振蕩電路

不需要外加信號(hào)就能自動(dòng)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(hào)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(shuō)，能夠產(chǎn)生交流信號(hào)的電路就叫做振蕩電路。
一個(gè)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(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)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(hào)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(gè)特定頻率f0能通過(guò)，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。
振蕩器能不能振蕩起來(lái)并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)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(shuō)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(gè)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(chǎng)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(jiàn)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(jí)是起選頻作用的LC諧振電路，變壓器T的次級(jí)向放大器輸入提供正反饋信號(hào)。接通電源時(shí)，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(gè)電壓通過(guò)變壓器初次級(jí)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(méi)有錯(cuò)誤，這個(gè)反饋信號(hào)電壓是和輸入信號(hào)電壓相位相同的，也就是說(shuō)，它是正反饋。因此電路的振蕩迅速加強(qiáng)并最后穩(wěn)定下來(lái)。
變壓器反饋LC振蕩電路的特點(diǎn)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(hào)。

（2）電感三點(diǎn)式振蕩電路
圖2（a）是另一種常用的電感三點(diǎn)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(gè)極是分別接在電感的3個(gè)點(diǎn)上的，因此被稱為電感三點(diǎn)式振蕩電路。
電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)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(hào)。


（3）電容三點(diǎn)式振蕩電路
還有一種常用的振蕩電路是電容三點(diǎn)式振蕩電路，見(jiàn)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(gè)極分別接在電容C1、C2的3個(gè)點(diǎn)上，因此被稱為電容三點(diǎn)式振蕩電路。
電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)是：頻率穩(wěn)定度較高，輸出波形好，頻率可以高達(dá)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(shí)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?yàn)槭菃渭?jí)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(dāng)輸出電壓經(jīng)過(guò)RC網(wǎng)絡(luò)后，變成反饋電壓Uf又送到輸入端時(shí)，由于RC網(wǎng)絡(luò)只對(duì)某個(gè)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(hào)電壓才是正反饋而使電路起振。可見(jiàn)RC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(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，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(chǎng)合。它的振蕩頻率是：當(dāng)3節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)相同時(shí)：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(jiàn)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(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)又是正反饋電路的一部分。這個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)某個(gè)特定頻率為f0的信號(hào)電壓沒(méi)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(jí)，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(jí)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(shí)，只有某個(gè)特定頻率為f0的電壓才能滿足相位平衡條件而起振�？梢�(jiàn)RC串并聯(lián)電路同時(shí)起到了選頻和正反饋的作用。
實(shí)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(fù)反饋電路。其中Rt是一個(gè)有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，它對(duì)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(gè)振蕩電路是一個(gè)橋形電路。R1C1、R2C2、Rt和RE1分別是電橋的4個(gè)臂，放大器的輸入和輸出分別接在電橋的兩個(gè)對(duì)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(dāng)R1=R2=R、C1=C2=C時(shí)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(wú)線電通信是利用調(diào)制技術(shù)把低頻聲音信號(hào)加到高頻信號(hào)上發(fā)射出去的。在接收機(jī)中還原的過(guò)程叫解調(diào)。其中低頻信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)，高頻信號(hào)則叫載波。常見(jiàn)的連續(xù)波調(diào)制方法有調(diào)幅和調(diào)頻兩種，對(duì)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(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)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(gè)非線性頻率變換過(guò)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(guò)程在哪個(gè)回路里進(jìn)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(hào)則通過(guò)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(diǎn)選在特性曲線的彎曲部分，三極管就是一個(gè)非線性器件。因?yàn)榫�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(gè)信號(hào)就因非線性作用而實(shí)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(jí)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(hào)。它的工作過(guò)程正好和調(diào)幅相反。檢波過(guò)程也是一個(gè)頻率變換過(guò)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(hào)，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(shuō)明它的工作。

圖7是一個(gè)二極管檢波電路。VD是檢波元件，C和R是低通濾波器。當(dāng)輸入的已調(diào)波信號(hào)較大時(shí)，二極管VD是斷續(xù)工作的。正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，對(duì)C充電；負(fù)半周和輸入電壓較小時(shí)，二極管截止，C對(duì)R放電。在R兩端得到的電壓包含的頻率成分很多，經(jīng)過(guò)電容C濾除了高頻部分，再經(jīng)過(guò)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(hào)。
調(diào)頻和鑒頻電路
調(diào)頻是使載波頻率隨調(diào)制信號(hào)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(lái)的低頻信號(hào)，它的過(guò)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(hào)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(gè)可變電抗元件并聯(lián)在諧振回路上。用低頻調(diào)制信號(hào)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(shí)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(hào)。常用的鑒頻器有相位鑒頻器、比例鑒頻器等。