电路识图16-正弦波振荡器电路原理分析

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。

1、电感三点式振荡器电感三点式振荡器电路如下图所示。

L1，L2，C4为构成振荡回路的三个电抗。

R1，R2为振荡晶体管VT的基极偏置电阻，R3为集电极电阻，R4为发射极电阻。

C1，C3为基极、集电极耦合电容，C2为旁路电容。

下图a）所示为该振荡器的交流等效电阻，由于振荡回路的三个电抗中有两个是电杆，所以叫电感三点式振荡器。

电感三点式振荡器是利用自耦变压器将输出电压反馈到输入端的，电感L1和L2可以看作是一个自耦变压器，L1上的输出电压通过自耦在L2上产生反馈电压，反馈电压与输出电压反相，与输入电压同相。

即正反馈。

这也可以用下图b）所示的矢量图来解释：L1上输出的电压同时加在C4，L2支路上，由于电容上电流
超前电压90度，所以支路电流比输出电压超前90度，而支路电流流过电感L2所产生的反馈电压又比支路电流超前90度，即与输出电压反相（相差180度），而与输入电压同相。

电感三点式振荡器的优点是容易起振，波段频率范围较宽；缺点是振荡输出电压波形不够好，谐波较多。

2、电容三点式振荡器电容三点式振荡器电路如下图所示。

L,C3，C4为构成振荡回路的三个电抗。

R1，R2为晶体管VT的基极偏置电阻，R3为集电极电阻，R4为发射极电阻。

C1为基极耦合电容，C2为旁路电容。

该振荡器的交流等效电路见下图。

由于振荡回路的三个电抗中有两个是电容，所以叫做电容三点式振荡器。

C3上的输出电压同时加在L,C4支路上，由于电感上电流滞后电压90度，所以支路电流比输出电压滞后90度，而支路电流流过电容C所产生的反馈电压又比支路电流滞后90度，即与输出电压反相（相差180度），而与输入电压同相，实现了正反馈。

电容三点式振荡器的优点是振荡输出电压波形好，振荡频率较稳定，缺点是不易起振，波段频率范围较窄。

3、改进型电容三点式振荡器下图所示为改进型电容三点式振荡器。

振荡回路由L1，C2，C3,C4构成。

R1，R2为晶体管VT的基极偏置电阻，R3为集电极电阻，R4为发射极电阻。

C1为交流旁路电容。

振荡电压由L1耦合至L2输出。

该振荡器的交流等效电路如下图所示。

其特点是将大容量的C2，C3分别并联在VT的集电极-发射
极，基极-发射极之间，在L1支路中则串联了一个小容量的电容器C4。

当C2，C3远大于C4时，振荡频率主要由L1
和C4决定。

调节C4可在一定范围内改变振荡频率。

改进
型电容三点式振荡器比普通电容三点式振荡器具有更高的
频率稳定度。

三、晶体振荡器晶体具有压电效应，其固有谐振频率十分稳定，因此晶体振荡器具有非常高的频率稳定度。

根据晶体在电路中的作用形式，常见的晶体振荡器可分为两类：并联晶体振荡器和串联晶体振荡器。

1、并联晶体振荡
器下图所示为并联晶体振荡器电路，晶体B作为反馈元件，并联于晶体管VT的集电极与基极之间，R1，R2为晶体管VT的基极偏置电阻，R3为集电极电阻，R4为发射极电阻，C1为基极旁路电容。

从下图所示的交流等效电路可见，这
是一个电容三点式振荡器，晶体B在这里等效为一个电感元件使用，与振荡回路C2，C3一起组成并联谐振回路，共同决定电路的振荡频率。

并联晶体振荡器稳频原理如下：因为晶体的电抗曲线非常陡峭，可等效为一个随频率有很大变化的电感。

当由于温度、分布电容等因素使振荡频率降低时，晶体的等效电感量就会迅速减小，迫使振荡频率回升；反之则做反方向调整，最终使得振荡器具有很高的频率稳定度。

2、串联晶体振荡器下图所示是串联晶体振荡器电路，晶体
管VT1，VT2组成两级阻容耦合放大器，晶体B与C2串联后作为两级放大器的反馈网络。

R1，R3分别为VT1，VT2
的基极偏置电阻，R2，R4分别为VT1，VT2的集电极负载电阻。

C1为两管间的耦合电容，C3为振荡器输出耦合电容。

该晶体振荡器的交流等效电路如下图所示。

因为两级放大器的输出电压（VT2的集电极电压）与输入电压（VT1的基极电压）同相，晶体B在这里等效为一个纯电阻使用，将VT2的集电极电压反馈到VT1的基极，构成正反馈电路。

电路振荡频率由晶体的固有串联谐振频率决定。

串联晶体振荡器稳频原理如下：因为晶体的固有频率非常稳定，在反馈电路中起着带通滤波器作用，当电路频率等于晶体的串联谐振频率时，晶体呈现为纯电阻性质，实现正反馈，电路振荡；当电路频率偏离晶体的串联谐振频率时，晶体不再是纯电阻（呈现感抗或容抗）性质，破坏了振荡的相位条件。

因此，振荡频率只能等于晶体的固有串联谐振频率。

四、RC振荡器RC 振荡器是以电阻、电容作为反馈和选频元件的振荡器，其突出特点是可以产生很低的振荡频率。

音频振荡器常采用RC 振荡器。

1、RC移相振荡器下图所示是RC移相振荡器电路。

C1，C2，C3，R1，R2，R3组成移相网络，R5是集电极电阻，C4是输出耦合电容。

由于晶体管VT的集电极输出电压与基极输入电压互为反相，两者相差180度，因此必须将集电极输出电压移相180度（即再反相一次），后送至基极，才能使电路起振。

RC网络具有移相作用。

RC移相网络是利用电容器上电流超前电压的特性工作的，如下图a)所示，通
过电容C的电流超前输入电压一个相移角，电流在电阻R
上的压降即为输出电压，所以输出电压超前输入电压一个相移角，相移角在0度到90度之间，由组成移相网络的R,C 的比值决定，其矢量图见下图b）所示。

当需要的相移角超过90度时，客用多杰移相网络来解决，下图a）所示为三节RC移相网络电路，每节分别由C1和R1，C2和R2，C3和R3组成，适当选取R与C的值，使在特定频率下每节移相60度，三节便可实现移相180度,下图b）所示为其矢量图。

将该移相网络接于晶体管VT的集电极与基极之间，即可实现正反馈，满足了电路起振的相位条件，使电路起振。

RC移相振荡器的特点是电路结构简单，但输出波形不够好。

2、RC桥式振荡器RC桥式振荡器又称为文氏电桥振荡器，电路如下图所示，VT1，VT2组成两级阻容耦合放大器。

R1，C1串联以及R2，C2并联共同组成正反馈网络，用以选频和产生振荡。

R5和RT组成负反馈网络，用以改善输出波形，R3，R4和R7，R8分别是VT1，VT2的基极偏置电阻，C7是振荡电压输出耦合电容这种振荡器的正反馈网络正好构
成了电桥电路，如下图所示，VT1，VT2组成移相角为0的放大器，电桥的A,D端接放大器输出端，B,E端接放大器输入端。

当信号频率等于R1，C2和R2，C2正反馈网络的谐振频率时，放大器输出电压与反馈到输入端的电压同相，电路振荡。

电桥E-D臂的RT是正温度系数热敏电阻，具有稳
定幅度的作用，当振荡增强时，流过热敏电阻RT的电流增大，导致温度升高，阻值增大，使负反馈增强，振荡减弱；反之则负反馈减弱，振荡增强，从而稳定了振幅。

RC桥式振荡器具有容易起振，输出波形好，输出功率较大的特点，应用比较广泛。