高手解讀振蕩電路和振蕩條件及常用振蕩器

不需要外加信號(hào)就能自動(dòng)地把直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定振幅和一定頻率的交流信號(hào)的電路就稱為振蕩電路或振蕩器。這種現(xiàn)象也叫做自激振蕩。或者說(shuō)，能夠產(chǎn)生交流信號(hào)的電路就叫做振蕩電路。

　　一個(gè)振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號(hào)是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個(gè)特定頻率 f 0 能通過(guò)，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。

　　振蕩器能不能振蕩起來(lái)并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)是反饋電壓 u f 和輸入電壓 U i 要相等，這是振幅平衡條件。二是 u f 和 u i 必須相位相同，這是相位平衡條件，也就是說(shuō)必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個(gè)振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。

　　振蕩器按振蕩頻率的高低可分成超低頻（ 20 赫以下）、低頻（ 20 赫～ 200 千赫）、高頻（ 200 千赫～ 30 兆赫）和超高頻（ 10 兆赫～ 350 兆赫）等幾種。按振蕩波形可分成正弦波振蕩和非正弦波振蕩兩類。

　　正弦波振蕩器按照選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件可以分成 LC 振蕩器、 RC 振蕩器和石英晶體振蕩器三種。石英晶體振蕩器有很高的頻率穩(wěn)定度，只在要求很高的場(chǎng)合使用。在一般家用電器中，大量使用著各種 L C 振蕩器和 RC 振蕩器。

LC 振蕩器

　　LC 振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是 LC 諧振電路。它們的振蕩頻率都比較高，常見電路有 3 種。

?。?1 ）變壓器反饋 LC 振蕩電路

　　圖 1 （ a ）是變壓器反饋 LC 振蕩電路。晶體管 VT 是共發(fā)射極放大器。變壓器 T 的初級(jí)是起選頻作用的 LC 諧振電路，變壓器 T 的次級(jí)向放大器輸入提供正反饋信號(hào)。接通電源時(shí)， LC 回路中出現(xiàn)微弱的瞬變電流，但是只有頻率和回路諧振頻率 f 0 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(guò)變壓器初次級(jí) L1 、 L2 的耦合又送回到晶體管 V 的基極。從圖 1 （ b ）看到，只要接法沒有錯(cuò)誤，這個(gè)反饋信號(hào)電壓是和輸入信號(hào)電壓相位相同的，也就是說(shuō)，它是正反饋。因此電路的振蕩迅速加強(qiáng)并最后穩(wěn)定下來(lái)。

　變壓器反饋 LC 振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率范圍寬、容易起振，但頻率穩(wěn)定度不高。它的振蕩頻率是： f 0 =1 ／ 2π LC 。常用于產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號(hào)。

　?。?2 ）電感三點(diǎn)式振蕩電路

　圖 2 （ a ）是另一種常用的電感三點(diǎn)式振蕩電路。圖中電感 L1 、 L2 和電容 C 組成起選頻作用的諧振電路。從 L2 上取出反饋電壓加到晶體管 VT 的基極。從圖 2 （ b ）看到，晶體管的輸入電壓和反饋電壓是同相的，滿足相位平衡條件的，因此電路能起振。由于晶體管的 3 個(gè)極是分別接在電感的 3 個(gè)點(diǎn)上的，因此被稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。

　　電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率范圍寬、容易起振，但輸出含有較多高次調(diào)波，波形較差。它的振蕩頻率是： f 0 =1/2π LC ，其中 L=L1 ＋ L2 ＋ 2M 。常用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號(hào)。

（ 3 ）電容三點(diǎn)式振蕩電路

　　還有一種常用的振蕩電路是電容三點(diǎn)式振蕩電路，見圖 3 （ a ）。圖中電感 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 VT 的基極。從圖 3 （ b ）看到，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。由于電路中晶體管的 3 個(gè)極分別接在電容 C1 、 C2 的 3 個(gè)點(diǎn)上，因此被稱為電容三點(diǎn)式振蕩電路。

　電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率穩(wěn)定度較高，輸出波形好，頻率可以高達(dá) 100 兆赫以上，但頻率調(diào)節(jié)范圍較小，因此適合于作固定頻率的振蕩器。它的振蕩頻率是： f 0 =1/2π LC ，其中 C= C 1 C 2 C 1 +C 2 。

　　上面 3 種振蕩電路中的放大器都是用的共發(fā)射極電路。共發(fā)射極接法的振蕩器增益較高，容易起振。也可以把振蕩電路中的放大器接成共基極電路形式。共基極接法的振蕩器振蕩頻率比較高，而且頻率穩(wěn)定性好。

　RC 振蕩器

　　RC 振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是 RC 電路，它們的振蕩頻率比較低。常用的電路有兩種。

?。?1 ） RC 相移振蕩電路

　　圖 4 （ a ）是 RC 相移振蕩電路。電路中的 3 節(jié) RC 網(wǎng)絡(luò)同時(shí)起到選頻和正反饋的作用。從圖 4 （ b ）的交流等效電路看到：因?yàn)槭菃渭?jí)共發(fā)射極放大電路，晶體管 VT 的輸出電壓 U o 與輸出電壓 U i 在相位上是相差 180° 。當(dāng)輸出電壓經(jīng)過(guò) RC 網(wǎng)絡(luò)后，變成反饋電壓 U f 又送到輸入端時(shí)，由于 RC 網(wǎng)絡(luò)只對(duì)某個(gè)特定頻率 f 0 的電壓產(chǎn)生 180° 的相移，所以只有頻率為 f 0 的信號(hào)電壓才是正反饋而使電路起振?？梢?RC 網(wǎng)絡(luò)既是選頻網(wǎng)絡(luò)，又是正反饋電路的一部分。