振蕩器的類型及應用案例

振蕩電路的用途和振蕩條件

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

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

振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個條件決定的；一個是反饋電壓 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絡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，只在要求很高的場合使用。在一般家用電器中，大量使用著各種 L C 振蕩器和 RG 振蕩器。

LC 振蕩器

LC 振蕩器的選頻網絡是 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

振蕩器的類型及應用案例

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 的初級是起選頻作用的 LC 諧振電路，變壓器 T 的次級向放大器輸入提供正反饋信號。接通電源時， LC 回路中出現微弱的瞬變電流，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生較高的電壓，這個電壓通過變壓器初次級 L1 、 L2 的耦合又送回到晶體管 V 的基極。從圖 1 （ b ）看到，只要接法沒有錯誤，這個反饋信號電壓是和輸入信號電壓相位相同的，也就是說，它是正反饋。因此電路的振蕩迅速加強并最后穩(wěn)定下來。

變壓器反饋 LC 振蕩電路的特點是：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 。常用于產生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號。

（ 2 ）電感三點式振蕩電路

振蕩器的類型及應用案例

圖 2 （ a ）是另一種常用的電感三點式振蕩電路。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 個極是分別接在電感的 3 個點上的，因此被稱為電感三點式振蕩電路。

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

（ 3 ）電容三點式振蕩電路

振蕩器的類型及應用案例

還有一種常用的振蕩電路是電容三點式振蕩電路，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 個極分別接在電容 C1 、 C2 的 3 個點上，因此被稱為電容三點式振蕩電路。

電容三點式振蕩電路的特點是：頻率穩(wěn)定度較高，輸出波形好，頻率可以高達 100 兆赫以上，但頻率調節(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 振蕩器的選頻網絡是 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

振蕩器的類型及應用案例

圖 4 （ a ）是 RC 相移振蕩電路。電路中的 3 節(jié) RC 網絡同時起到選頻和正反饋的作用。從圖 4 （ b ）的交流等效電路看到：因為是單級共發(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° 。當輸出電壓經過 RC 網絡后，變成反饋電壓 U f 又送到輸入端時，由于 RC 網絡只對某個特定頻率 f 0 的電壓產生 180° 的相移，所以只有頻率為 f 0 的信號電壓才是正反饋而使電路起振?？梢?RC 網絡既是選頻網絡，又是正反饋電路的一部分。

RC 相移振蕩電路的特點是：電路簡單、經濟，但穩(wěn)定性不高，而且調節(jié)不方便。一般都用作固定頻率振蕩器和要求不太高的場合。它的振蕩頻率是：當 3 節(jié) RC 網絡的參數相同時： f 0 = 1 2π 6RC 。頻率一般為幾十千赫。

（ 2 ） RC 橋式振蕩電路

振蕩器的類型及應用案例

圖 5 （ a ）是一種常見的 RC 橋式振蕩電路。圖中左側的 R1C1 和 R2C2 串并聯電路就是它的選頻網絡。這個選頻網絡又是正反饋電路的一部分。這個選頻網絡對某個特定頻率為 f 0 的信號電壓沒有相移（相移為 0° ），其它頻率的電壓都有大小不等的相移。由于放大器有 2 級，從 V2 輸出端取出的反饋電壓 U f 是和放大器輸入電壓同相的（ 2 級相移 360°=0° ）。因此反饋電壓經選頻網絡送回到 VT1 的輸入端時，只有某個特定頻率為 f 0 的電壓才能滿足相位平衡條件而起振?？梢?RC 串并聯電路同時起到了選頻和正反饋的作用。

實際上為了提高振蕩器的工作質量，電路中還加有由 R t 和 R E1 組成的串聯電壓負反饋電路。其中 R t 是一個有負溫度系數的熱敏電阻，它對電路能起到穩(wěn)定振蕩幅度和減小非線性失真的作用。從圖 5 （ b ）的等效電路看到，這個振蕩電路是一個橋形電路。 R1C1 、 R2C2 、 R t 和 R E1 分別是電橋的 4 個臂，放大器的輸入和輸出分別接在電橋的兩個對角線上，所以被稱為 RC 橋式振蕩電路。

RC 橋式振蕩電路的性能比 RC 相移振蕩電路好。它的穩(wěn)定性高、非線性失真小，頻率調節(jié)方便。它的振蕩頻率是：當 R1=R2=R 、 C1=C2=C 時 f 0 = 1 2πRC 。它的頻率范圍從 1 赫～ 1 兆赫。

調幅和檢波電路

廣播和無線電通信是利用調制技術把低頻聲音信號加到高頻信號上發(fā)射出去的。在接收機中還原的過程叫解調。其中低頻信號叫做調制信號，高頻信號則叫載波。常見的連續(xù)波調制方法有調幅和調頻兩種，對應的解調方法就叫檢波和鑒頻。

下面我們先介紹調幅和檢波電路。

（ 1 ）調幅電路

調幅是使載波信號的幅度隨著調制信號的幅度變化，載波的頻率和相應不變。能夠完成調幅功能的電路就叫調幅電路或調幅器。

調幅是一個非線性頻率變換過程，所以它的關鍵是必須使用二極管、三極管等非線性器件。根據調制過程在哪個回路里進行可以把三極管調幅電路分成集電極調幅、基極調幅和發(fā)射極調幅 3 種。下面舉集電極調幅電路為例。

振蕩器的類型及應用案例

圖 6 是集電極調幅電路，由高頻載波振蕩器產生的等幅載波經 T1 加到晶體管基極。低頻調制信號則通過 T3 耦合到集電極中。 C1 、 C2 、 C3 是高頻旁路電容， R1 、 R2 是偏置電阻。集電極的 LC 并聯回路諧振在載波頻率上。如果把三極管的靜態(tài)工作點選在特性曲線的彎曲部分，三極管就是一個非線性器件。因為晶體管的集電極電流是隨著調制電壓變化的，所以集電極中的 2 個信號就因非線性作用而實現了調幅。由于 LC 諧振回路是調諧在載波的基頻上，因此在 T2 的次級就可得到調幅波輸出。

（ 2 ）檢波電路

檢波電路或檢波器的作用是從調幅波中取出低頻信號。它的工作過程正好和調幅相反。檢波過程也是一個頻率變換過程，也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另外為了取出低頻有用信號，還必須使用濾波器濾除高頻分量，所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分。下面舉二極管檢波器為例說明它的工作。

振蕩器的類型及應用案例

圖 7 是一個二極管檢波電路。 VD 是檢波元件， C 和 R 是低通濾波器。當輸入的已調波信號較大時，二極管 VD 是斷續(xù)工作的。正半周時，二極管導通，對 C 充電；負半周和輸入電壓較小時，二極管截止， C 對 R 放電。在 R 兩端得到的電壓包含的頻率成分很多，經過電容 C 濾除了高頻部分，再經過隔直流電容 C 0 的隔直流作用，在輸出端就可得到還原的低頻信號。