实现LC正弦波振荡的关键技术

RC正弦波振荡器的选频网络由RC电路组成，该电路通常用来产生频率低于1MHz的低频信号，要产生频率高于1MHz的高频信号，必须用LC正弦波振荡器。LC正弦波振荡器的选频网络由LC谐振电路组成，反馈信号的耦合方式有变压器反馈式、电感反馈式和电容反馈式3种类型。

1.变压器反馈式振荡电路

变压器反馈式振荡电路的组成如图9-6所示。由图9-6可见，晶体管VT组成共基极电压放大器。匝数为N₁，电感量为L₁的线圈与电容C组成并联谐振电路，该电路是振荡器的选频网络。匝数为N₁，电感量为L₁的线圈与匝数为N₂，电感量为L₂的线圈组成变压器耦合方式，选频网络的输出信号通过该网络的耦合作用，经电容器C₁反馈到放大器的输入端（晶体管的发射极），为了保证放大器处在正反馈，变压器同名端的设置必须如图9-6所示。

利用前面介绍的瞬时极性法可判断反馈电路的同名端设置是否正确，并由此推断该电路是否能产生振荡信号输出。判断的方法是，在放大器的输入端注入一个正极性的瞬时信号，经放大器放大后，当反馈网络反馈到输入端的信号也是正极性时，放大器是正反馈，满足振荡器的相位条件。

图9-6 变压器反馈式振荡电路

在图9-6所示的电路中，放大器是共基极电路，根据共基极电路发射极的输入信号与集电极的输出信号同相的特点可知，图9-6中的同名端设置保证了电路处于正反馈的状态，当振荡器的幅度条件也满足时，振荡器将产生振荡，输出正弦波信号。变压器反馈式振荡器在Multisim上仿真实验的结果如图9-7所示。

图9-7 变压器反馈式振荡器仿真实验的结果

在图9-7中示波器屏幕上的第一个波形是振荡器输出信号的波形，第二个波形是变压器反馈网络反馈到放大器输入端的信号波形。两个波形的相位关系清晰地显示出电路的反馈是正反馈，满足振荡器的相位条件。调节共基极电压放大器的放大倍数，使振荡器的幅度条件也满足，振荡器将输出如图9-7所示的正弦波信号。

2.电感反馈式振荡电路（电感三点式）

变压器反馈式振荡电路比较容易起振，输出波形失真不大，应用的范围比较广。但该电路存在着耦合电路损耗较大，振荡频率稳定性不高的缺点。采用自耦变压器可减少耦合电路的损耗，将电容C跨接在自耦变压器线圈的两端可增强电路的谐振效果，提高振荡频率的稳定性，采用自耦变压器耦合的振荡器称为电感反馈式振荡电路。电感反馈式振荡电路的组成和仿真实验的结果如图9-8所示。

根据画交流等效电路的法则，图9-8所示电路中的直流电源对交流信号而言是短路的。将电源的正极与接地点短路后可得自耦变压器的3个端子分别与晶体管的3个管脚相连，根据这个特点，该电路又称为电感三点式振荡电路。

3.电容反馈式振荡电路（电容三点式）

电感反馈式振荡电路克服了变压器反馈式振荡电路所存在的缺点，当电容C采用可变电容器时，可获得较宽振荡频率的输出信号，最高的振荡频率可达几十兆赫，但该电路输出信号的波形不太好，为了改善振荡电路输出信号的波形，将图9-8所示电路中的电感换成电容，电容换成电感，即可组成电容反馈式振荡电路。电容反馈式振荡电路的组成和仿真实验的结果如图9-9所示。(www.xing528.com)

图9-8 电感反馈式正弦波信号发生器

图9-9 电容反馈式正弦波振荡器

电容反馈式正弦波振荡电路，因为LC谐振电路中电容的3个结点分别与晶体管的3个管脚相连，所以该电路又称为电容三点式正弦波振荡器。在图9-9电路中，LC选频网络电感支路串联了电容C₃是为了改善输出信号幅度的稳定性，该电路在高频电路中通常称为克拉泼电路。

因为克拉泼电路的谐振频率主要由电感和电容串联支路的电感和电容的值来决定，所以改变电感或者电容的值，就可以改变电路输出信号的频率。由图9-9可知，谐振电路的总电容是三个电容相串联的值。在实际电路中，C₁和C₂的值远大于C₃，根据电容串联的关系可得

将上式的结果代入并联谐振网络谐振频率的计算公式可得克拉泼电路的振荡频率为

式（9-6）说明，克拉泼电路的振荡频率与电感L和电容C₃的值有关，改变电感L或电容C₃的值就可以改变振荡器输出信号的频率。为了消除电感值的变化对谐振电路的影响，通常在图9-9所示电路的电感两端并上一个可变电容来改变电路输出信号的频率，改进以后的电路又称为西勒电路，西勒电路的组成和输出信号的波形如图9-10所示。

图9-10 西勒电路的组成和输出信号的波形

图9-10电路示波器屏幕上的波形清晰地显示出，西勒电路可以输出频率和幅度均很稳定的正弦波信号。