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正弦波振荡器相位平衡条件

正弦波振荡器相位平衡条件

点击数:7979 次   录入时间:03-04 11:50:32   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
  摘要:在“电子线路”课程的教学过程中,针对判断正弦波振荡器能否振荡这个难点,通过对放大电路、反馈网络移相的分析,可直观迅速地得出正弦波振荡器的相位条件,从而判定振荡器能否振荡。这在教学中取得了很好的效果。
关键词:正弦波振荡器 相位条件

  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,同相,φF = 0。

  图9、图10的变压器初、次级线圈异名端接地,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,公共点极性相反,反相,φF =π。

  图12、图14,公共点极性相同,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,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上公共点极性相同,同相,φF1=0;而图17 L上公共点极性相反,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,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,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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