正弦波振蕩器的平衡條件

圖1a為正反饋放大電路方框圖。由圖可知為反饋信號,它是信號經(jīng)過基本放大電路和反饋網(wǎng)絡所構成的環(huán)路傳輸后得到的，如果  與  在大小和相位上都一致，那么，就可以使輸入信號  ，將直接輸入端，形成如圖1b所示的閉環(huán)系統(tǒng)，因此，從結構上看，正弦波振蕩電路就是一個沒有輸入信號的帶選頻網(wǎng)絡的正反饋放大電路。

振蕩條件

振蕩頻率

振蕩電路的振蕩頻率f0是由式（3）的相位平衡條件決定的。一個正弦波振蕩電路只在一個頻率下滿足相位平衡條件，這個頻率就是f0，這就要求在  環(huán)路中包含一個具有選頻特性的網(wǎng)絡，簡稱選頻網(wǎng)絡。它可以設置在放大電路  中，也可設置在反饋網(wǎng)絡  中，它可以用R、C元件組成，也可用L、C元件組成。用R、C元件組成選頻網(wǎng)絡的振蕩電路稱為RC振蕩電路，一般用來產(chǎn)生1Hz~1MHz范圍內(nèi)的低頻信號；而用L、C元件組成選頻網(wǎng)絡的振蕩電路稱為LC振蕩電路，一般用來產(chǎn)生1MHz以上的高頻信號。

起振與穩(wěn)幅

前面所講的振幅平衡條件，是指振蕩電路中已進入穩(wěn)態(tài)振蕩而言的。

欲使振蕩電路能自行建立振蕩，就必須滿足  的條件。這樣，在接通電源后，振蕩電路就有可能自行起振，或者說能夠自激，最后趨于穩(wěn)態(tài)平衡。

由于正弦波振蕩電路中的放大器件是工作在線性區(qū)（RC振蕩電路）或接近線性區(qū)（LC振蕩電路），因此在分析中，可以近似按線性電路來處理。

分類

正弦波振蕩器可分為兩大類：一類是利用反饋原理構成的反饋振蕩器，它是應用最廣的一類振蕩器；另一類是負阻振蕩器，它將負阻抗元件直接連接到諧振回路中，利用負阻器件的負阻抗效應去抵消回路中的損耗，從而產(chǎn)生出正弦波振蕩。

一、LC正弦波振蕩器

LC正弦波振蕩器、反饋型LC正弦波振蕩器是LC正弦波振蕩器的主要電路型式。LC選頻網(wǎng)絡既是放大器的負載，又有一部分是正反饋網(wǎng)絡。根據(jù)反饋電路的形式不同，可分為變壓器耦合反饋式、電感分壓反饋式和電容分壓反饋式。圖1（a）和（b）分別示出電感分壓反饋式和電容分壓反饋式的電路。這種電路中電感分壓器和電容分壓器的三端分別和電子器件的三個電極相連，又稱三端（或三點）式振蕩電路。電感三端式又稱哈特萊電路，電容三端式又稱科皮茲電路。

LC振蕩器的振蕩頻率由選頻網(wǎng)絡——LC振蕩回路的諧振頻率決定。工作頻率降低時，要求增大振蕩回路的電感量和電容量。大電感量的電感和大容量的電容器體積大、笨重，因此LC振蕩器不適用于低頻，工作頻率一般不應低于幾百千赫。

（1）石英晶體振蕩器：為提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，將LC振蕩器中選頻網(wǎng)絡的一部分用石英晶體替代的振蕩器。為了保證振蕩器的振蕩頻率是在石英晶體控制下產(chǎn)生的，石英晶體接入線路的方式有兩種：一種是將石英晶體取代LC振蕩器的一個電感（a）所示。石英晶體在電路起振后呈現(xiàn)感抗，和電路中的電感L、電容C組成一個并聯(lián)振蕩回路。這種電路稱為并聯(lián)型石英晶體振蕩器。另一種是將石英晶體串接在放大器的正反饋電路中

（b）所示。在石英晶體的串聯(lián)諧振頻率上，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，正反饋最強，很容易激起振蕩。這種電路稱為串聯(lián)型石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器通常簡稱為晶體振蕩器。

（2）負阻型LC正弦波振蕩器：由具有負微變電阻的器件和LC選頻網(wǎng)絡構成的正弦波振蕩器。根據(jù)所采用的負阻器件的特性不同，電路的構成有所不同。采用流控型器件時，要求直流供電電源具有較高的內(nèi)阻，器件應和LC元件組成串聯(lián)振蕩回路；采用壓控型器件時，要求直流供電電源有較低的內(nèi)阻，器件應和LC元件組成并聯(lián)振蕩回路。用于構成負阻型LC正弦波振蕩器的典型流拄型器件有雪崩三極管，典型壓控型器件有隧遭二極管。

二、RC正弦波振蕩器，RC正弦波振蕩器的振蕩頻率反比于RC選頻阿絡元件RC的乘積。用增大電阻阻值的方法降低振蕩頻率，不會像LC振蕩器中增大電感量那樣會使元件體積和重量加大，故RC振蕩器可工作在低頻段。應用最廣泛的RC振蕩電路是圖3所示的文氏電橋電路。圖中，R1、C1、R2、C2組成具有選頻特性的正反饋網(wǎng)絡。R3和R4組成負反饋網(wǎng)絡。引入的負反饋超過正反饋，便可以減小工作頻率的諧波成分，減少波形失真，改善波形。如果將R3選擇為具有正溫度系數(shù)的電阻，或是將R4選擇為具有負溫度系數(shù)和熱情性的電阻，便可以收到穩(wěn)幅的效果。

當振蕩頻率延伸至超低頻頻段時，要求RC乘積非常大。容量很大的電容體積大；阻值過大的電阻，阻值穩(wěn)定性下降，電阻上的直流電壓降過大，造成器件工作點偏離正常值，增大波形失真。積分式RC正弦波振蕩器，可以在一定程度上克服此缺點。這種振蕩器的振蕩頻率，反比于組成振蕩器積分器的積分時間常數(shù)。要獲得大的積分時間常數(shù)，不一定要用阻值大的電阻。用低阻值電阻構成一個T型網(wǎng)絡，取代高阻值的積分電阻，只要二者的傳輸電導相等，便可收到相同的積分效果。積分式RC正弦波振蕩器特別適用于超低頻段。

RC振蕩器中，引入負反饋既可減少失真，又可提高頻率穩(wěn)定度。RC正弦波振蕩器的頻率穩(wěn)定度，一般在10～10數(shù)量級。由于RC選頻網(wǎng)絡的選擇性能不如LC阿絡，故RC振蕩器中的電子器件必須工作于甲類，方能保證足夠小的波形失真。在RC振蕩器中，采用惰性非線性實現(xiàn)穩(wěn)幅。負反饋的非線性表現(xiàn)為負反饋隨信號幅度變化。當信號幅度增大時，負反饋隨之增大，阻止振幅增大。惰性則表現(xiàn)為負反饋不隨信號的瞬時值變化，以免引入失真。當振蕩頻率不是很低（如在1Hz以上）時，用熱情性元伴構成負反饋電路，以實現(xiàn)惰性非線性負反饋。當振蕩頻率很低（1Hz以下）時，熱情性元件的惰性不夠，可將振蕩器的輸出信號進行檢波，利用檢波電壓作為負反饋電壓，以實現(xiàn)穩(wěn)幅。依靠合理選擇檢波負載的時間常數(shù)，滿足必需的情性。

提高頻率穩(wěn)定度和振幅穩(wěn)定度的措施 LC正弦波振蕩器中，采用提高LC振蕩回路Q值的方法，減小外界因素對振蕩頻率的影響；用減弱器件和振蕩回路藕合的方法，減小器件輸出阻抗對回路Q值和回路總電容量的影響。提高頻率穩(wěn)定度的典型電路有西勒（Seiler）電路和克拉潑（Clapp）電路。一般LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度在10數(shù)量級；石英晶體的常規(guī)振蕩電路，頻率穩(wěn)定度可提高到10～10數(shù)量級；將振蕩電路置于恒溫槽中，可提高到10～10數(shù)量級。振蕩器中采用自生反向偏壓穩(wěn)定振幅，提高振蕩回路Q值以減小波形失真。

應用

正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設備中。此類應用中，對振蕩器提出的要求是振蕩頻率和振蕩振幅的準確性和穩(wěn)定性。正弦波振蕩器的另一類用途是作為高頻加熱設備和醫(yī)用電療儀器中的正弦交變能源。這類應用中，對振蕩器提出的要求主要是高效率地產(chǎn)生足夠大的正弦交變功率，而對振蕩頻率的準確性和穩(wěn)定性的要求一般不作苛求。

正弦波振蕩器可以作為設備的組成部分，也可以做成一個單獨的設備。在通信設備中，載頻、本機振蕩頻率在幾百千赫以上的，一般用LC正弦波振蕩器。負阻型LC正弦波振蕩器的工作頻率在100MHz以上。當要求頻率穩(wěn)定度十分高時，采用石英晶體振蕩器。各種聲告警、電話通信設備中的振特、撥號音、占線等信號，振蕩頻率處于音頗段，用RC正弦波振蕩器。測試用正弦波信號源，要求幅度、頻率可調(diào)，并需有一定的帶負載能力。這種作為信號源的測試儀器，以振蕩器為主，還有放大器、衰減器等附屬電路。高頻大功率的高頻爐，對頻率穩(wěn)定度的要求很低，通常用一個大功率電子管接成振蕩電路，直接從振蕩回路的電感線圈中的電磁場中獲取能量。
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