正弦波振蕩電路是電子技術(shù)中的一種基本電路，它在測(cè)量、通信、無線電技術(shù)、自動(dòng)控制和熱加工等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。正弦波振蕩電路具有不同的實(shí)現(xiàn)形式，如LC振蕩電路、RC橋式振蕩電路、RC移相式振蕩電路等。

正弦波振蕩電路可以輸出單一頻率的正弦波，是應(yīng)用最為廣泛的振蕩電路。

振蕩電路是由基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路。為了得到指定的單頻正弦波振蕩，在整個(gè)振蕩電路中應(yīng)有選頻網(wǎng)絡(luò);為了使振蕩電路輸出穩(wěn)定，在放大電路中還往往加有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。

選頻網(wǎng)絡(luò)由RC電路構(gòu)成的稱為RC正弦波振蕩電路，這種選頻網(wǎng)絡(luò)通常安排在反饋網(wǎng)絡(luò)中，也叫“選頻正反饋網(wǎng)絡(luò)”;選頻網(wǎng)絡(luò)由LC電路構(gòu)成的稱為L(zhǎng)C正弦波振蕩電路，這種選頻網(wǎng)絡(luò)常常設(shè)置為基本放大器的負(fù)載，類似“選頻放大器”。這兩種電路方框的組成如下圖(a)和(b)所示。

分析一個(gè)正弦波振蕩電路的性能，通?？砂聪铝胁襟E進(jìn)行：

1、檢查振蕩電路電路是否包括有放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻電路等三大部分;

2、用“瞬時(shí)極性法”，檢查在某假定的信號(hào)作用下，反饋網(wǎng)絡(luò)是否滿足相位平衡條件，即判斷能否形成正反饋;

3、根據(jù)電路實(shí)際結(jié)構(gòu)求出環(huán)路放大倍數(shù)Af，根據(jù)電路的相位條件或選頻網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)計(jì)算電路振蕩頻率f0;

4、當(dāng)f=f0時(shí)，令A(yù)f 1，即從自激振蕩幅度條件求出振蕩電路的起振條件(例如放大器的放大倍數(shù)A至少要多大);

5、對(duì)具體電路的特點(diǎn)(如穩(wěn)幅情況、頻率條件、頻率穩(wěn)定性等)進(jìn)行分析比較。

1、基本諧振放大器

構(gòu)成LC振蕩電路的核心部分是諧振放大器。典型的諧振放大器電路如下圖所示。

圖中電路中的LC有并聯(lián)諧振的特性，即在發(fā)生諧振時(shí)，A、B兩端的諧振阻抗很大，且呈現(xiàn)出純電阻特性。另外，當(dāng)LC并聯(lián)回路發(fā)生諧振時(shí)具有選頻特性，當(dāng)加在其上的頻率較低時(shí)，回路阻抗呈電感性;當(dāng)頻率較高時(shí)，回路阻抗呈電容性。

2、正弦振蕩產(chǎn)生的過程

從放大到振蕩的過程可以用下圖解釋。圖中，當(dāng)開關(guān)K在位置“1”時(shí)，該電路是一個(gè)諧振放大器;當(dāng)開關(guān)K在位置“2”時(shí)，電路與變壓器耦合放大器很相似。不同之處在于變壓器B的次級(jí)電壓是反饋到放大器的輸入端，而不是被耦合到下一級(jí)放大器。

在這個(gè)電路中，輸入信號(hào)經(jīng)三極管放大后倒相180°，如果反饋電壓再反相180°，就會(huì)和輸入信號(hào)同相而形成正反饋，這就滿足了自激振蕩的相位條件。此外，可以適當(dāng)選擇變壓器B的匝數(shù)比，使反饋電壓的幅度大于原先的輸人信號(hào)，從而滿足自激振蕩的幅度條件。

由此看來，在圖中的變壓器B所標(biāo)的極性條件下，當(dāng)開關(guān)K處于位置“2”時(shí)，雖然把輸人信號(hào)去掉了，但反饋信號(hào)可以代替輸人信號(hào)，電路仍能輸出振蕩信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了從放大器到正弦波振蕩電路的轉(zhuǎn)變。

帶有信號(hào)轉(zhuǎn)換開關(guān)的振蕩電路顯然使用不便，實(shí)際上也無此必要。下面我們分析如下圖所示的變壓器反饋式振蕩電路，看看自激振蕩是怎樣建立的。

圖中(a)是變壓器反饋振蕩電路。由晶體管T組成共發(fā)射極放大器。變壓器B1的初級(jí)與并聯(lián)的電容C是起選頻作用的LC諧振電路。變壓器B1的次級(jí)向放大器輸入端提供正反饋信號(hào)。這種振蕩電路把LC調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)接在共射放大器中三極管的集電極，故又稱為“共射調(diào)集”變壓器反饋式LC振蕩電路。

接通電源時(shí)，LC回路中會(huì)出現(xiàn)微弱的瞬變電流，但是只有頻率和回路諧振頻率f0相同的電流才能在回路兩端產(chǎn)生較高的電壓，這個(gè)電壓通過變壓器的初次級(jí)L1、L2的耦合又回到晶體管T的基極。從圖(b)可以看到，同名端的規(guī)定使這個(gè)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)的相位是相同的，也就是說，它是正反饋。因此電路的振蕩逐漸加強(qiáng)，并最終穩(wěn)定下來。

設(shè)變壓器初級(jí)看進(jìn)去的等效電感為L(zhǎng)，與L并聯(lián)的電容是C，此振蕩電路的振蕩頻率是

f0=1/[2π√(LC)]

這種電路常用于產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號(hào)。

變壓器反饋式振蕩電路通過互感實(shí)現(xiàn)耦合和反饋，很容易實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和達(dá)到起振要求，所以效率較高，應(yīng)用很普遍。改變電感L和電容C的數(shù)值都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩頻率的調(diào)節(jié)。實(shí)用中考慮到方便性，大都是通過在LC回路中裝上可變電容的辦法來實(shí)現(xiàn)諧振頻率的調(diào)節(jié)。

哈特萊振蕩電路如下圖所示。它是一種利用電感反饋構(gòu)成的LC振蕩電路。這種電路的特點(diǎn)是回路中的電感線圈有三個(gè)端點(diǎn)，故又名電感三點(diǎn)式振蕩電路。電感L的三個(gè)端點(diǎn)分別接到晶體管的三個(gè)極(指交流通路)，反饋電壓由電感的抽頭取得。

從圖中(b)的交流通路中可以看到，晶體管的輸人電壓和反饋電壓是同相的，滿足振蕩電路相位平衡的條件，因此電路能起振。它的振蕩頻率為：

f0=1/[2π√(LC)]

式中L=L1+L2+2M。M為回路電感線圈與反饋線圈之間的互感量。電感三點(diǎn)式振蕩電路常用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號(hào)。

在電感三點(diǎn)式振蕩電路中，由于電感L1和L2是一個(gè)線圈的兩個(gè)繞阻，所以耦合緊密，這種電路比變壓器反饋式電路更容易起振，且振蕩幅度較強(qiáng)。調(diào)節(jié)頻率的方法多為把回路電容C做成可變電容器，調(diào)節(jié)方便，范圍也寬。缺點(diǎn)是振蕩波形較差，因?yàn)榉答侂妷喝∽噪姼芯€圈L2，而L2對(duì)振蕩電路中的高次諧波阻抗很大，使高次諧波的反饋較強(qiáng)，引起輸出波形中的高次諧波分量增大。

考畢茲振蕩電路如下圖所示。它是一種電容反饋式LC振蕩電路電路，這種電路的LC回路也有三個(gè)端點(diǎn)。

從圖中(b)的交流通路中可以看出，電路中的兩個(gè)電容分別接到晶體三極管的三個(gè)電極上，反饋電壓由電容的分壓取得，所以又叫電容三點(diǎn)式LC振蕩電路。

電路中的電感L和電容C1、C2組成起選頻作用的諧振電路，從電容C2上取出反饋電壓加到晶體管T的基極。從圖中(b)還可以看出，晶體管的輸入電壓和反饋電壓同相，滿足相位平衡條件，因此電路能起振。電容三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率為：

f0=1/[2π√(LC)]

式中C=C1C2/(C1+C2)。這一電路的反饋電壓從電容C2取出，電容是高通元件，對(duì)高次諧波容抗小，反饋弱，所以輸出波形中的高次諧波分量較小，波形較好，頻率穩(wěn)定度也較高。常用于產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)的電路中。

電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)若用改變C1或C2的辦法，會(huì)影響反饋系數(shù)，因此都采用固定電容C1和C2，再另外加上一個(gè)可變電容C3并聯(lián)在回路上來調(diào)節(jié)頻率，由于電容C1、C2的存在，使C3對(duì)頻率的影響變小，所以調(diào)節(jié)范圍較小，故此電路適用于固定頻率或小范圍調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。

RC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)是RC電路，它的振蕩頻率比較低。常見的主要有RC移相式正弦波振蕩電路、RC橋式(文氏電橋)正弦波振蕩電路等。

1、RC移相式正弦波振蕩電路

RC移相式正弦波振蕩電路是一種正反饋強(qiáng)烈的放大器，它利用RC移相電路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，可輸出正弦波信號(hào)。其基本的組成方框如下圖所示。

圖中的放大器部分采用單級(jí)(或奇數(shù)級(jí))共發(fā)射極放大器，其輸出電壓與輸入電壓反相，即φ=180°。因此將輸出信號(hào)反饋到輸入端時(shí)必須進(jìn)行倒相，利用RC移相電路對(duì)某一特定的頻率進(jìn)行180°的相移，這樣才能滿足振蕩電路的相位條件，從而實(shí)現(xiàn)選頻式的正反饋。

在RC串聯(lián)電路中，一級(jí)RC電路的移相范圍總是小于90°，所以要移相180°至少要有三級(jí)RC電路來完成。下圖為三級(jí)RC超前型移相電路的相頻特性和幅頻特性。

RC相移振蕩電路的特點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但穩(wěn)定性不高，調(diào)節(jié)不太方便。一般都用它作固定頻率振蕩電路和對(duì)頻率穩(wěn)定度等性能要求不太高的場(chǎng)合。當(dāng)三級(jí)RC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)相同時(shí)，它的振蕩頻率是：

f0=1/[2π√(RC)]

這種電路的振蕩頻率一般為幾十千赫。

2、RC橋式正弦波振蕩電路

RC橋式振蕩電路又稱文氏電橋振蕩電路，它是一種利用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作反饋的RC振蕩電路，其基本組成如下圖所示。

RC橋式正弦波振蕩電路的放大部分采用兩級(jí)共發(fā)射極放大器，其輸出電壓與輸入電壓同相，所以反饋電路無需移相即可獲得正反饋。利用RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)選頻式的正反饋。

(1)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)

下圖是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)圖，其相頻特性和幅頻特性如圖(b)所示。

當(dāng)頻率較低時(shí)，電容的容抗很大，所以并聯(lián)電容C2的作用與R2相比可以省略。流過電阻R2的電流相當(dāng)于流過電容C1的電流，即容性電流。此時(shí)電路相當(dāng)于C1和R2構(gòu)成的超前移相電路，所以輸出電壓U0超前U一個(gè)角度。隨著頻率f從零增加，電容容抗減小，U0超前U的角度從+90°逐漸減小，輸出電壓的幅度逐漸增大。

當(dāng)頻率較高時(shí)，串聯(lián)電容C1的容抗很小，C1可以省略;并聯(lián)電容C2的容抗小，起主要作用;R2的影響可以省略。此時(shí)的電路相當(dāng)于R1和C2組成的滯后移相電路，從C2上取得的電壓U0滯后于Ui一個(gè)角度。隨著頻率/的減小，電容的容抗增大，U0、Ui的角度差也逐漸減小，U0的輸出幅度會(huì)增大。

當(dāng)頻率為某一中間值f=fo時(shí)，電壓U0、Ui同相，并且輸出電壓U0的幅度大到最大，由此看出RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性。

(2)RC橋式振蕩電路實(shí)例

下圖為具有RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路及其等效電路。

晶體管T1、T2組成兩級(jí)共發(fā)射極放大器。圖中R1、C1和R2、C2串并聯(lián)電路就是它的選頻率網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)又是正反饋電路的一部分，它只對(duì)某個(gè)特定的頻率信號(hào)沒有相移，而對(duì)其他頻率的電壓都有不同程度的相移。

由于放大器有兩級(jí)，從T2輸出端取出的反饋電壓和放大器的輸入電壓是同相的。因此反饋電壓經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)送回到T1的輸入端時(shí)，只有這個(gè)特定頻率的電壓才能滿足相位平衡條件而起振?？梢奟C串并聯(lián)電路同時(shí)能夠撫到洗瀕和正反饋支路的作用。

實(shí)際上，為了提高振蕩電路的工作質(zhì)量，電路中還加有由Rf和RE1組成的串聯(lián)電壓嚴(yán)反饋電路。其中Rf是一個(gè)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，它對(duì)電路能起到穩(wěn)定振苧甲苧和減小非線性失真的作用。從圖(b)的等效電路可以看到，這個(gè)振蕩電路是一個(gè)橋形電路。R1和C1、R2和C2、Rf、RE1分別是電橋的四個(gè)臂，放大器的輸入和輸出分別接在電橋的兩個(gè)對(duì)角線上。

C橋式振蕩電路的振蕩頻率f0取決于電阻和電容的取值：

f0=1/[2π√(R1R2C1C2)]

當(dāng)R1=R2=R、C1=C2=C時(shí)，振蕩頻率f0簡(jiǎn)化為：

f0=1/(2πRC)

通常這種振蕩電路的工作頻率從1Hz-1MHz范圍內(nèi)容易起振工作。