正弦波振蕩電路的基本工作原理

　　一個(gè)放大電路，在輸入端加上輸入信號(hào)的情況下，輸出端才有輸出信號(hào)。如果輸入端無(wú)外加輸入信號(hào)，輸出端仍有一定頻率和幅度的信號(hào)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(méi)有外加輸入信號(hào)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(dòng)控制、測(cè)量等設(shè)備中，也作為模擬電子電路的測(cè)試信號(hào)。

　　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(gè)未加輸入信號(hào)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(lái)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(gè)實(shí)際的正弦波振蕩電路的初始信號(hào)是由電路內(nèi)部噪聲和瞬態(tài)過(guò)程的擾動(dòng)引起的。通常這些噪聲和擾動(dòng)的頻譜很寬而幅度很小。為了最終能得到一個(gè)穩(wěn)定的正弦信號(hào)，首先，必須用一個(gè)選頻環(huán)節(jié)把所需頻率的分量從噪聲或擾動(dòng)信號(hào)中挑選出來(lái)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(lái)，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(lái)后，信號(hào)由小到大不斷增長(zhǎng)，不能得到一個(gè)穩(wěn)定的正弦波。實(shí)際上，信號(hào)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(shí)，|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(gè)基本環(huán)節(jié)。

　　（1）放大電路：保證電路能夠由從起振到動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)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(hào)等于反饋信號(hào)。

　　（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(hào)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(duì)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(lái)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L(zhǎng)C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(lái)限制輸出幅度，改善輸出波形，避免失真