正弦波振蕩電路的分析方法探析

劉雪亭

摘要：結合教學實踐的體會，對正弦波振蕩電路的分析方法與過程進行了詳細的探討，為學習者建立一種清晰、邏輯的分析電路思維能力。

關鍵詞：正弦波振蕩電路；選頻網絡；反饋網絡

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0205-02

學習振蕩電路時要首先掌握其概念，其次要抓住電路的分析方法與過程。

一、理解振蕩電路的概念

振蕩電路的定義：學習時要掌握其三大特點：（1）正弦波振蕩電路是一個沒有輸入信號，卻有輸出的電路，其實質是振蕩電路引正反饋的結果，通過引入正反饋使電路內部發生“自激”現象；（2）其本質是通過三極管有源器件把直流能量轉化為交流能量輸出，所以在工作時和放大電路一樣需要直流電源供電；（3）輸出的正弦波信號必需是穩定的，即頻率穩定、幅度穩定和波形穩定。

二、正弦波振蕩電路的分析方法與過程

關鍵是掌握其分析步驟，這種分析對任何一個反饋式振蕩電路都適用的，具體過程如下。

1.看電路。看電路是否具有振蕩器的三個基本組成，即基本放大電路、反饋網絡和選頻網絡。（1）基本放大電路：基本放大電路的有源器件可以是晶體管（NPN、PNP）、場效應管、差分對管和線性集成運放等，即可以是分立元件放大電路，也可以是集成放大電路。分立元件放大電路組態可以是共射（CE），為反相放大器；也可以是共基（CB），為同相放大器。（2）反饋網絡：其反饋一定是正反饋，作為反饋網絡可以是變壓器、耦合電路、電感分壓電路、電容分壓電路等。反饋信號可以反饋到三極管的基極（CE組態），也可以反饋到三極管的射極（CB組態）。（3）選頻網絡：作為選頻網絡的可以是LC諧振回路、RC移相（或選頻）電路、石英晶體諧振器等。在這三種選頻網絡中，石英晶體諧振器的品質因數最高，選頻功能最強，其振蕩電路頻率穩定度最高。該網絡中的元件參數決定了該振蕩電路的頻率大小。學生在學習振蕩電路框圖時遇到這兩個圖，往往感到很費解，其實比較一下這兩個圖的不同之處，就可以理解選頻網絡的作用了。圖1中的A就是圖2中的基本放大器，F就是圖2中的反饋網絡，圖2中多了選頻網絡。對于圖1，只由基本放大器和反饋網絡組成，也就是說這個框圖的電路也能產生自激，但是由于沒有選頻網絡，所以電路自激出的波形頻率非常豐富，不穩定，不是單一頻率的正弦波；圖2中選頻網絡利用其選頻、濾波特性，保證在輸出端得到一個頻率穩定的正弦波。

選頻網絡的作用可以這樣理解：在給振蕩電路通直流電源的瞬間，其瞬時信號頻率非常豐富，其多為干擾信號，因為有用的正弦波頻率只有一個，這些無用的干擾信號能串入振蕩電路的輸入端，經過放大器放大后，由電路的輸出端輸出，若沒有選頻網絡的存在，這些干擾信號在這個環形電路中不斷被放大，會導致有用信號信噪比嚴重下降。若有選頻網絡，此信號再經過選頻及正反饋網絡把某一頻率信號篩選出來，再送回放大電路的輸入端，這樣不斷循環放大，不斷選頻，其幅度越來越大，頻率越來越純凈，最后得到一個單一頻率的正弦輸出信號。（4）三者相互關系。選頻網絡有時獨立存在，如在石英晶體振蕩電路中，石英晶體諧振器是一個單獨的選頻網絡；有時和正反饋網絡合二為一，如在RC振蕩電路中，RC串并聯網絡既作為該電路的選頻網絡，又作為反饋網絡；正反饋網絡也可以是選頻網絡的一部分，如在三點式振蕩電路中，反饋信號有時取LC選頻網絡的某一個電容或某一個電感；選頻網絡有時和放大電路合二為一，如在變壓器反饋式振蕩電路中，LC諧振回路作為放大電路的負載，構成一個諧振放大電路。這樣一來，便構成了多種多樣的振蕩電路類型。理解了三者之間的關系，學生能快速掌握電路的基本結構，對學生在學習電路過程中起到很好的引導作用。

2.判斷振蕩電路中的基本放大部分是否具有放大作用。實際是判斷放大電路中三極管的靜態工作點是否處在放大區。可畫出直流等效電路看靜態工作點是否合適。對于由分立元件構成的放大器，這一步優為重要。不管是共射，共基組態放大器，其判斷原則是三極管的“發射結正偏，集電結反偏”。即NPN管三個極的靜態電位為UC>UB>UE；PNP管三個極的靜態電位為UC3.分析振蕩電路中的振蕩條件。分析電路是否滿足起振條件和平衡條件，這兩個條件中都有相位和振幅條件，一般振幅條件較易滿足，關鍵是相位條件，而起振條件和平衡條件中的相位條件是一樣的。如在三點式振蕩電路中，判斷其相位條件是否滿足，實際上可以通過以下三種描述去分析：電路中是否存在正反饋；電路中的相位條件是否滿足這樣一個表達式：φa+φf=2nπ；是否滿足“射同基反”的原則。前兩個條件對任何一個振蕩器都適用，原則只對三點式振蕩器適用。判斷正反饋可以用瞬時極性法去分析，往往在分析過程中會有這兩種情況：假設的輸入ui為正極性，到輸出uo為正極（同相放大器），最后反饋信號uf也為正極性，這種反饋為正反饋，即φa+φf=0；或假設的輸入ui為正極性，到輸出uo為負極性（反相放大器），最后反饋信號uf為正極性，這種反饋也為正反饋，即φa+φf=2π。它們都滿足三點式振蕩器“射同基反”的原則。告訴學生三種判斷方法，讓其能根據自己的理解，去選擇一種適合自己的方法去分析、解決問題，養成尋求最佳分析方法的習慣，培養其有效貫通知識及發散思維的能力。

4.計算電路的振蕩頻率。振蕩頻率由選頻網絡的參數來決定，與電路中的其他參數無關。如LC振蕩器的頻率由振蕩回路的電容和電感值決定，一般改變其電容值使頻率在一定范圍可調。要注意在改變頻率時一定不要影響反饋系數的大小，否則電路有可能發生停振，那就要對原來的電路結構加以改進，使頻率調節與反饋系數大小無關。與選頻網絡并聯的電阻一般只改變電路的品質因數和振蕩頻率以及影響主回路的增益，它不影響相位條件；與選頻網絡電容、電感串聯的電阻將使電路損耗增大，不容易振蕩，即振蕩條件不易滿足，有它還將產生相移，使相位條件也不易滿足。一般講，并聯電阻的阻值越大，串聯的電阻阻值越小，對電路的影響就越小。

每一種功能電路在分析時都有其相似的分析方法和過程，學習者要善于發現和總結，這對于提高學習效率有著非常大的作用，也提高了學習者分析和解決問題的能力。

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Abstract：Combined with the experience of teaching practice，the analysis method and process of the sine wave oscillation circuit are discussed in detail，which is a clear and logical thinking ability of the students.

Key words：Sine wave oscillating circuit；Frequency selective network；Feedback network