正弦波振蕩電路的分析方法探析

劉雪亭

摘要：結(jié)合教學(xué)實(shí)踐的體會，對正弦波振蕩電路的分析方法與過程進(jìn)行了詳細(xì)的探討，為學(xué)習(xí)者建立一種清晰、邏輯的分析電路思維能力。

關(guān)鍵詞：正弦波振蕩電路；選頻網(wǎng)絡(luò)；反饋網(wǎng)絡(luò)

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

學(xué)習(xí)振蕩電路時(shí)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(xué)習(xí)時(shí)要掌握其三大特點(diǎn)：（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(shí)質(zhì)是振蕩電路引正反饋的結(jié)果，通過引入正反饋使電路內(nèi)部發(fā)生“自激”現(xiàn)象；（2）其本質(zhì)是通過三極管有源器件把直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量輸出，所以在工作時(shí)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(wěn)定的，即頻率穩(wěn)定、幅度穩(wěn)定和波形穩(wěn)定。

二、正弦波振蕩電路的分析方法與過程

關(guān)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(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)。（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(yīng)管、差分對管和線性集成運(yùn)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(tài)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(wǎng)絡(luò)：其反饋一定是正反饋，作為反饋網(wǎng)絡(luò)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(tài)），也可以反饋到三極管的射極（CB組態(tài)）。（3）選頻網(wǎng)絡(luò)：作為選頻網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中，石英晶體諧振器的品質(zhì)因數(shù)最高，選頻功能最強(qiáng)，其振蕩電路頻率穩(wěn)定度最高。該網(wǎng)絡(luò)中的元件參數(shù)決定了該振蕩電路的頻率大小。學(xué)生在學(xué)習(xí)振蕩電路框圖時(shí)遇到這兩個圖，往往感到很費(fèi)解，其實(shí)比較一下這兩個圖的不同之處，就可以理解選頻網(wǎng)絡(luò)的作用了。圖1中的A就是圖2中的基本放大器，F(xiàn)就是圖2中的反饋網(wǎng)絡(luò)，圖2中多了選頻網(wǎng)絡(luò)。對于圖1，只由基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成，也就是說這個框圖的電路也能產(chǎn)生自激，但是由于沒有選頻網(wǎng)絡(luò)，所以電路自激出的波形頻率非常豐富，不穩(wěn)定，不是單一頻率的正弦波；圖2中選頻網(wǎng)絡(luò)利用其選頻、濾波特性，保證在輸出端得到一個頻率穩(wěn)定的正弦波。

選頻網(wǎng)絡(luò)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(shí)信號頻率非常豐富，其多為干擾信號，因?yàn)橛杏玫恼也l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(jīng)過放大器放大后，由電路的輸出端輸出，若沒有選頻網(wǎng)絡(luò)的存在，這些干擾信號在這個環(huán)形電路中不斷被放大，會導(dǎo)致有用信號信噪比嚴(yán)重下降。若有選頻網(wǎng)絡(luò)，此信號再經(jīng)過選頻及正反饋網(wǎng)絡(luò)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(huán)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(guān)系。選頻網(wǎng)絡(luò)有時(shí)獨(dú)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(dú)的選頻網(wǎng)絡(luò)；有時(shí)和正反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一，如在RC振蕩電路中，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)既作為該電路的選頻網(wǎng)絡(luò)，又作為反饋網(wǎng)絡(luò)；正反饋網(wǎng)絡(luò)也可以是選頻網(wǎng)絡(luò)的一部分，如在三點(diǎn)式振蕩電路中，反饋信號有時(shí)取LC選頻網(wǎng)絡(luò)的某一個電容或某一個電感；選頻網(wǎng)絡(luò)有時(shí)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(fù)載，構(gòu)成一個諧振放大電路。這樣一來，便構(gòu)成了多種多樣的振蕩電路類型。理解了三者之間的關(guān)系，學(xué)生能快速掌握電路的基本結(jié)構(gòu)，對學(xué)生在學(xué)習(xí)電路過程中起到很好的引導(dǎo)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(shí)際是判斷放大電路中三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)是否處在放大區(qū)。可畫出直流等效電路看靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適。對于由分立元件構(gòu)成的放大器，這一步優(yōu)為重要。不管是共射，共基組態(tài)放大器，其判斷原則是三極管的“發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏”。即NPN管三個極的靜態(tài)電位為UC>UB>UE；PNP管三個極的靜態(tài)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(guān)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(diǎn)式振蕩電路中，判斷其相位條件是否滿足，實(shí)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(dá)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(diǎn)式振蕩器適用。判斷正反饋可以用瞬時(shí)極性法去分析，往往在分析過程中會有這兩種情況：假設(shè)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(shè)的輸入ui為正極性，到輸出uo為負(fù)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(diǎn)式振蕩器“射同基反”的原則。告訴學(xué)生三種判斷方法，讓其能根據(jù)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(yǎng)成尋求最佳分析方法的習(xí)慣，培養(yǎng)其有效貫通知識及發(fā)散思維的能力。

4.計(jì)算電路的振蕩頻率。振蕩頻率由選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)來決定，與電路中的其他參數(shù)無關(guān)。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(diào)。要注意在改變頻率時(shí)一定不要影響反饋系數(shù)的大小，否則電路有可能發(fā)生停振，那就要對原來的電路結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，使頻率調(diào)節(jié)與反饋系數(shù)大小無關(guān)。與選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)的電阻一般只改變電路的品質(zhì)因數(shù)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(wǎng)絡(luò)電容、電感串聯(lián)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(chǎn)生相移，使相位條件也不易滿足。一般講，并聯(lián)電阻的阻值越大，串聯(lián)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(shí)都有其相似的分析方法和過程，學(xué)習(xí)者要善于發(fā)現(xiàn)和總結(jié)，這對于提高學(xué)習(xí)效率有著非常大的作用，也提高了學(xué)習(xí)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