正弦波振荡器①

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2743页（1736字）

5．1．1 正弦波荡振器的基本原理

正弦波振荡器包含放大电路、正反馈电路和选频电路。正弦波振荡电路维持稳定振荡的条件，是如图8．3－28所示闭环回路的总增益具有对频率的选择性，即

(ω₀)·(ω₀)=l

式中 ω₀为振荡器的振荡频率。上式可分解成两部分；

图8．3－28 正弦波振荡器原理框图

幅值条件：总幅值等于1，即

｜(ω₀)｜·｜(ω₀)｜=1

相位条件：总相位等于零，即

φ_A+φ_F=2πn(n是整数)

除此之外，还要求基本放大电路的放大倍数应随振荡电压的幅度变化，即当由于任何偶然因素使振幅增大时，电路总增益应小于1，使振幅自动减小：反之，当由于任何偶然因素使振幅减小时，电路总增益应大于1，使振幅自动增大。

正弦波振荡器采用的振荡电路，有LC、RC和石英晶体振荡电路等。其中．LC振荡器的种类，电路形式、振荡频率、起振条件和适用频率范围等见表8．3－21。由电感和电容组成选频网络的LC振荡电路，常用来产生高频。

表8．3－21 三种LC振荡器的比较

注：①本节表示频率的各公式中，若电阻的单位为欧、电容的单位为法、电感的单位为亨，则频率的单位为赫。

由电阻和电容组成选频网络的RC振荡电路，常用来产生音频范围(几赫至几十千赫)的正弦波。图8．3－29所示是RC桥式振荡电路。它是具有正反馈的两级阻容耦合放大电路。电路中当R₁=R₂=R，C1=C₂=C，并且只有在f=f₀=1／2πRC时，u₀与u₁同相，此时U_l／U₀=1／3．电路中调节电位器R_F，可调节负反馈量。引入负反馈后，还可提高振荡电路的稳定性和改善输出电压的波形。R_F若用具有负温度系数的热敏电阻代替，还可起到自动稳定振幅的作用。

图8．3－29 RC桥式振荡电路

图8．3－30所示是采用运算放大器的桥式RC振荡电路。当R₁=R₂=R，C₁=C₂=C时，则振荡频率为

f₀=1／₂πRC．

电压放大倍数按同相输入端计算，即

由于产生振荡的最小电压放大倍数为3，所以R_F≥2RE。

图8．3－30 采用运算放大器的RC桥式振荡电路

石英晶体振荡器的实用电路有两大类：一是石英晶体振荡器工作在靠近并联谐振频率处，称为并联晶体振荡器；另一类是石英晶体振荡器工作在靠近串联谐振频率处，称为串联晶体振荡器。图8．3－31所示是把晶体谐振器作为串联谐振回路接入电路的振荡器，该电路称为石英晶体控频振荡器。它由两级直接耦合放大电路组成，V₂的发射极经过晶体谐振器和可调电阻反馈到V₁的发射极，形成正反馈。由于一般放大器的输入阻抗低，输出阻抗高，故接入V₂以实现阻抗匹配。调节电位器可用于改变反馈量的大小。若反馈量太小，将停振；反馈量太大，将使波形失真。几种常见的石英振荡器的主要性能见表8．3－22。

图8．3－31 石英晶体控频振荡器

表8．3－22 几种常见的石英振荡器的主要性能