振蕩電路

不需要外加信號就能自動地把直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定振幅和一定頻率的交流信號的電路就稱為振蕩電路或振蕩器。這種現(xiàn)象也叫做自激振蕩�；蛘哒f，能夠產(chǎn)生交流信號的電路就叫做振蕩電路。
一個振蕩器必須包括三部分：放大器、正反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。放大器能對振蕩器輸入端所加的輸入信號予以放大使輸出信號保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個特定頻率f0能通過，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。
振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個條件決定的；一個是反饋電壓uf和輸入電壓Ui要相等，這是振幅平衡條件。二是uf和ui必須相位相同，這是相位平衡條件，也就是說必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。
振蕩器按振蕩頻率的高低可分成超低頻（20赫以下）、低頻（20赫～200千赫）、高頻（200千赫～30兆赫）和超高頻（10兆赫～350兆赫）等幾種。按振蕩波形可分成正弦波振蕩和非正弦波振蕩兩類。
正弦波振蕩器按照選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件可以分成LC振蕩器、RC振蕩器和石英晶體振蕩器三種。石英晶體振蕩器有很高的頻率穩(wěn)定度，只在要求很高的場合使用。在一般家用電器中，大量使用著各種LC振蕩器和RC振蕩器。
LC振蕩器
LC振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是LC諧振電路。它們的振蕩頻率都比較高，常見電路有3種。

（1）變壓器反饋LC振蕩電路
圖1（a）是變壓器反饋LC振蕩電路。晶體管VT是共發(fā)射極放大器。變壓器T的初級是起選頻作用的LC諧振電路，變壓器T的次級向放大器輸入提供正反饋信號。接通電源時，LC回路中出現(xiàn)微弱的瞬變電流，但是只有頻率和回路諧振頻率f0相同的電流才能在回路兩端產(chǎn)生較高的電壓，這個電壓通過變壓器初次級L1、L2的耦合又送回到晶體管V的基極。從圖1（b）看到，只要接法沒有錯誤，這個反饋信號電壓是和輸入信號電壓相位相同的，也就是說，它是正反饋。因此電路的振蕩迅速加強并最后穩(wěn)定下來。
變壓器反饋LC振蕩電路的特點是：頻率范圍寬、容易起振，但頻率穩(wěn)定度不高。它的振蕩頻率是：f0=1／2πLC。常用于產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的正弦波信號。

（2）電感三點式振蕩電路
圖2（a）是另一種常用的電感三點式振蕩電路。圖中電感L1、L2和電容C組成起選頻作用的諧振電路。從L2上取出反饋電壓加到晶體管VT的基極。從圖2（b）看到，晶體管的輸入電壓和反饋電壓是同相的，滿足相位平衡條件的，因此電路能起振。由于晶體管的3個極是分別接在電感的3個點上的，因此被稱為電感三點式振蕩電路。
電感三點式振蕩電路的特點是：頻率范圍寬、容易起振，但輸出含有較多高次調(diào)波，波形較差。它的振蕩頻率是：f0=1/2πLC，其中L=L1＋L2＋2M。常用于產(chǎn)生幾十兆赫以下的正弦波信號。


（3）電容三點式振蕩電路
還有一種常用的振蕩電路是電容三點式振蕩電路，見圖3（a）。圖中電感L和電容C1、C2組成起選頻作用的諧振電路，從電容C2上取出反饋電壓加到晶體管VT的基極。從圖3（b）看到，晶體管的輸入電壓和反饋電壓同相，滿足相位平衡條件，因此電路能起振。由于電路中晶體管的3個極分別接在電容C1、C2的3個點上，因此被稱為電容三點式振蕩電路。
電容三點式振蕩電路的特點是：頻率穩(wěn)定度較高，輸出波形好，頻率可以高達100兆赫以上，但頻率調(diào)節(jié)范圍較小，因此適合于用作固定頻率的振蕩器。它的振蕩頻率是：f0=1/2πLC，其中C=C1C2C1+C2。
上面3種振蕩電路中的放大器都是用的共發(fā)射極電路。共發(fā)射極接法的振蕩器增益較高，容易起振。也可以把振蕩電路中的放大器接成共基極電路形式。共基極接法的振蕩器振蕩頻率比較高，而且頻率穩(wěn)定性好。
RC振蕩器
RC振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是RC電路，它們的振蕩頻率比較低。常用的電路有兩種。

（1）RC相移振蕩電路
圖4（a）是RC相移振蕩電路。電路中的3節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)同時起到選頻和正反饋的作用。從圖4（b）的交流等效電路看到：因為是單級共發(fā)射極放大電路，晶體管VT的輸出電壓Uo與輸出電壓Ui在相位上是相差180°。當輸出電壓經(jīng)過RC網(wǎng)絡(luò)后，變成反饋電壓Uf又送到輸入端時，由于RC網(wǎng)絡(luò)只對某個特定頻率f0的電壓產(chǎn)生180°的相移，所以只有頻率為f0的信號電壓才是正反饋而使電路起振�？梢奟C網(wǎng)絡(luò)既是選頻網(wǎng)絡(luò)，又是正反饋電路的一部分。
RC相移振蕩電路的特點是：電路簡單、經(jīng)濟，但穩(wěn)定性不高，而且調(diào)節(jié)不方便。一般都用作固定頻率振蕩器和要求不太高的場合。它的振蕩頻率是：當3節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)相同時：f0=12π6RC。頻率一般為幾十千赫。

（2）RC橋式振蕩電路
圖5（a）是一種常見的RC橋式振蕩電路。圖中左側(cè)的R1C1和R2C2串并聯(lián)電路就是它的選頻網(wǎng)絡(luò)。這個選頻網(wǎng)絡(luò)又是正反饋電路的一部分。這個選頻網(wǎng)絡(luò)對某個特定頻率為f0的信號電壓沒有相移（相移為0°），其它頻率的電壓都有大小不等的相移。由于放大器有2級，從V2輸出端取出的反饋電壓Uf是和放大器輸入電壓同相的（2級相移360°=0°）。因此反饋電壓經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)送回到VT1的輸入端時，只有某個特定頻率為f0的電壓才能滿足相位平衡條件而起振�？梢奟C串并聯(lián)電路同時起到了選頻和正反饋的作用。
實際上為了提高振蕩器的工作質(zhì)量，電路中還加有由Rt和RE1組成的串聯(lián)電壓負反饋電路。其中Rt是一個有負溫度系數(shù)的熱敏電阻，它對電路能起到穩(wěn)定振蕩幅度和減小非線性失真的作用。從圖5（b）的等效電路看到，這個振蕩電路是一個橋形電路。R1C1、R2C2、Rt和RE1分別是電橋的4個臂，放大器的輸入和輸出分別接在電橋的兩個對角線上，所以被稱為RC橋式振蕩電路。
RC橋式振蕩電路的性能比RC相移振蕩電路好。它的穩(wěn)定性高、非線性失真小，頻率調(diào)節(jié)方便。它的振蕩頻率是：當R1=R2=R、C1=C2=C時f0=12πRC。它的頻率范圍從1赫～1兆赫。
調(diào)幅和檢波電路
廣播和無線電通信是利用調(diào)制技術(shù)把低頻聲音信號加到高頻信號上發(fā)射出去的。在接收機中還原的過程叫解調(diào)。其中低頻信號叫做調(diào)制信號，高頻信號則叫載波。常見的連續(xù)波調(diào)制方法有調(diào)幅和調(diào)頻兩種，對應(yīng)的解調(diào)方法就叫檢波和鑒頻。
下面我們先介紹調(diào)幅和檢波電路。
（1）調(diào)幅電路
調(diào)幅是使載波信號的幅度隨著調(diào)制信號的幅度變化，載波的頻率和相應(yīng)不變。能夠完成調(diào)幅功能的電路就叫調(diào)幅電路或調(diào)幅器。
調(diào)幅是一個非線性頻率變換過程，所以它的關(guān)鍵是必須使用二極管、三極管等非線性器件。根據(jù)調(diào)制過程在哪個回路里進行可以把三極管調(diào)幅電路分成集電極調(diào)幅、基極調(diào)幅和發(fā)射極調(diào)幅3種。下面舉集電極調(diào)幅電路為例。

圖6是集電極調(diào)幅電路，由高頻載波振蕩器產(chǎn)生的等幅載波經(jīng)T1加到晶體管基極。低頻調(diào)制信號則通過T3耦合到集電極中。C1、C2、C3是高頻旁路電容，R1、R2是偏置電阻。集電極的LC并聯(lián)回路諧振在載波頻率上。如果把三極管的靜態(tài)工作點選在特性曲線的彎曲部分，三極管就是一個非線性器件。因為晶體管的集電極電流是隨著調(diào)制電壓變化的，所以集電極中的2個信號就因非線性作用而實現(xiàn)了調(diào)幅。由于LC諧振回路是調(diào)諧在載波的基頻上，因此在T2的次級就可得到調(diào)幅波輸出。
（2）檢波電路
檢波電路或檢波器的作用是從調(diào)幅波中取出低頻信號。它的工作過程正好和調(diào)幅相反。檢波過程也是一個頻率變換過程，也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另外為了取出低頻有用信號，還必須使用濾波器濾除高頻分量，所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分。下面舉二極管檢波器為例說明它的工作。

圖7是一個二極管檢波電路。VD是檢波元件，C和R是低通濾波器。當輸入的已調(diào)波信號較大時，二極管VD是斷續(xù)工作的。正半周時，二極管導通，對C充電；負半周和輸入電壓較小時，二極管截止，C對R放電。在R兩端得到的電壓包含的頻率成分很多，經(jīng)過電容C濾除了高頻部分，再經(jīng)過隔直流電容C0的隔直流作用，在輸出端就可得到還原的低頻信號。
調(diào)頻和鑒頻電路
調(diào)頻是使載波頻率隨調(diào)制信號的幅度變化，而振幅則保持不變。鑒頻則是從調(diào)頻波中解調(diào)出原來的低頻信號，它的過程和調(diào)頻正好相反。
（1）調(diào)頻電路
能夠完成調(diào)頻功能的電路就叫調(diào)頻器或調(diào)頻電路。常用的調(diào)頻方法是直接調(diào)頻法，也就是用調(diào)制信號直接改變載波振蕩器頻率的方法。圖8畫出了它的大意，圖中用一個可變電抗元件并聯(lián)在諧振回路上。用低頻調(diào)制信號控制可變電抗元件參數(shù)的變化，使載波振蕩器的頻率發(fā)生變化。


（2）鑒頻電路
能夠完成鑒頻功能的電路叫鑒頻器或鑒頻電路，有時也叫頻率檢波器。鑒頻的方法通常分二步，第一步先將等幅的調(diào)頻波變成幅度隨頻率變化的調(diào)頻—調(diào)幅波，第二步再用一般的檢波器檢出幅度變化，還原成低頻信號。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器等。