正弦波振荡电路说白了就是一个自己给自己喂信号的放大电路。上电那一下,电路里的热噪声被放大,经过选频网络只留下某个频率,再正反馈回去,幅度慢慢长大,最后靠非线性或者稳幅环节卡住,就输出稳定的正弦波了。
起振条件其实就两条:环路增益的模大于1,相位转一圈正好是360度。等到幅度稳定下来,环路增益等于1,也就是放大量和反馈量刚好抵消损耗。很多人搭电路不起振,问题就出在反馈接成了负反馈,或者偏置不对,管子根本没工作在放大区。
低频场合最常用的是RC桥式振荡,也叫文氏桥。选频网络是两节RC串并联,振荡频率是1除以2πRC,改变电容或者电阻就能调频率。稳幅一般用热敏电阻或者小灯泡,幅度大了阻值变化,把增益压下来。这个电路波形干净,做音频信号源、测试信号发生器很合适,缺点是频率高了以后分布参数影响大,一般也就做到几百千赫。
频率再高就上LC振荡。变压器反馈、电感三点、电容三点这几种都是靠LC回路选频,频率是1除以2π根号LC。它的优点是高频段容易起振、输出幅度大,缺点是电感体积大、频率稳定度一般,温度一变频率就飘。收音机本振、射频发射这类场合见得多。
要求频率准又稳,就得用石英晶振。石英片有压电效应,本身的谐振频率做得非常准,温度系数也小,配合电路做成皮尔斯或者考毕兹形式,频率稳定度能到百万分之一甚至更好。单片机、通信设备、计时电路里的时钟基本都是晶振给的。
实际搭板子还有几个细节。电源要干净,振荡电路对纹波敏感,必要时单独加LC滤波;布局尽量紧凑,选频网络远离发热器件和大电流走线;振荡器输出别直接带重负载,中间加一级缓冲,不然负载一变频率和幅度都跟着变。
调试的时候,先量静态工作点,再看反馈极性,最后看输出波形。不起振就试着减小反馈电阻或者加大电源电压,波形削顶就是增益太大,该加稳幅了。这些东西纸上看着简单,动手一次就全明白了。
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