正弦波振荡电路的类型与平衡条件

2017-06-16 80 0

在电子工程中经常用到正弦信号,作为信号源的振荡电路,主要要求是频率准确度高、频率稳定性好、波形失真小和振幅稳定度高。用于产生高频信号的振荡电路主要有以下几种:

(1)LC 振荡电路,适用于几十千赫至几百兆赫的频率范围;

(2)RC 振荡电路,适用于声频和超声频范围(从几赫至 1MHz);

(3)晶体振荡电路,用于对频率稳定度要求较高的场合,频率低于 3kHz 时常用音叉振荡电路代替,频率高于几十兆赫时常用泛音晶体振荡电路。随着集成化技术的发展,已有多种晶体振荡器的集成电路,如国产的 ZWB-1 和 ZWB-2 型等。

反馈式振荡电路主要由基本放大器和反馈网络组成,如图 91 所示,因此振荡电路实际上是一个闭环的正反馈电路,其闭环增益为 Kf=Uf/Ui=KF。

要使电路产生振荡,反馈电压 Uf 必须与输入电压 Ui 同相,所以相位平衡条件为 φk+φf=2nπ(n=0,1,2,…);同时要求 |Uf|≥|Ui|,所以振幅平衡条件为 KF≥1。满足了这两个平衡条件,电路就产生振荡。由于振荡器的晶体管工作在非线性区域,输出中含有丰富的谐波成分,只有某一频率才能满足上述两个平衡条件,从而产生单一频率的正弦振荡。

正弦波振荡电路的类型与平衡条件

正弦波振荡电路的类型与平衡条件

正弦波振荡电路的类型与平衡条件

图 1 图 2

一、变压器反馈式振荡电路

图 2(a)为变压器反馈振荡电路。其正反馈过程是:若输入 Ui 为上正下负,对于振荡频率,回路谐振时的并联阻抗呈电阻性,所以输出电压 Uo 与 Ui 反相,即 Uo 为上负下正;由于同名端决定了 Uf 为上正下负,Uf 正好与 Ui 同相。只要晶体管的 β 足够大、变压器的匝数比合适,电路就能振荡。电路的起振条件和振荡频率分别为 β≥rbeRC/M 与 f≈1/(2π√(LC)),式中 rbe 为基极与发射极之间的交流等效电阻,R 为次级折算到初级的等效电阻,M 为互感系数,L、C 为谐振回路的电感与电容。

二、三点式振荡电路

1. 三点式电路相位条件的判别法

图 3(a)为三点式振荡器的交流等效电路。由相位平衡条件可以推论:凡与晶体管发射极相接的电抗 Xbe、Xce 性质应相同,而不与发射极连接的另一电抗元件 Xcb 的性质应与前两者相反。可用相量图检验上述结论:设 Xbe、Xce 为容性、Xcb 为感性,因振荡时回路谐振于振荡频率,回路呈电阻性,所以 Uo、Ui 反相,Ic、IL 反相;又因 Xbe、Xce 为容性,故 IC 比 UO 超前 90°;因 Xcb 为感性,所以 Uf 比 IL 滞后 90°。其相量图如图 3(b)所示,由图可见 Uf 与 Ui 同相,上述结论得到证明。

正弦波振荡电路的类型与平衡条件

正弦波振荡电路的类型与平衡条件

正弦波振荡电路的类型与平衡条件

图 3 图 4

2. 电容三点式振荡电路(考毕兹电路)

图 4(a)为电容三点式振荡电路及其交流等效电路。从图 4(b)可以看出,与发射极相接的是电容,集电极与基极之间接电感,符合共射三点式振荡电路对电抗性质的要求,故能振荡。该电路的起振条件和振荡频率分别为 β≥C2/C1 与 f≈1/(2π√(LC))(式中 C 为 C1、C2 的串联值)。

一般反馈系数 F=C1/C2 取 0.5~0.01 之间。由于该电路的输入端接电容,而容抗又随频率增加而减小,所以输入电压中的高次谐波分量将明显地受到抑制,使输出波形良好。该电路的缺点是用调节电容来改变频率时会同时使反馈系数改变,因此通常采用改进型的电容三点式振荡电路。

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