正弦波振荡电路的基本工作原理

一个放大电路，在输入端加上输入信号的情况下，输出端才有输出信号。如果输入端无外加输入信号，输出端仍有一定频率和幅度的信号输出，这种现象称为放大电路的自激振荡。振荡电路就是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。它广泛应用于遥控、通信、自动控制、测量等设备中，也作为模拟电子电路的测试信号。

1、产生正弦波振荡的条件

图 1 所示的正弦波振荡电路是一个未加输入信号的正反馈闭环电路。若输出正弦电压

经反馈环节产生的反馈电压

恰好等于放大电路所需的输入电压

（幅度相等、相位相同），即

=

，则可在闭环电路输出端得到持续稳定的正弦波，如图 1（b）所示。由

=

，可得

（1）

图 1 正弦波振荡电路的框图

式（1）就是产生正弦波振荡的振荡条件。式（1）为复数式，若设

，

，正弦波振荡条件可用幅度平衡条件和相位平衡条件来表示。

幅度平衡条件

|AF|=1（2）

相位平衡条件

（3）

2、正弦波振荡的建立和稳定

一个实际的正弦波振荡电路的初始信号是由电路内部噪声和瞬态过程的扰动引起的。通常这些噪声和扰动的频谱很宽而幅度很小。为了最终能得到一个稳定的正弦信号，首先，必须用一个选频环节把所需频率的分量从噪声或扰动信号中挑选出来使其满足相位平衡条件，而使其他频率分量不满足相位平衡条件。其次，为了能使振荡能够从小到大建立起来，要求满足

|AF|》1（4）

式（4）称为正弦波振荡的起振条件。

从式（4）可以看到，振荡建立起来后，信号由小到大不断增长，不能得到一个稳定的正弦波。实际上，信号的幅度最终要受到放大电路非线性的限制，即当幅度逐渐增大时，|A|将逐渐减小，最终使|AF|=1 达到幅度平衡条件，从而使正弦波振荡稳定。

3、正弦波振荡电路的组成

从上述分析可知，正弦波振荡电路从组成上看必须有以下四个基本环节。

（1）放大电路：保证电路能够由从起振到动态平衡的过程，是电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。

（2）选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。

（3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。

（4）稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。

在不少实用电路中，常将选频网络和正反馈网络“合二为一”；而且，对于分立元件放大电路，也不再另加稳幅环节，而依靠晶体管特性的非线性起到稳幅作用。

正弦波振荡电路常根据选频网络所用元件来命名，分为 RC 正弦波振荡电路、LC 正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路 3 种类型。RC 正弦波振荡电路振荡频率较低，一般在 1MHz 以下；LC 正弦波振荡电路振荡频率较高，一般在 1MHz 以上；石英晶体正弦波振荡电路也可以等效为 LC 正弦波振荡电路，其特点是振荡频率非常稳定。

典型正弦波振荡电路图

如图所示，RC 串并联构成选频网络，其中 R1 与 R2 阻值相等，均为 8k，C1 与 C2 容值相等，均为 0.01μF，R3 和 R4 构成反馈网络，R4 阻值取 2k，R5、D1、D2 构成稳幅电路，R4 阻值取 2k，调节 R3 可改变反馈系数，从而改变放大电路的电压增益满足振荡的幅度条件，二极管利用其稳压特性来限制输出幅度，改善输出波形，避免失真