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正弦波振荡器

简介

定义

正弦波振荡器是指不需要输入信号控制就能自动地将直流电转换为特定频率和振幅的正弦交变电压（电流）的电路。它由四部分组成：放大电路，选频网络，反馈网络和稳幅电路。常用的正弦波振荡器有电容反馈振荡器和电感反馈振荡器两种。后者输出功率小，频率较低；而前者可以输出大功率，频率也较高。

分类

正弦波振荡器可分为两大类：一类是利用反馈原理构成的反馈振荡器，它是目前应用最广的一类振荡器；另一类是负阻振荡器，它将负阻抗元件直接连接到谐振回路中，利用负阻器件的负阻抗效应去抵消回路中的损耗，从而产生出正弦波振荡。

应用

正弦波振荡器广泛用于各种电子设备中。此类应用中，对振荡器提出的要求是振荡频率和振荡振幅的准确性和稳定性。正弦波振荡器的另一类用途是作为高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。这类应用中，对振荡器提出的要求主要是高效率地产生足够大的正弦交变功率，而对振荡频率的准确性和稳定性的要求一般不作苛求。

反馈振荡器

原理分析

反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路。它由放大器和反馈网络两大部分组成。放大器通常以某种选频网络（如振荡回路）作负载, 是一种调谐放大器；反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。

起振------>非线性过程------>稳幅振荡

平衡条件

记闭环电压放大倍数 Ku(s)，开环电压放大倍数 K(s)，电压反馈系数 F(s)，环路增益 T(s)，反馈系数 F′(jω)=-F(jω)。自激振荡的条件就是环路增益为1，即T(jω)=K(jω)F(jω)=1，通常又称为振荡器的平衡条件。

振荡器的平衡条件又可细分为振幅平衡条件（|T(jω)|=1）和相位平衡条件（ψ(T)=ψ(K)+ψ(F)=2nπ, n=0,1,2…）。

值得说明的是：

1. 当|T(jω)|>1，形成增幅电路振荡；当T|(jω)|<1时，形成减幅振荡。

2. 平衡时电源供给的能量等于环路消耗的能量；

3. 通常的环路只在某一特定才满足相位条件。

起振条件

为使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即T(jω)>1，称为自激振荡的起振条件。与平衡条件相应的，振荡器的起振条件又可细分为起振的振幅条件（|T(jω)|>1）和相位条件（ψ(T)=ψ(K)+ψ(F)+ψ(F'')=2nπ, n=0,1,2…），其中起振的相位条件即为正反馈条件。

稳定条件

振荡器的稳定条件相应地可分为振幅稳定条件和相位稳定条件。

(1) 振幅稳定条件

要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。具体来说，就是在平衡点附近，当不稳定因素使振幅增大时，环路增益将减小，从而使振幅减小。

(2)相位稳定条件

同理，要使相位稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止相位变化的能力。

振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化, 引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度, 它是振荡器的一个很重要的指标。频率稳定度又可分为：长期频率稳定度（一般是指一天以上甚至几个月的时间间隔内频率的相对变化）、短期频率稳定度（一般是指一天以内，以小时、分钟或秒记的时间间隔内频率的相对变化）和瞬时频率稳定度（一般是指秒或毫秒的时间间隔内频率的相对变化）。一般所说的频率稳定度是指短期稳定度。一般短波、超短波发射机的的频率稳定度为10-4～10-5，电视发射台的频率稳定度为5×10-7左右。

提高频率稳定度的措施有：

1. 提高振荡回路的标准性（指回路元件和电容的标准性，温度是影响的主要因素）

2. 减少晶体管的影响

3. 提高回路的品质因数

4. 减少电源、负载等的影响

LC 振荡器的基本原则

LC振荡基本电路，就是通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器，即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。

根据谐振回路的性质, 谐振时回路应呈纯电阻性，因此三个电抗元件不能是同性质元件。一般情况下，回路Q值很高，因此回路电流远大于晶体管的基极电流İb 、集电极电流İc以及发射极电流İe。

LC振荡器的设计方法

由振荡器的原理可以看出，振荡器实际为一个具有反馈的非线性系统，要精确计算是很困难的，而且也不必要。因此，振荡器的设计通常是进行一系列设计考虑和近似估算，选择合理的线路和工作点，确定元件的数值，而工作状态和元件的准确数字需要在调整、调试中最后确定。

一、振荡器电路选择

LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。

在短波范围：电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都可以采用。

若要求输出频率调节范围较宽：选择电感反馈振荡器；

若要求频率较高：常采用克拉泼、西勒电路。

在中、短波收音机中,为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。

二、晶体管选择

从稳频的角度出发,应选择fT较高的晶体管,这样晶体管内部相移较小。通常选择fT >(3～10)f1max。同时希望电流放大系数β大些,这既容易振荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合

三、直流馈电线路的选择

为保证振荡器起振的振幅条件,起始工作点应设置在线性放大区;从稳频出发,稳定状态应在截止区,而不应在饱和区（因为饱和区的输出阻抗较小）,否则回路的有载品质因数QL将降低。所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自偏压。

四、振荡回路元件选择

从稳频出发，振荡回路中电容C应尽可能大，但C过大，不利于波段工作；电感L也应尽可能大，但L大后，体积大，分布电容大，L过小，回路的品质因数过小，因此应合理地选择回路的C、L。在短波范围，C一般取几十至几百皮法，L一般取0.1至几十微亨。

五、反馈回路元件选择

由前述可知,为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振,在静态工作点通常应选择：Y(f)R(L)F''=3~5

当静态工作点确定后,Y(f)的值就一定,对于小功率晶体管可以近似为：Y(f)=g(m)

反馈系数的大小应在下列范围选择：0.1~0.5

相关分词：正弦振荡器振荡荡器