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| 正弦波振盪器 |
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正弦波振盪器是指不需要輸入信號控制就能自動地將直流電轉換為特定頻率和振幅的正弦交變電壓(電流)的電路。
簡介
定義 它由四部分組成:放大電路，選頻網絡，反饋網絡和穩幅電路。常用的正弦波振盪器有電容反饋振盪器和電感反饋振盪器兩種。後者輸出功率小，頻率較低;而前者可以輸出大功率，頻率也較高。
分類 正弦波振盪器可分為兩大類:一類是利用反饋原理構成的反饋振盪器，它是目前應用最廣的一類振盪器;另一類是負阻振盪器，它將負阻抗元件直接連接到諧振迴路中，利用負阻器件的負阻抗效應去抵消迴路中的損耗，從而產生出正弦波振盪。
一、LC正弦波振盪器
LC正弦波振盪器、反饋型LC正弦波振盪器是LC正弦波振盪器的主要電路型式。LC選頻網絡既是放大器的負載，又有一部分是正反饋網絡。根據反饋電路的形式不同，可分為變壓器耦合反饋式、電感分壓反饋式和電容分壓反饋式。圖1(a)和(b)分別示出電感分壓反饋式和電容分壓反饋式的電路。這種電路中電感分壓器和電容分壓器的三端分別和電子器件的三個電極相連，又稱三端(或三點)式振盪電路。電感三端式又稱哈特萊電路，電容三端式又稱科皮茲電路。
LC振盪器的振盪頻率由選頻網絡--LC振盪迴路的諧振頻率決定。工作頻率降低時，要求增大振盪迴路的電感量和電容量。大電感量的電感和大容量的電容器體積大、笨重，因此LC振盪器不適用於低頻，工作頻率一般不應低於幾百千赫。
(1)石英晶體振盪器:為提高振盪器的頻率穩定度，將LC振盪器中選頻網絡的一部分用石英晶體替代的振盪器。為了保證振盪器的振盪頻率是在石英晶體控制下產生的，石英晶體接入線路的方式有兩種:一種是將石英晶體取代LC振盪器的一個電感，如圖2(a)所示。石英晶體在電路起振後呈現感抗，和電路中的電感L、電容C組成一個並聯振盪迴路。這種電路稱為並聯型石英晶體振盪器。另一種是將石英晶體串接在放大器的正反饋電路中，如圖2(b)所示。在石英晶體的串聯諧振頻率上，石英晶體呈現很低的阻抗，正反饋最強，很容易激起振盪。這種電路稱為串聯型石英晶體振盪器。石英晶體振盪器通常簡稱為晶體振盪器。
(2)負阻型LC正弦波振盪器:由具有負微變電阻的器件和LC選頻網絡構成的正弦波振盪器。根據所採用的負阻器件的特性不同，電路的構成有所不同。採用流控型器件時，要求直流供電電源具有較高的內阻，器件應和LC元件組成串聯振盪迴路;採用壓控型器件時，要求直流供電電源有較低的內阻，器件應和LC元件組成並聯振盪迴路。用於構成負阻型LC正弦波振盪器的典型流拄型器件有雪崩三極管，典型壓控型器件有隧遭二極管。
二、RC正弦波振盪器，RC正弦波振盪器的振盪頻率反比於RC選頻阿絡元件RC的乘積。用增大電阻阻值的方法降低振盪頻率，不會像LC振盪器中增大電感量那樣會使元件體積和重量加大，故RC振盪器可工作在低頻段。應用最廣泛的RC振盪電路是圖3所示的文氏電橋電路。圖中，R1、C1、R2、C2組成具有選頻特性的正反饋網絡。R3和R4組成負反饋網絡。引入的負反饋超過正反饋，便可以減小工作頻率的諧波成分，減少波形失真，改善波形。如果將R3選擇為具有正溫度係數的電阻，或是將R4選擇為具有負溫度係數和熱情性的電阻，便可以收到穩幅的效果。
當振盪頻率延伸至超低頻頻段時，要求RC乘積非常大。容量很大的電容體積大;阻值過大的電阻，阻值穩定性下降，電阻上的直流電壓降過大，造成器件工作點偏離正常值，增大波形失真。積分式RC正弦波振盪器，可以在一定程度上克服此缺點。這種振盪器的振盪頻率，反比於組成振盪器積分器的積分時間常數。要獲得大的積分時間常數，不一定要用阻值大的電阻。用低阻值電阻構成一個T型網絡，取代高阻值的積分電阻，只要二者的傳輸電導相等，便可收到相同的積分效果。積分式RC正弦波振盪器特別適用於超低頻段。
RC振盪器中，引入負反饋既可減少失真，又可提高頻率穩定度。RC正弦波振盪器的頻率穩定度，一般在10~10數量級。由於RC選頻網絡的選擇性能不如LC阿絡，故RC振盪器中的電子器件必須工作於甲類，方能保證足夠小的波形失真。在RC振盪器中，採用惰性非線性負及饋實現穩幅。負反饋的非線性表現在負反饋隨信號幅度變化。當信號幅度增大時，負反饋隨之增大，阻止振幅增大。惰性則表現在負反饋不隨信號的瞬時值變化，以免引入失真。當振盪頻率不是很低(如在1Hz以上)時，用熱情性元伴構成負反饋電路，以實現惰性非線性負反饋。當振盪頻率很低(1Hz以下)時，熱情性元件的惰性不夠，可將振盪器的輸出信號進行檢波，利用檢波電壓作為負反饋電壓，以實現穩幅。依靠合理選擇檢波負載的時間常數，滿足必需的情性。
提高頻率穩定度和振幅穩定度的措施 LC正弦波振盪器中，採用提高LC振盪迴路Q值的方法，減小外界因素對振盪頻率的影響;用減弱器件和振盪迴路藕合的方法，減小器件輸出阻抗對迴路Q值和迴路總電容量的影響。提高頻率穩定度的典型電路有西勒(Seiler)電路和克拉潑(Clapp)電路。一般LC振盪器的頻率穩定度在10數量級;石英晶體的常規振盪電路，頻率穩定度可提高到10~10數量級;將振盪電路置於恆溫槽中，可提高到10~10數量級。振盪器中採用自生反向偏壓穩定振幅，提高振盪迴路Q值以減小波形失真。
評價
正弦波振盪器廣泛用於各種電子設備中。此類應用中，對振盪器提出的要求是振盪頻率和振盪振幅的準確性和穩定性。正弦波振盪器的另一類用途是作為高頻加熱設備和醫用電療儀器中的正弦交變能源。這類應用中，對振盪器提出的要求主要是高效率地產生足夠大的正弦交變功率，而對振盪頻率的準確性和穩定性的要求一般不作苛求。
正弦波振盪器可以作為設備的組成部分，也可以做成一個單獨的設備。在通信設備中，載頻、本機振盪頻率在幾百千赫以上的，一般用LC正弦波振盪器。負阻型LC正弦波振盪器的工作頻率在100MHz以上。當要求頻率穩定度十分高時，採用石英晶體振盪器。各種聲告警、電話通信設備中的振特、撥號音、占線等信號，振盪頻率處於音頗段，用RC正弦波振盪器。測試用正弦波信號源，要求幅度、頻率可調，並需有一定的帶負載能力。這種作為信號源的測試儀器，以振盪器為主，還有放大器、衰減器等附屬電路。高頻大功率的高頻爐，對頻率穩定度的要求很低，通常用一個大功率電子管接成振盪電路，直接從振盪迴路的電感線圈中的電磁場中獲取能量。[1]