正弦波振蕩器相位平衡條件的討論

正弦波振蕩器相位平衡條件的討論
正弦波振蕩器是一種不需外加信號，能自動將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流信號的自激振蕩電路。正弦波振蕩器要產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波振蕩，電路必須要滿足振蕩的起振和平衡的振幅和相位條件，實(shí)現(xiàn)放大 → 選頻 → 正反饋→ 再放大，不斷自激，產(chǎn)生輸出信號的過程，如圖1。這里僅就正弦波振蕩器相位平衡條件進(jìn)行討論，以直觀迅速地判斷正弦波振蕩器能否產(chǎn)生振蕩。 

　　一． 相位平衡條件
　　正弦波振蕩器要穩(wěn)定產(chǎn)生持續(xù)等幅振蕩的平衡過程，除滿足振幅平衡條件外，還必須滿足相位平衡條件，即：
　　φA + φF = 2nπ （n = 0，1，2，…）
　　φA是放大電路的移相；
　　φF是反饋網(wǎng)絡(luò)的移相。
　　二． 電路能否自激振蕩的判斷
　　正弦波振蕩器中，能出現(xiàn)相位變化的有放大和反饋兩部分，對這兩部分電路的移相進(jìn)行分析、歸納，有助于增強(qiáng)振蕩器自激振蕩條件的理解，提高自激振蕩判斷的解題能力。
　　1．放大電路的移相φA
　　放大電路的移相主要決定于放大電路的形式。常用的放大電路有：晶體三極管放大器、場效應(yīng)管放大器、差分放大器和集成運(yùn)放等。職業(yè)中專只討論晶體三極管放大器和集成運(yùn)放電路。
　　1）晶體三極管放大器分共射、共基、共集三種組態(tài)。
　　共射電路移相φA = π。（見圖2）
　　共基電路移相φA = 0。（見圖3）
　　共集電路移相φA = 0。（見圖4）


　　2）集成運(yùn)放電路有同相輸入和反相輸入兩種。
　　同相輸入移相φA = 0。
　　反相輸入移相φA =π。
　　2．反饋網(wǎng)絡(luò)的移相φF
　　反饋網(wǎng)絡(luò)的移相φF與信號的頻率有關(guān)。通過選頻電路，保證了振蕩器具有單一的工作頻率，也保證了反饋網(wǎng)絡(luò)移相φF的單一值。在各種不同的振蕩電路中，反饋網(wǎng)絡(luò)有的就是選頻電路，有的反饋網(wǎng)絡(luò)與選頻電路分開，有的反饋網(wǎng)絡(luò)是選頻電路的一部分。
　　1）RC選頻電路（選頻電路就是反饋網(wǎng)絡(luò)）
　　A．RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（見圖19左半部分電路）
　　當(dāng)f = f0= 時(shí)，輸出電壓與反饋電壓同相，即φF = 0。
　　B．RC移相網(wǎng)絡(luò)

　　RC移相網(wǎng)絡(luò)有超前移相和滯后移相兩種。選取不同的R和C值，可獲得一定頻率下的超前移相（φF >0）（圖5）和滯后移相（φF < 0）（圖6）值。
　　2)LC選頻電路
　　A． 變壓器反饋式（選頻電路與反饋網(wǎng)絡(luò)分開）


　　“*”表示變壓器的同名端。
　　圖7、圖8的變壓器初、次級線圈同名端接地，與同相，φF = 0。
　　圖9、圖10的變壓器初、次級線圈異名端接地，與反相，φF =π。
　　B．電感電容反饋式（反饋網(wǎng)絡(luò)是選頻電路一部分）
　　由于電感電容反饋網(wǎng)絡(luò)是LC選頻電路一部分，LC中的多個(gè)電感可看作順向串聯(lián)，多個(gè)電容也可看作串聯(lián)。


　　圖11、圖13，與公共點(diǎn)極性相反，與反相，φF =π。
　　圖12、圖14，與公共點(diǎn)極性相同，與同相，φF = 0 。
　　三． 應(yīng)用舉例：
　　判斷下列電路是否產(chǎn)生自激振蕩：
　　1.
　　解：φA判斷：VT1為共基放大電路（交流信號從基極-發(fā)射極輸入，基極-集電極輸出）φA= 0。
　　φF判斷：選頻反饋電路為變壓器反饋式，直流電源VCC對交流信號內(nèi)阻小，交流通路視為短路接地。變壓器初、次級線圈異名端接地，與反相，φF =π。
　　所以φA+φF = 0+π=π，不符合相位平衡條件，不能夠自激振蕩。
　　2．
　　解：φA判斷：VT1 、VT2為均共射放大電路，φA1=φA2=π。但圖16中VO在L整段，而圖17中的VO在L上半段。
　　φF判斷：反饋網(wǎng)絡(luò)是選頻電路一部分，屬電感電容式，圖16 L上與公共點(diǎn)極性相同，與同相，φF1=0；而圖17 L上與公共點(diǎn)極性相反，與反相，φF2=π。
　　所以φA1+φF1 =π+0 =π，圖16不符合相位平衡條件，不能夠自激振蕩。
　　而φA2+φF2 =π+π=2π，圖17滿足相位平衡條件，能夠自激振蕩。（此圖即電感三點(diǎn)式）
　　3．
　　解：φA判斷：VT1為共射放大電路，φA =π。
　　φF判斷：選頻反饋網(wǎng)絡(luò)是電感電容式，C1上的與C2上的公共點(diǎn)極性相反，與反相，φF2=π。
　　所以φA+φF=π+π=2π，滿足相位平衡條件，能夠自激振蕩。（此圖即為改進(jìn)型電容三點(diǎn)式）
　　4．
　　解：此圖為文氏電橋振蕩電路。
　　φA判斷：集成運(yùn)放電路同相輸入，φA = 0。
　　φF判斷：反饋網(wǎng)絡(luò)是RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，與同相，φF = 0。
　　所以φA+φF = 0+0 = 0，滿足相位平衡條件，能夠自激振蕩。
　　參考資料： 《電子線路》中職統(tǒng)編教材（熊耀輝主編）
　　《電子線路》高教重點(diǎn)教材（謝嘉奎主編）
　　《電子技術(shù)基礎(chǔ)》中職統(tǒng)編教材（陳振源主編）
　　《電工基礎(chǔ)》中職統(tǒng)編教材（薛濤主編）
　　《電學(xué)》（中央電大雜志編輯部編）,