正弦波振荡器是一种不需外加信号,能自动将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号的自激振荡电路。正弦波振荡器要产生稳定的正弦波振荡,电路必须要满足振荡的起振和平衡的振幅和相位条件,实现放大 → 选频 → 正反馈 → 再放大,不断自激,产生输出信号的过程,如图1。这里仅就正弦波振荡器相位平衡条件进行讨论,以直观迅速地判断正弦波振荡器能否产生振荡。
一. 相位平衡条件
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φA + φF = 2nπ (n = 0,1,2,…)
φA是放大电路的移相;
φF是反馈网络的移相。
二. 电路能否自激振荡的判断
正弦波振荡器中,能出现相位变化的有放大和反馈两部分,对这两部分电路的移相进行分析、归纳,有助于增强振荡器自激振荡条件的理解,提高自激振荡判断的解题能力。
1.放大电路的移相φA
放大电路的移相主要决定于放大电路的形式。常用的放大电路有:晶体三极管放大器、场效应管放大器、差分放大器和集成运放等。职业中专只讨论晶体三极管放大器和集成运放电路。
1)晶体三极管放大器分共射、共基、共集三种组态。
共射电路移相φA = π。(见图2)
共基电路移相φA = 0。(见图3)
共集电路移相φA = 0。(见图4)
2)集成运放电路有同相输入和反相输入两种。
同相输入移相φA = 0。
反相输入移相φA =π。
2.反馈网络的移相φF
反馈网络的移相φF与信号的频率有关。通过选频电路,保证了振荡器具有单一的工作频率,也保证了反馈网络移相φF的单一值。在各种不同的振荡电路中,反馈网络有的就是选频电路,有的反馈网络与选频电路分开,有的反馈网络是选频电路的一部分。
1)RC选频电路(选频电路就是反馈网络)
A.RC串并联网络(见图19左半部分电路)
当f = f0 = 时,输出电压与反馈电压同相,即φF = 0。
B.RC移相网络
RC移相网络有超前移相和滞后移相两种。选取不同的R和C值,可获得一定频率下的超前移相(φF > 0)(图5)和滞后移相(φF < 0)(图6)值。
2)LC选频电路
A. 变压器反馈式(选频电路与反馈网络分开)
“*”表示变压器的同名端。
图7、图8的变压器初、次级线圈同名端接地,与
同相,φF = 0。
图9、图10的变压器初、次级线圈异名端接地,与
反相,φF =π。
B.电感电容反馈式(反馈网络是选频电路一部分)
由于电感电容反馈网络是LC选频电路一部分,LC中的多个电感可看作顺向串联,多个电容也可看作串联。
图11、图13,与
公共点极性相反,
与
反相,φF =π。
图12、图14,与
公共点极性相同,
与
同相,φF = 0 。
三. 应用举例:
判断下列电路是否产生自激振荡:
1.
解:φA判断:VT1为共基放大电路(交流信号从基极-发射极输入,基极-集电极输出)φA= 0。
φF判断:选频反馈电路为变压器反馈式,直流电源VCC对交流信号内阻小,交流通路视为短路接地。变压器初、次级线圈异名端接地,与
反相,φF =π。
所以φA+φF= 0+π=π,不符合相位平衡条件,不能够自激振荡。
2.
解:φA判断:VT1 、VT2为均共射放大电路,φA1=φA2=π。但图16中VO在L整段,而图17中的VO在L上半段。
φF判断:反馈网络是选频电路一部分,属电感电容式,图16 L上与
公共点极性相同,
与
同相,φF1=0;而图17 L上
与
公共点极性相反,
与
反相,φF2=π。
所以φA1+φF1=π+0 =π,图16不符合相位平衡条件,不能够自激振荡。
而φA2+φF2=π+π=2π,图17满足相位平衡条件,能够自激振荡。(此图即电感三点式)
3.
解:φA判断:VT1为共射放大电路,φA =π。
φF判断:选频反馈网络是电感电容式,C1上的与C2上的
公共点极性相反,
与
反相,φF2=π。
所以φA+φF=π+π=2π,满足相位平衡条件,能够自激振荡。(此图即为改进型电容三点式)
4.
解:此图为文氏电桥振荡电路。
φA判断:集成运放电路同相输入,φA = 0。
φF判断:反馈网络是RC串并联网络,与
同相,φF = 0。
所以φA+φF = 0+0 = 0,满足相位平衡条件,能够自激振荡。
参考资料: 《电子线路》中职统编教材(熊耀辉主编)
《电子线路》高教重点教材(谢嘉奎主编)
《电子技术基础》中职统编教材(陈振源主编)
《电工基础》中职统编教材(薛涛主编)
《电学》(中央电大杂志编辑部编)
[作者简介] 徐超明,男,1967年1月出生于浙江省嵊州市,1989年7月毕业于浙江大学力学系力学肆年制本科专业,理学士学位。1989年8月进浙江锻压机床厂工作,1991年4月起从事机械产品设计。2000年12月经省机械工程技术人员高级职务评审委员会评审,具有担任“高级工程师”专业职务的任职资格。2003年进入浙江省邮电学校,从事教学工作。
1995年起在杭州机械学校嵊州分校中专班、宁波机械学校嵊州分校中专班、绍兴文理学院成教分院与嵊州市人事局合办的机电专业“大专证书班”、嵊州市中等职业技术学校担任兼职任课教师,执教《工程力学》、《工程材料》、《机械设计基础》、《电力拖动控制线路》等课程。
在浙江省邮电学校期间,曾执教《电工基础》《电子线路》(模拟电子、数字电子)、《Protel DXP 电路设计与制板》等。
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