅度相等，这是电路维持稳幅振荡的振幅条件。

A v F≥1 F反馈系数起振时A v F＞1，稳幅振荡时A v F=1。

二、RC振荡器RC振荡器主要由RC选频反馈网络和放大器组成，常见的类型有桥式振荡电路和移相式振荡电路。

RC桥式振荡电路的基本原理：1．RC串并联选频网络图a 为RC 串并联选频网络，它由R 2、C 2并联后与R 1、C 1串联组成，一般取R 1= R 2= R ，C 1= C 2= C ，它的选频特性如图b 、c ，输入电压v i 的幅度一定时，输入信号频率变化会引起输出电压v o 幅度和相位的变化。

当输入信号v i 的频率等于选频频率时，输出电压幅度最高，为v i /3，而且它们的相位差为零。

思考题与习题5.1 振荡器是一个能自动将直流电源提供的能量能量转换成交流能量的转换电路，所以说振荡器是一个能量转换器。

5.2 振荡器在起振初期工作在小信号甲类线性状态，因此晶体管可用小信号微变等效电路进行简化，达到等幅振荡时，放大器进入丙类工作状态。

5.3 一个正反馈振荡器必须满足三个条件：起振条件、平衡条件、稳定条件（3）正弦波振荡器的振幅起振条件是；T=A k f >1相位起振条件是2f T A k n ϕϕϕπ=+=;正弦波振荡器的振幅平衡条件是：T=A k f =1,相位平衡条件是：2f T A k n ϕϕϕπ=+=；正弦波振荡器的振幅平衡状态的稳定条件是：0i iAiV V T V =∂<∂，相位平衡状态的稳定条件是:0oscT ωωϕω=∂<∂。

5.4 LC 三点式振荡器电路组成原则是与发射极相连接的两个电抗元件必须性质相同，而不与发射极相连接的电抗元件与前者必须性质相反，且LC 回路满足0ce be cb x x x ++=的条件。

5.5 从能量的角度出发，分析振荡器能够产生振荡的实质。

解：LC 振荡回路振荡在进行电能、磁能相互转换的过程中的能量损耗，由正反馈网络提供补偿，将直流电源提供的直流能量转换为交流输出。

5.6 为何在振荡器中，应保证振荡平衡时放大电路有部分时间工作在截止状态，而不是饱和状态？这对振荡电路有何好处？ 解：之所以将振荡平衡时放大电路有部分时间工作在截止状态，而不是饱和状态是因为在截止状态集电极电流小，功率损耗低。

这样可以保证振荡管安全工作。

5.7 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什么？解：不正确。

因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。

但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。

若不满足稳定条件，振荡起就不会回到平衡状态，最终导致停振。

5.8 分析图5.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。

*第五章正弦波振荡电路教学重点1．掌握正弦波振荡条件、电路组成。

2．掌握LC振荡电路振荡频率计算、起振条件。

3．掌握RC桥式振荡电路组成和振荡条件。

4．搭建、调试RC桥式正弦波振荡器功能电路。

教学难点1．正弦波振荡可能性的判断。

2．理解各种振荡电路组成。

学时分配5.1自激振荡振荡器产生的信号是“自激”的，通常称为自激振荡器。

5.1.1自激振荡的形成1．自激振荡的现象通过扩音系统中的自激现象，感受放大器自激的效果。

2．正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路由放大器、反馈电路、选频网络和稳幅电路等部分组成。

（1）放大电路（2）反馈网络 （3）选频网络（4）稳幅电路由于电路通电的瞬间，电路将产生微小的噪声或扰动信号→电路对频率为f 0的正弦波产生正反馈过程，则输出信号u o ↑→u f ↑（u i ´↑）→u o ↑↑。

于是u o 越来越大，由于管子的非线性特性，当u o 的幅值增大到一定程度时，放大倍数将减小（稳幅）→电路达到动态平衡。

5.1.2自激振荡产生的条件1．相位平衡条件要维持振荡，电路必须是正反馈，其条件是：ϕ=0或ϕ=A ϕ＋F ϕ=2n π （n=0，1，2，3…）。

其中A ϕ为放大器的相移，F ϕ为反馈电路的相移，ϕ为相位差。

即，反馈电压的相位与净输入电压的相位必须相同，即反馈回路必须是正反馈。

2．振幅平衡条件自激振荡的振幅平衡条件是：AF ≥1 。

即，要维持等幅振荡，反馈电压的大小必须等于净输入电压的大小，即u f = u i ´。

5.2 常用振荡电路正弦波振荡电路按反馈网络性质分类可分为两大类：RC 振荡电路 由电阻、电容元件和放大电路组成的振荡电路LC 振荡电路（含石英晶体振荡电路）是由电感、电容元件和放大电路组成的振荡电路5.2.1 RC 桥式振荡电路做一做：用示波器观察RC 振荡电路产生的正弦波形1．RC 网络的选频特性将电阻R 1与电容C 1串联、电阻R 2与电容C 2并联所组成的网络称为RC 串并联选频网络，如图所示。

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