在没有接入外界信号源的情况下,振荡器电路可以产生稳定的周期输出信号,也就是说振荡器的功能相当于信号发生器,可以作为吸纳后源使用。换言之,正弦波振荡电路能够输出周期性正弦波信号,而正弦波信号可以直接用作测试信号或控制信号,也可以作为源信号经变换后产生方波、三角波等重要信号,高频正弦信号还宽裕作为载波来实现信息的传递,因此正弦波振荡电路在电子电路中应用非常广泛。
能自行产生正弦波输出的电路称为正弦波振荡电路,或正弦波振荡器、正弦波发射器,其结构是个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。
产生振荡的原理可以用下图来说明,图中Xi作为外加输入信号,Xa为基本放大器的实际输入信号、Xo为输出信号、Xf为反馈信号、A为基本放大增益、F为反馈网络反馈系数。基本放大器在外加输入信号Xi的作用下输出稳定的信号Xo,有Xa=Xi、Xf=FXo。如果合理选择A和F使Xf=Xa=Xi,则就有理由认为当开关S接到反馈网络时,电路仍能继续工作,输出稳定的信号Xo,此时电路没有接入输入信号Xi。
综上分析,在没有外加输入信号的情况下要产生持续的输出,需要满足关系Xf=Xa。振幅平衡条件和相位平衡条件就是正弦波振荡电路产生持续振荡的两个条件。(相位平衡条件要求反馈网络引入的是正反馈)。
振荡电路的起振过程如下图说明:
1、噪声信号
当电源接通后,振荡电路内部的噪声和外部影响产生的干扰信号共同作为初始信号作用到基本放大器,并产生相应的输出信号。此时的输出信号不是一个稳定信号,而且包含的频率范围十分广泛,各频率点对应信号分量的幅值非常微小,分布也是随机的。
2、选频网络
基本放大器输出的微弱信号在通过反馈网络时会被选频电路选频,其中频率与选频电路匹配的特定信号获得了最大馈送,重新到达基本放大器的输入端,再次被放大;其他频率的信号被选频电路抑制,几乎不能通过反馈网络而到达基本放大器的输入端。选频网络通常由RC电路或者LC电路构成。
3、起振条件
经选频网络选出的特定频率信号,还需要被基本放大器反复放大,以使之幅值达到满足要求的输出值。此时对基本放大器和反馈网络的要求是AF>1,这样才能保证选出的特定频率信号的幅值越变越大,实现电路起振。所以AF>1称为起振条件,且AF的值越大起振越容易。
4、限幅措施
当输出信号的幅值达到预定时,需要通过限幅措施来控制输出信号的幅值不再增加而趋于稳定。限幅原理就是让AF自动从大于1的状态向等于1变换。当AF=1时,电路就满足了振幅平衡条件,输出信号的幅值就稳定下来。
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