正弦波振荡电路

*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。

通常选取R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C 。

u i =01）谐振频率f 0取决于选频网络R 、C 元件的数值，计算公式为：f 0=C2π1R2）当输入信号的频率f=f 0时，输出电压u o 幅度最大为3iu 。

其输出信号与输入信号之间的相移φF =0。

3）在f ≠f 0，输出电压幅度很快衰减，其存在一定的相移。

所以RC 串并联网络具有选频特性。

2．RC 桥式正弦波振荡电路 （1）电路组成由R 1 C 1和R 2 C 2构成具有选频作用的正反馈支路。

由同相输入运放构成的放大器，二者构成了正反馈放大器。

（2）振荡原理1）相位条件 同相放大器的输入与输出信号相位差为0º，RC 串并联选频网络的移相也为0º，满足正弦波振荡的相位平衡条件。

2）幅度条件 f =f 0时，RC 选频网络反馈系数F =1/3。

同相放大器的放大倍数 A =1＋34R R ，只要R 3和R 4的取值满足R 4≥2R 3时，A ≥3，振荡电路就满足振荡的幅度平衡条件AF ≥1。

（3）振荡频率。

R 1 R 2 C 1C 2u o ＋－＋－u i(a) RC 串并联网络(b) 幅频特性和相频特性90° －90°10f 00.1f 0 f 0 0°φffu o 10f 0 0.1f 0f 0 1/3通常情况下选取R 1=R 2=R ，C 1=C 2=C ，则振荡频率为：f 0=C21R 3．RC 振荡电路的稳幅如图所示是利用二极管的非线性特性自动完成稳幅的。

当振荡电路输出幅值增大时，流过二极管的电流增大使二极管的动态电阻减小、同相放大器的负反馈得到加强，放大器的增益下降，从而使输出电压稳定。

电阻R 4选用负温度系数热敏电阻，当输出电压升高时，通过负反馈电阻R 4的电流增大，即温度升高，R 4阻值减小，负反馈增强，输出幅度下降，从而实现稳幅。

电阻R 3选用正温度系数的热敏电阻，同样可以实现稳幅。

电路评价：RC 桥式振荡电路的频率调节方便，波形失真度小，频率调节范围宽，适用于所需正弦波振荡频率较低的场合。

当振荡频率较高时，应选用LC 正弦波振荡电路。

5.2.2 LC 正弦波振荡电路做一做：用示波器观察LC 正弦波振荡电路产生的正弦波形LC 正弦波振荡电路是一种高频振荡电路。

常用的LC 正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式三种。

1．LC 并联网络的选频特性LC 振荡电路采用LC 并联谐振电路作为选频网络，如图所示，其中R 表示电感和电容的等效损耗电阻。

信号频率f 较低时，电容的容抗很大，网络呈感性；CLR＋－u i i LC 并联谐振回路在信号频率f 较高时，网络呈容性；只有当f =f 0时，网络才呈阻性，其阻抗无穷大，相移φ=0°。

LC 并联网络的谐振频率为：f 0= 2．变压器反馈式振荡电路 （1）电路组成采用分压式偏置的共射放大电路； L 1C 并联回路为选频振荡回路；变压器二次绕组L 2作为反馈绕组，将输出电压的一部分反馈到输入端； L 3作为振荡信号输出。

（2）振荡原理1）幅度条件 只要三极管的电流放大倍数β及L 1和L 2的匝数比合适，一般情况下，幅度平衡条件容易满足。

2）相位条件 必须正确连接反馈绕组L 2的极性，使之符合正反馈的要求，满足相位平衡条件。

判断电路是否满足相位平衡条件通常采用瞬时极性法，具体判断步骤如下： ①断开反馈支路与放大电路输入端的连接点。

②在断点处的放大电路输入端引入信号u i ，并设其极性对地为正，然后按照先放大支路，后反馈支路的顺序，逐次推断有关电路各点的电位极性，从而确定u i 和u f 的相位关系。

③如果u i 和u f 同相，则电路满足相位平衡条件。

否则，不满足相位平衡条件。

3）振荡频率振荡频率为：f 0≈例：判断如图所示电路能否产生自激振荡。

P ×u i u f f oL （a ）（b ）L解：（1）图（a ）所示电路中，三极管VT 基极偏置电阻R b2被反馈绕组L 2短路接地，使VT 处于截止状态，不能进行放大，所以电路不能产生自激振荡。

（2）图（b ）所示电路中，经检查，放大电路、反馈和选频电路都能正常工作。

用瞬时极性法判断电路是否满足相位平衡条件，具体做法是：断开P 点，在断开处引入信号u i ，给定极性对地为正（用㊉表示），根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为负（用㊀表示），于是L 1同名端为正，根据同名端的定义可知，L 2同名端也为正，反馈电压u f 极性为正，显然u f 和u i 同相，所以电路能产生自激振荡。

电路评价：变压器反馈式振荡电路易于产生振荡，波形失真度小，应用范围广泛，振荡频率通常在几兆赫至几十兆赫之间，但振荡频率的稳定性较差，适用于固定频率的振荡电路。

3．电感三点式振荡电路 （1）电路组成R b1、R b2和R e 为偏置电阻。

L 1、L 2和C 组成了选频网络，反馈电压取自L 2两端。

C b 为耦合电容，C e 为旁路电容。

由于电感的三个引出端分别与三极管的三个电极相连，所以称为电感三点式振荡电路。

（2）振荡原理 1）相位平衡条件 采用瞬时极性法判断，从三极管基极引入一个u i 其瞬时极性为㊉的信号，如图（a ）所示。

2）幅度条件 改变绕组的抽头，可以调节反馈量的强度，使电路满足振幅平衡条件，就能振荡并产生一定频率的正弦信号。

（3）振荡频率 电路的振荡频率等于LC 并联电路的谐振频率，即f 0=LC2π1（b ） 交流通路（a ） 电路原理图＋V CCP式中， L =L 1＋L 2＋2M ，其中M 是L 1与L 2之间的互感系数。

电路评价：电感三点式振荡电路结构简单，容易起振，改变绕组抽头的位置，可调节振荡电路的输出幅度。

采用可变电容C 可获得较宽的频率调节范围，工作频率一般可达几十千赫至几十兆赫。

但波形较差，其频率稳定性也不高，通常用于对波形要求不高的设备中，如接收机的本机振荡电路等。

4．电容三点式振荡电路 （1）电路组成选频网络由电感L 、电容C 1、C 2组成，选频网络中的“1”端通过输出耦合电容C c 接集电极，“2”端通过旁路电容C e 接发射极，“3”端通过耦合电容C b 接基极。

由于电容的三个端子分别与三极管VT 的三个电极相连，故称为电容三点式振荡电路。

（2）振荡原理 用瞬时极性法判断：各点瞬时极性变化如图（b ）所示。

u f 与u i 同相，即电路为正反馈，满足相位平衡条件。

适当选择C 1和C 2的数值，就能满足幅度平衡条件，电路起振。

（3）振荡频率f 0 振荡频率由LC 回路谐振频率确定，电路的振荡频率为f 0≈ 式中，C =C 1C 2 /（C 1＋C 2）电路评价：电容三点式振荡电路的结构简单，输出波形较好，振荡频率较高，可达100MHz 以上。

调节C 1或C 2可以改变振荡频率，但同时会影响起振条件，因此，这种电路适用于产生固定频率的振荡。

实用中改变频率的办法是在电感L 两端并联一个可变电容，用来微调频率。

做一做：电容三点式振荡电路的测试（b ） 交流通路（a ） 电路原理图CCu iu f P5.2.3 石英晶体振荡电路 通过实物认识石英谐振器1．石英晶体的压电效应如果在石英晶片两个极板间加一个交变电压（电场），晶片就会产生与该交变电压频率相似的机械振动。

而晶片的机械振动，又会在其两个电极之间产生一个交变电场，这种现象称为压电效应。

2．石英晶体的等效电路石英晶体的压电谐振等效电路如图（a ）所示，图（b ）是其电抗-频率特性曲线。

f S ——晶体串联谐振频率 f P ——晶体并联谐振频率产生谐振时的振荡频率称为晶体谐振器的振荡频率3．石英晶体振荡电路1）并联型石英晶体振荡电路 2）串联型石英晶体振荡电路技能实训：RC 桥式正弦波振荡电路的制作作 业 任 务 书一、任务目标1．会根据原理图绘制装接图和布线图。

2．会在通用印制电路板上搭建RC 桥式正弦波振荡电路。

V CCLC （a ） 等效电路（b ） 电抗-频率特性XX结构示意 图形符号3．能说明电路中各元器件的作用，并能检测元器件。

4．学会对电路参数的调试和测量。

5．加深对振荡电路的理解。

二、器材与工具1．通用印制电路板、直流稳压电源、万用表、信号发生器、示波器和毫伏表。

2．常用装联和焊接工具。

3．RC桥式振荡电路元器件套件。

三、实施步骤识读电路原理图→ 绘制安装布线图→ 清点元器件→ 元器件检测→ 插装和焊接→ 通电前检查→ 通电调试与测量→ 数据纪录。

四、调试与测量检查元器件安装正确无误后，才可以接通电源。

测量时，先连线后接电源（或打开电源开关），拆线、改线或维修时一定要先关断电源；电源线不能接错，否则将可能损坏元器件。