正弦波振荡器的作用

1、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。

 

2、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。

 

正弦波振荡器的作用

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定义

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。

 

一、LC正弦波振荡器

LC正弦波振荡器、反馈型LC正弦波振荡器是LC正弦波振荡器的主要电路型式。LC选频网络既是放大器的负载,又有一部分是正反馈网络。根据反馈电路的形式不同,可分为变压器耦合反馈式、电感分压反馈式和电容分压反馈式。图1(a)和(b)分别示出电感分压反馈式和电容分压反馈式的电路。这种电路中电感分压器和电容分压器的三端分别和电子器件的三个电极相连,又称三端(或三点)式振荡电路。电感三端式又称哈特莱电路,电容三端式又称科皮兹电路。

 

LC振荡器的振荡频率由选频网络——LC振荡回路的谐振频率决定。工作频率降低时,要求增大振荡回路的电感量和电容量。大电感量的电感和大容量的电容器体积大、笨重,因此LC振荡器不适用于低频,工作频率一般不应低于几百千赫。

 

(1)石英晶体振荡器:为提高振荡器的频率稳定度,将LC振荡器中选频网络的一部分用石英晶体替代的振荡器。为了保证振荡器的振荡频率是在石英晶体控制下产生的,石英晶体接入线路的方式有两种:一种是将石英晶体取代LC振荡器的一个电感(a)所示。石英晶体在电路起振后呈现感抗,和电路中的电感L、电容C组成一个并联振荡回路。这种电路称为并联型石英晶体振荡器。另一种是将石英晶体串接在放大器的正反馈电路中

 

(b)所示。在石英晶体的串联谐振频率上,石英晶体呈现很低的阻抗,正反馈最强,很容易激起振荡。这种电路称为串联型石英晶体振荡器。石英晶体振荡器通常简称为晶体振荡器。

 

(2)负阻型LC正弦波振荡器:由具有负微变电阻的器件和LC选频网络构成的正弦波振荡器。根据所采用的负阻器件的特性不同,电路的构成有所不同。采用流控型器件时,要求直流供电电源具有较高的内阻,器件应和LC元件组成串联振荡回路;采用压控型器件时,要求直流供电电源有较低的内阻,器件应和LC元件组成并联振荡回路。用于构成负阻型LC正弦波振荡器的典型流拄型器件有雪崩三极管,典型压控型器件有隧遭二极管。

 

二、RC正弦波振荡器,RC正弦波振荡器的振荡频率反比于RC选频阿络元件RC的乘积。用增大电阻阻值的方法降低振荡频率,不会像LC振荡器中增大电感量那样会使元件体积和重量加大,故RC振荡器可工作在低频段。应用最广泛的RC振荡电路是图3所示的文氏电桥电路。图中,R1、C1、R2、C2组成具有选频特性的正反馈网络。R3和R4组成负反馈网络。引入的负反馈超过正反馈,便可以减小工作频率的谐波成分,减少波形失真,改善波形。如果将R3选择为具有正温度系数的电阻,或是将R4选择为具有负温度系数和热情性的电阻,便可以收到稳幅的效果。

 

当振荡频率延伸至超低频频段时,要求RC乘积非常大。容量很大的电容体积大;阻值过大的电阻,阻值稳定性下降,电阻上的直流电压降过大,造成器件工作点偏离正常值,增大波形失真。积分式RC正弦波振荡器,可以在一定程度上克服此缺点。这种振荡器的振荡频率,反比于组成振荡器积分器的积分时间常数。要获得大的积分时间常数,不一定要用阻值大的电阻。用低阻值电阻构成一个T型网络,取代高阻值的积分电阻,只要二者的传输电导相等,便可收到相同的积分效果。积分式RC正弦波振荡器特别适用于超低频段。

 

RC振荡器中,引入负反馈既可减少失真,又可提高频率稳定度。RC正弦波振荡器的频率稳定度,一般在10~10数量级。由于RC选频网络的选择性能不如LC阿络,故RC振荡器中的电子器件必须工作于甲类,方能保证足够小的波形失真。在RC振荡器中,采用惰性非线性实现稳幅。负反馈的非线性表现为负反馈随信号幅度变化。当信号幅度增大时,负反馈随之增大,阻止振幅增大。惰性则表现为负反馈不随信号的瞬时值变化,以免引入失真。当振荡频率不是很低(如在1Hz以上)时,用热情性元伴构成负反馈电路,以实现惰性非线性负反馈。当振荡频率很低(1Hz以下)时,热情性元件的惰性不够,可将振荡器的输出信号进行检波,利用检波电压作为负反馈电压,以实现稳幅。依靠合理选择检波负载的时间常数,满足必需的情性。

 

提高频率稳定度和振幅稳定度的措施 LC正弦波振荡器中,采用提高LC振荡回路Q值的方法,减小外界因素对振荡频率的影响;用减弱器件和振荡回路藕合的方法,减小器件输出阻抗对回路Q值和回路总电容量的影响。提高频率稳定度的典型电路有西勒(Seiler)电路和克拉泼(Clapp)电路。一般LC振荡器的频率稳定度在10数量级;石英晶体的常规振荡电路,频率稳定度可提高到10~10数量级;将振荡电路置于恒温槽中,可提高到10~10数量级。振荡器中采用自生反向偏压稳定振幅,提高振荡回路Q值以减小波形失真。

 

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。

 

正弦波振荡器可以作为设备的组成部分,也可以做成一个单独的设备。在通信设备中,载频、本机振荡频率在几百千赫以上的,一般用LC正弦波振荡器。负阻型LC正弦波振荡器的工作频率在100MHz以上。当要求频率稳定度十分高时,采用石英晶体振荡器。各种声告警、电话通信设备中的振特、拨号音、占线等信号,振荡频率处于音颇段,用RC正弦波振荡器。测试用正弦波信号源,要求幅度、频率可调,并需有一定的带负载能力。这种作为信号源的测试仪器,以振荡器为主,还有放大器、衰减器等附属电路。高频大功率的高频炉,对频率稳定度的要求很低,通常用一个大功率电子管接成振荡电路,直接从振荡回路的电感线圈中的电磁场中获取能量。