負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生原因及消除和維持方法探究

1、模電研究報告課題：負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生原因及消除與維持方法探究班級：機(jī)械1507任課老師：李曦姓名： 文祥學(xué)號 ：U201510727自激振蕩在百度上面的解釋為：自激震蕩是指不外加激勵信號而自行產(chǎn)生的恒穩(wěn)和持續(xù)的振蕩。從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)，它是一種出現(xiàn)于某些非線性系統(tǒng)中的一種自由振蕩。一個典型例子是范達(dá)波爾(Van der Pol)方程所描述的系統(tǒng)，方程形式為 mx¨-f(1-x2)x·-kx=0 (m>0， f>0， k>0)。 其中x·和x¨為變量x的一階和二階

2、導(dǎo)數(shù)。分析表明:當(dāng)x的值很小時，阻尼f是負(fù)的，因而運(yùn)動發(fā)散;當(dāng)x的值很大時，阻尼f是正的，因而運(yùn)動衰減。所以，不管由什么初始條件出發(fā)，系統(tǒng)運(yùn)動都趨向于一個持續(xù)振蕩，即自激振蕩。負(fù)反饋自激振蕩是指在實際負(fù)反饋放大電路的應(yīng)用中，特別是多級負(fù)反饋放大電路，在放大電路的輸出信號中常能觀察到完全不同于輸入信號頻率的信號，有時甚至在沒有加輸入信號也能在輸出端觀察到具有一定頻率和幅值得輸出信號。電路在無外加輸入信號時，仍會有一定頻率和幅度的輸出電壓。在一定條件下，電路會將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔堋Ｕ袷庪娐饭ぷ鲿r不需外界輸入信號，其本質(zhì)是電路將輸出信號的全部或一部分通過一定的方式送回到輸入端代替輸入信號，從而形

3、成電路的工作循環(huán)過程，其產(chǎn)生過程如圖 1 所示。A為放大電路的放大系數(shù)，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)圖 1 自激振蕩現(xiàn)象的產(chǎn)生過程 產(chǎn)生自激振蕩必須同時滿足兩個條件： 1、幅度平衡條件|AF|=1 2、相位平衡條件A+F=2n（n=0,1,2,3···） 除此之外起振必須滿足|AF|略大于1的起振條件，基本放大電路必須由多級放大電路構(gòu)成，以實現(xiàn)很高的開環(huán)放大倍數(shù)，然而在多級放大電路的級間加負(fù)反饋，信號的相位移動可能使負(fù)反饋放大電路工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生自激振蕩。負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的根本原因是AF（環(huán)路放大倍數(shù)）附加相移。單級和兩級放大電路是穩(wěn)定的，而三級或三級以上的負(fù)

4、反饋放大電路，只要有一定的反饋深度，就可能產(chǎn)生自激振蕩，因為在低頻段和高頻段可以分別找出一個滿足相移為180度的頻率（滿足相位條件），此時如果滿足幅值條件|AF|=1，則將產(chǎn)生自激振蕩。因此對三級及三級以上的負(fù)反饋放大電路，必須采用校正措施來破壞自激振蕩，達(dá)到電路穩(wěn)定工作目的。 消除自激振蕩要從自激振蕩產(chǎn)生的兩個條件入手，即破壞自激振蕩的幅值條件和相位條件。只要設(shè)法破壞其中的一個條件, 電路就可以穩(wěn)定地工作。法一：電容校正。這種補(bǔ)償是在放大電路中時間常數(shù)最大的回路里并接電C使它的時間常數(shù)更大(即對應(yīng)的拐點(diǎn)頻率變低)。使高頻放大倍數(shù)下降更多,以致在 相移180,幅值下降到0以下，這種方法較簡單，

5、但C的容量要求較大。使得放大電路的頻帶變窄了。對反映快速變化不利。如下圖。圖二：電容滯后補(bǔ)償電路法二：RC滯后補(bǔ)償。思想是設(shè)法在A的表達(dá)電容滯后補(bǔ)償電路式的分子中引人 一個零點(diǎn),與其分母中的一個極點(diǎn)相消,從而使頻帶盡量展寬一些。如圖所示。選擇適當(dāng)?shù)腞C值,使零點(diǎn)與次極點(diǎn)f²相同,可消去含次極點(diǎn)的因式,代替次極點(diǎn) f²的就是比它大的f³,這樣使帶寬有所改善。圖三：RC滯后補(bǔ)償電路法三：超前補(bǔ)償法。補(bǔ)償?shù)乃枷胧窃O(shè)法將0的相位向前移(超前),使它不滿足180的條件,如圖4所示。即在Rf兩端并接補(bǔ)償電容C。F的相頻特性具有超前的性質(zhì)，最大超前相位為90,如果AF的相頻特性

6、中0點(diǎn)所對應(yīng)的相移處于臨界狀態(tài)(180左 右),則可選擇合適的值改變0點(diǎn)的相移,使電路穩(wěn)定。圖四：超前補(bǔ)償電路事物都具有兩面性，自激振蕩其實在生活中的應(yīng)用其實也并不少見。電子定時器振蕩源，信號發(fā)生器的振蕩源，無線信號的傳輸振蕩源，計算機(jī)上振蕩源等等。所有開關(guān)電源的振蕩電路。所以如何讓自激振蕩電路保持穩(wěn)定的震蕩也是一個值得研究的問題。頻率穩(wěn)定度是衡量自激振蕩穩(wěn)定性的重要質(zhì)量指標(biāo)，如果這個指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，自激振蕩的實際應(yīng)用中就會產(chǎn)生一系列問題。在常見的自激振蕩電路中，石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度較高，其數(shù)量級可達(dá)到108 1010石英晶體頻率穩(wěn)定度高的原因由:一是石英晶體的物理化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，

7、其等效諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性（諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性指外界因素變化時它保持固有諧振頻率不變的能力）較強(qiáng)；二是它具有正、反壓電效應(yīng),而且在諧振頻率附近等效參數(shù)電感L很大電容C很小內(nèi)阻r也不高因此其Q值能達(dá)到數(shù)百萬量級；三是它在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻率附近,呈現(xiàn)極陡峭的電抗特性曲線，因此對頻率的補(bǔ)償能力超強(qiáng)。結(jié)合石英晶體的特點(diǎn)以及電路的結(jié)構(gòu)特性，可采取如下措施要提高自激振蕩電路的頻率穩(wěn)定度.1. 減少外界因素的影響。引起振蕩頻率不穩(wěn)定的外界因素包括溫度、電源電壓、大氣壓力、空氣濕度、磁場、電場及負(fù)載阻抗變化等，因此可采用以下方法對振蕩器進(jìn)行穩(wěn)頻。（1）為了減小溫度變化對頻率穩(wěn)定度的影響，可將振蕩器放置在恒溫箱中，保持溫度恒定。（2）為了減小電源電壓波動對頻率穩(wěn)定度的影響，可對振蕩器電源采取必要的穩(wěn)壓措施。（3）為了減小負(fù)載的影響，應(yīng)減小負(fù)載對