正弦波振荡电路的分析方法探析

摘要：结合教学实践的体会，对正弦波振荡电路的分析方法与过程进行了详细的探讨，为学习者建立一种清晰、逻辑的分析电路思维能力。

关键词：正弦波振荡电路；选频网络；反馈网络

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0205-02

学习振荡电路时要首先掌握其概念，其次要抓住电路的分析方法与过程。

一、理解振荡电路的概念

振荡电路的定义：学习时要掌握其三大特点：（1）正弦波振荡电路是一个没有输入信号，却有输出的电路，其实质是振荡电路引正反馈的结果，通过引入正反馈使电路内部发生“自激”现象；（2）其本质是通过三极管有源器件把直流能量转化为交流能量输出，所以在工作时和放大电路一样需要直流电源供电；（3）输出的正弦波信号必需是稳定的，即频率稳定、幅度稳定和波形稳定。

二、正弦波振荡电路的分析方法与过程

关键是掌握其分析步骤，这种分析对任何一个反馈式振荡电路都适用的，具体过程如下。

1.看电路。看电路是否具有振荡器的三个基本组成，即基本放大电路、反馈网络和选频网络。（1）基本放大电路：基本放大电路的有源器件可以是晶体管（NPN、PNP）、场效应管、差分对管和线性集成运放等，即可以是分立元件放大电路，也可以是集成放大电路。分立元件放大电路组态可以是共射（CE），为反相放大器；也可以是共基（CB），为同相放大器。（2）反馈网络：其反馈一定是正反馈，作为反馈网络可以是变压器、耦合电路、电感分压电路、电容分压电路等。反馈信号可以反馈到三极管的基极（CE组态），也可以反馈到三极管的射极（CB组态）。（3）选频网络：作为选频网络的可以是LC谐振回路、RC移相（或选频）电路、石英晶体谐振器等。在这三种选频网络中，石英晶体谐振器的品质因数最高，选频功能最强，其振荡电路频率稳定度最高。该网络中的元件参数决定了该振荡电路的频率大小。学生在学习振荡电路框图时遇到这两个图，往往感到很费解，其实比较一下这两个图的不同之处，就可以理解选频网络的作用了。图1中的A就是图2中的基本放大器，F就是图2中的反馈网络，图2中多了选频网络。对于图1，只由基本放大器和反馈网络组成，也就是说这个框图的电路也能产生自激，但是由于没有选频网络，所以电路自激出的波形频率非常丰富，不稳定，不是单一频率的正弦波；图2中选频网络利用其选频、滤波特性，保证在输出端得到一个频率稳定的正弦波。

选频网络的作用可以这样理解：在给振荡电路通直流电源的瞬间，其瞬时信号频率非常丰富，其多为干扰信号，因为有用的正弦波频率只有一个，这些无用的干扰信号能串入振荡电路的输入端，经过放大器放大后，由电路的输出端输出，若没有选频网络的存在，这些干扰信号在这个环形电路中不断被放大，会导致有用信号信噪比严重下降。若有选频网络，此信号再经过选频及正反馈网络把某一频率信号筛选出来，再送回放大电路的输入端，这样不断循环放大，不断选频，其幅度越来越大，频率越来越纯净，最后得到一个单一频率的正弦输出信号。（4）三者相互关系。选频网络有时独立存在，如在石英晶体振荡电路中，石英晶体谐振器是一个单独的选频网络；有时和正反馈网络合二为一，如在RC振荡电路中，RC串并联网络既作为该电路的选频网络，又作为反馈网络；正反馈网络也可以是选频网络的一部分，如在三点式振荡电路中，反馈信号有时取LC选频网络的某一个电容或某一个电感；选频网络有时和放大电路合二为一，如在变压器反馈式振荡电路中，LC谐振回路作为放大电路的负载，构成一个谐振放大电路。这样一来，便构成了多种多样的振荡电路类型。理解了三者之间的关系，学生能快速掌握电路的基本结构，对学生在学习电路过程中起到很好的引导作用。

2.判断振荡电路中的基本放大部分是否具有放大作用。实际是判断放大电路中三极管的静态工作点是否处在放大区。可画出直流等效电路看静态工作点是否合适。对于由分立元件构成的放大器，这一步优为重要。不管是共射，共基组态放大器，其判断原则是三极管的“发射结正偏，集电结反偏”。即NPN管三个极的静态电位为UC>UB>UE；PNP管三个极的静态电位为UC

3.分析振荡电路中的振荡条件。分析电路是否满足起振条件和平衡条件，这两个条件中都有相位和振幅条件，一般振幅条件较易满足，关键是相位条件，而起振条件和平衡条件中的相位条件是一样的。如在三点式振荡电路中，判断其相位条件是否满足，实际上可以通过以下三种描述去分析：电路中是否存在正反馈；电路中的相位条件是否满足这样一个表达式：φa+φf=2nπ；是否满足“射同基反”的原则。前两个条件对任何一个振荡器都适用，原则只对三点式振荡器适用。判断正反馈可以用瞬时极性法去分析，往往在分析过程中会有这两种情况：假设的输入ui为正极性，到输出uo为正极（同相放大器），最后反馈信号uf也为正极性，这种反馈为正反馈，即φa+φf=0；或假设的输入ui为正极性，到输出uo为负极性（反相放大器），最后反馈信号uf为正极性，这种反馈也为正反馈，即φa+φf=2π。它们都满足三点式振荡器“射同基反”的原则。告诉学生三种判断方法，让其能根据自己的理解，去选择一种适合自己的方法去分析、解决问题，养成寻求最佳分析方法的习惯，培养其有效贯通知识及发散思维的能力。

4.计算电路的振荡频率。振荡频率由选频网络的参数来决定，与电路中的其他参数无关。如LC振荡器的频率由振荡回路的电容和电感值决定，一般改变其电容值使频率在一定范围可调。要注意在改变频率时一定不要影响反馈系数的大小，否则电路有可能发生停振，那就要对原来的电路结构加以改进，使频率调节与反馈系数大小无关。与选频网络并联的电阻一般只改变电路的品质因数和振荡频率以及影响主回路的增益，它不影响相位条件；与选频网络电容、电感串联的电阻将使电路损耗增大，不容易振荡，即振荡条件不易满足，有它还将产生相移，使相位条件也不易满足。一般讲，并联电阻的阻值越大，串联的电阻阻值越小，对电路的影响就越小。

每一种功能电路在分析时都有其相似的分析方法和过程，学习者要善于发现和总结，这对于提高学习效率有着非常大的作用，也提高了学习者分析和解决问题的能力。

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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