正弦波振荡器相位平衡条件的讨论

正弦波振荡器相位平衡条件的讨论
正弦波振荡器是一种不需外加信号，能自动将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号的自激振荡电路。正弦波振荡器要产生稳定的正弦波振荡，电路必须要满足振荡的起振和平衡的振幅和相位条件，实现放大 → 选频 → 正反馈→ 再放大，不断自激，产生输出信号的过程，如图1。这里仅就正弦波振荡器相位平衡条件进行讨论，以直观迅速地判断正弦波振荡器能否产生振荡。 

　　一． 相位平衡条件
　　正弦波振荡器要稳定产生持续等幅振荡的平衡过程，除满足振幅平衡条件外，还必须满足相位平衡条件，即：
　　φA + φF = 2nπ （n = 0，1，2，…）
　　φA是放大电路的移相；
　　φF是反馈网络的移相。
　　二． 电路能否自激振荡的判断
　　正弦波振荡器中，能出现相位变化的有放大和反馈两部分，对这两部分电路的移相进行分析、归纳，有助于增强振荡器自激振荡条件的理解，提高自激振荡判断的解题能力。
　　1．放大电路的移相φA
　　放大电路的移相主要决定于放大电路的形式。常用的放大电路有：晶体三极管放大器、场效应管放大器、差分放大器和集成运放等。职业中专只讨论晶体三极管放大器和集成运放电路。
　　1）晶体三极管放大器分共射、共基、共集三种组态。
　　共射电路移相φA = π。（见图2）
　　共基电路移相φA = 0。（见图3）
　　共集电路移相φA = 0。（见图4）


　　2）集成运放电路有同相输入和反相输入两种。
　　同相输入移相φA = 0。
　　反相输入移相φA =π。
　　2．反馈网络的移相φF
　　反馈网络的移相φF与信号的频率有关。通过选频电路，保证了振荡器具有单一的工作频率，也保证了反馈网络移相φF的单一值。在各种不同的振荡电路中，反馈网络有的就是选频电路，有的反馈网络与选频电路分开，有的反馈网络是选频电路的一部分。
　　1）RC选频电路（选频电路就是反馈网络）
　　A．RC串并联网络（见图19左半部分电路）
　　当f = f0= 时，输出电压与反馈电压同相，即φF = 0。
　　B．RC移相网络

　　RC移相网络有超前移相和滞后移相两种。选取不同的R和C值，可获得一定频率下的超前移相（φF >0）（图5）和滞后移相（φF < 0）（图6）值。
　　2)LC选频电路
　　A． 变压器反馈式（选频电路与反馈网络分开）


　　“*”表示变压器的同名端。
　　图7、图8的变压器初、次级线圈同名端接地，与同相，φF = 0。
　　图9、图10的变压器初、次级线圈异名端接地，与反相，φF =π。
　　B．电感电容反馈式（反馈网络是选频电路一部分）
　　由于电感电容反馈网络是LC选频电路一部分，LC中的多个电感可看作顺向串联，多个电容也可看作串联。


　　图11、图13，与公共点极性相反，与反相，φF =π。
　　图12、图14，与公共点极性相同，与同相，φF = 0 。
　　三． 应用举例：
　　判断下列电路是否产生自激振荡：
　　1.
　　解：φA判断：VT1为共基放大电路（交流信号从基极-发射极输入，基极-集电极输出）φA= 0。
　　φF判断：选频反馈电路为变压器反馈式，直流电源VCC对交流信号内阻小，交流通路视为短路接地。变压器初、次级线圈异名端接地，与反相，φF =π。
　　所以φA+φF = 0+π=π，不符合相位平衡条件，不能够自激振荡。
　　2．
　　解：φA判断：VT1 、VT2为均共射放大电路，φA1=φA2=π。但图16中VO在L整段，而图17中的VO在L上半段。
　　φF判断：反馈网络是选频电路一部分，属电感电容式，图16 L上与公共点极性相同，与同相，φF1=0；而图17 L上与公共点极性相反，与反相，φF2=π。
　　所以φA1+φF1 =π+0 =π，图16不符合相位平衡条件，不能够自激振荡。
　　而φA2+φF2 =π+π=2π，图17满足相位平衡条件，能够自激振荡。（此图即电感三点式）
　　3．
　　解：φA判断：VT1为共射放大电路，φA =π。
　　φF判断：选频反馈网络是电感电容式，C1上的与C2上的公共点极性相反，与反相，φF2=π。
　　所以φA+φF=π+π=2π，满足相位平衡条件，能够自激振荡。（此图即为改进型电容三点式）
　　4．
　　解：此图为文氏电桥振荡电路。
　　φA判断：集成运放电路同相输入，φA = 0。
　　φF判断：反馈网络是RC串并联网络，与同相，φF = 0。
　　所以φA+φF = 0+0 = 0，满足相位平衡条件，能够自激振荡。
　　参考资料： 《电子线路》中职统编教材（熊耀辉主编）
　　《电子线路》高教重点教材（谢嘉奎主编）
　　《电子技术基础》中职统编教材（陈振源主编）
　　《电工基础》中职统编教材（薛涛主编）
　　《电学》（中央电大杂志编辑部编）,