振荡器是一种用来产生交流信号的电器。 正弦波振荡器用来产生正弦波信号。 振荡器主要由放大电路、选频电路和正反馈电路三部分组成。 振荡器的组成框图如图5-1所示。
振荡器的工作原理说明如下:
接通电源后,放大电路获得供电开始导通,导通时电流有一个从无到有的变化过程,该变化的电流中包含有微弱的0~∞Hz的各种频率信号,这些信号输出并送到选频电路,选频电路从中选出频率为 f o 的信号, f o 信号经正反馈电路反馈到放大电路的输入端,放大后输出幅值较大的 f o 信号, f o 信号又经选频电路选出,再通过正反馈电路反馈到放大电路的输入端进行放大,然后输出幅值更大的 f o 信号,接着又选频、反馈和放大,如此反复,放大电路输出的 f o 信号越来越大,随着 f o 信号的不断增大,由于晶体管非线性原因(即晶体管输入信号达到一定幅值时,放大能力会下降,幅值越大,放大能力下降越多),放大电路的放大倍数 A 自动不断减小。
图5-1 振荡器的组成框图
放大电路输出的 f o 信号不是全部都反馈到放大电路的输入端,而是经反馈电路衰减了再送到放大电路的输入端,设反馈电路的反馈衰减倍数为1/ F 。在振荡器工作后,放大电路的放大倍数 A 不断减小,当放大电路的放大倍数 A 与反馈电路的衰减倍数1/ F 相等时,输出的 f o 信号幅值不会再增大。例如 f o 信号被反馈电路衰减了10倍,再反馈到放大电路放大10倍,输出的 f o 信号不会变化,电路输出稳定的 f o 信号。
从前面振荡器的工作原理知道,振荡器正常工作需要满足下面两个条件:
(1)相位条件
相位条件要求电路的反馈为正反馈。
振荡器没有外加信号,它是将反馈信号作为输入信号,振荡器中的信号相位会有两次改变,放大电路相位改变Φ A (又称相移Φ A ),反馈电路相位改变Φ F , 振荡器的相位条件要求满足:
Φ A + Φ F =2 n π( n =0,1,2,…)
只有满足了上述条件才能保证电路的反馈为正反馈。例如放大电路将信号倒相180°(Φ A =π),那么反馈电路必须再将信号倒相180°(Φ F =π),这样才能保证电路的反馈是正反馈。
(2)幅值条件
幅值条件指振荡器稳定工作后,要求放大电路的放大倍数 A 与反馈电路的衰减倍数 相等, 即
只有这样才能保证振荡器能输出稳定的交流信号。
在振荡器刚起振时,要求放大电路的放大倍数 A 大于反馈电路的衰减倍数1/ F ,即 A >1/ F ( AF >1),这样才能让输出信号的幅值不断增大,当输出信号的幅值达到一定值时,就要求 A =1/ F (可以通过减小放大电路的放大倍数 A 或增大反馈电路的衰减倍数来实现),这样才能让输出信号的幅值达到一定值时稳定不变。