正弦波振蕩電路的基本工作原理

　　一個放大電路，在輸入端加上輸入信號的情況下，輸出端才有輸出信號。如果輸入端無外加輸入信號，輸出端仍有一定頻率和幅度的信號輸出，這種現(xiàn)象稱為放大電路的自激振蕩。振蕩電路就是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。它廣泛應(yīng)用于遙控、通信、自動控制、測量等設(shè)備中，也作為模擬電子電路的測試信號。

　　1、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件

　　圖1所示的正弦波振蕩電路是一個未加輸入信號的正反饋閉環(huán)電路。若輸出正弦電壓經(jīng)反饋環(huán)節(jié)產(chǎn)生的反饋電壓恰好等于放大電路所需的輸入電壓（幅度相等、相位相同），即=，則可在閉環(huán)電路輸出端得到持續(xù)穩(wěn)定的正弦波，如圖1（b）所示。由=，可得

　　（1）

　　圖1 正弦波振蕩電路的框圖

　　式（1）就是產(chǎn)生正弦波振蕩的振蕩條件。式（1）為復(fù)數(shù)式，若設(shè)，，正弦波振蕩條件可用幅度平衡條件和相位平衡條件來表示。

　　幅度平衡條件

　　|AF|=1（2）

　　相位平衡條件

　　（3）

　　2、正弦波振蕩的建立和穩(wěn)定

　　一個實(shí)際的正弦波振蕩電路的初始信號是由電路內(nèi)部噪聲和瞬態(tài)過程的擾動引起的。通常這些噪聲和擾動的頻譜很寬而幅度很小。為了最終能得到一個穩(wěn)定的正弦信號，首先，必須用一個選頻環(huán)節(jié)把所需頻率的分量從噪聲或擾動信號中挑選出來使其滿足相位平衡條件，而使其他頻率分量不滿足相位平衡條件。其次，為了能使振蕩能夠從小到大建立起來，要求滿足

　　|AF|》1（4）

　　式（4）稱為正弦波振蕩的起振條件。

　　從式（4）可以看到，振蕩建立起來后，信號由小到大不斷增長，不能得到一個穩(wěn)定的正弦波。實(shí)際上，信號的幅度最終要受到放大電路非線性的限制，即當(dāng)幅度逐漸增大時，|A|將逐漸減小，最終使|AF|=1達(dá)到幅度平衡條件，從而使正弦波振蕩穩(wěn)定。

　　3、正弦波振蕩電路的組成

　　從上述分析可知，正弦波振蕩電路從組成上看必須有以下四個基本環(huán)節(jié)。

　　（1）放大電路：保證電路能夠由從起振到動態(tài)平衡的過程，是電路獲得一定幅值的輸出量，實(shí)現(xiàn)能量的控制。

　　（2）選頻網(wǎng)絡(luò)：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。

　　（3）正反饋網(wǎng)絡(luò)：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。

　　（4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號幅值穩(wěn)定。

　　在不少實(shí)用電路中，常將選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)“合二為一”；而且，對于分立元件放大電路，也不再另加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，而依靠晶體管特性的非線性起到穩(wěn)幅作用。

　　正弦波振蕩電路常根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來命名，分為RC正弦波振蕩電路、LC正弦波振蕩電路和石英晶體正弦波振蕩電路3種類型。RC正弦波振蕩電路振蕩頻率較低，一般在1MHz以下；LC正弦波振蕩電路振蕩頻率較高，一般在1MHz以上；石英晶體正弦波振蕩電路也可以等效為LC正弦波振蕩電路，其特點(diǎn)是振蕩頻率非常穩(wěn)定。

       典型正弦波振蕩電路圖

　　如圖所示，RC串并聯(lián)構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)，其中R1與R2阻值相等，均為8k，C1與C2容值相等，均為0.01uF，R3和R4構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，R4阻值取2k，R5、D1、D2構(gòu)成穩(wěn)幅電路，R4阻值取2k，調(diào)節(jié)R3可改變反饋系數(shù)，從而改變放大電路的電壓增益滿足振蕩的幅度條件，二極管利用其穩(wěn)壓特性來限制輸出幅度，改善輸出波形，避免失真