振蕩電路原理及起振的幾個條件

1、振蕩電路原理及起振的幾個條件（轉(zhuǎn)載）2011-06-0309:25:581分類：電子I字號訂閱振蕩電路本質(zhì)上也屬于反饋電路，在第4章我們曾討論過反饋if=_.若=0,則在沒有外加信號時，電路也能目冷.生交變信號這就是我們常說的自激現(xiàn)象。振蕩電路就是利用自激效應(yīng)來產(chǎn)生振蕩信號的。反饋型正弦波自激振蕩器的原理框圖如圖31所示。由圖可知，該電路由沒有外加信號的放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分構(gòu)成閉合環(huán)路。瞋坤放大器的開懷增益；反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)。一閃一E一WAV.dzJw.c:rri振蕩器能夠輸出某一指定頻率的正弦波，因此閉合環(huán)路中包含選頻網(wǎng)絡(luò)。若選頻網(wǎng)絡(luò)由RC元件構(gòu)成，則該振蕩器稱為RC振蕩器，一般用來產(chǎn)

2、生1赫至幾兆赫范圍內(nèi)的低頻信號；若選頻網(wǎng)絡(luò)由LC元件組成，則該振蕩器稱為LC振蕩器,一般用來產(chǎn)生幾百千赫以上的高頻信號。若在LC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)中加入晶振元件，我們則稱該電路為石英晶體振蕩器，其目的是為了提高輸出信號的頻率穩(wěn)定度。圖8.2給出了變壓器耦合反饋型LC振蕩電路，該電路與圖8.1相對應(yīng)也可分為放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分。圖中由晶體管T構(gòu)成放大電路，CB為隔直流電容,由電感L和C構(gòu)成的單諧振回路是集電極負(fù)載，同時也起到選頻作用。反饋網(wǎng)絡(luò)由L和L2組成的變壓器構(gòu)成。電感L3的作用是把輸出信號耦合下來加到輸出負(fù)載上。該電路的反饋電壓Uf取自變壓器次級L2兩端，反饋信號通過由線圈L和L2組成

3、的變壓器從集電極反饋到基極。根據(jù)圖中標(biāo)注的同名端，利用瞬時極性法可知:輸入信號和反饋信號同接在三極管的基極，且瞬時極性相同，所以為正反饋。該電路的工作過程：當(dāng)振蕩電路接通電源時，電路中不可避免地存在種擾動。這種擾動是不規(guī)則性的，它包含著很寬的頻率成分。其中絕大部分信號頻率與選頻網(wǎng)絡(luò)LC頻率不同，僅有某一種信號頻率與選頻網(wǎng)絡(luò)LC頻率相同。與選頻網(wǎng)絡(luò)LC頻率不同的信號，也就是不符合振蕩條件的頻率分量迅速衰減直至消失，只有符合振蕩條件的頻率成分才能通過LC選頻網(wǎng)絡(luò)，通過放大、選頻和反饋的多次循環(huán)，振蕩電壓就逐漸增長起來了。如圖8.3中“起振”部分所示，電路產(chǎn)生了增幅振蕩。這就是振蕩電路的起振概念。這

4、里要強(qiáng)調(diào)說明的是，我們所討論的振蕩電路不需要外加輸入信號，便能自行產(chǎn)生輸出信號，但實(shí)質(zhì)上該電路還是有“輸入信號”的，該輸入信號”就是接通電源產(chǎn)生的多頻率擾動信號中的某一個，而這個信號的頻率必須與振蕩頻率一致。起振以后，輸出信號幅度在正反饋?zhàn)饔孟略絹碓酱?，但它的振幅不會無限制地增長下去，因?yàn)樵撾娐窌蒖E和CE產(chǎn)生自生反偏壓。自生反偏壓形成后，就會進(jìn)入晶體管的非線性區(qū)，即進(jìn)入了飽和區(qū)和截止區(qū)。iC的波形就會出現(xiàn)非線性失真，這樣晶體管的導(dǎo)通角將會減小，從而導(dǎo)致增益降低，直至達(dá)到平衡，于是振幅便穩(wěn)定于某一個恒定值了。如圖8.3中“平衡”部分所示。812振蕩電路工作的三個條件我們繼續(xù)借助圖8.1來分析

5、反饋型正弦波自激振蕩器的起振條件和平衡條件。VWlVV.dzSA.；=；fTl0.4諧振回路的相位穩(wěn)定作用其中M対放大器的開環(huán)增益:為門饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù):(S-1)(S-2)L起振條件當(dāng)電源剛一接通的瞬間振蕩器起始振蕩。起振條件就是產(chǎn)生自激振蕩幅度和相位必須滿足的條件，它包括振幅起振條件和相位起振條件。由第4章的討論有，一個正反饋系統(tǒng)，它的閉環(huán)增益対:(8-3)如臬式中1_AF|11；|同時，若屏與原山同相，則青味著哎饋電路的輸出信號會越來越大。www,Dz3w,Com因?yàn)楣蔄pl可改寫為皿違1所以：振幅起振條件：AF1(8.5)相位起振條件；陽二久艸廣2wc(n03A)(8-6)2.平衡條伴

6、平衡條件是梢在振蕩建覽后，為了保持揃出一個持縷竽幅止弦波幅度與相位必須滿足的條件，也就是千二時J埠g加。lli.同由沖密www.Dz3w.Com/.平衡條件就是AF=1即：振幅平斎條件：AF=(8-7)柏位平衡條件；2m(口=0士1士2、)(8-8)3.抗干擾的穩(wěn)定條件由于振蕩電路中存在各種干擾如溫度變化、電壓波動、噪聲、外界干擾等，這些干擾會破壞振蕩的平衡條件，因此，為使振蕩器的平衡狀態(tài)能夠存在，只有使它成為穩(wěn)定的平衡具有返回原先平衡狀態(tài)能力的平衡。這就要求反饋型正弦波振蕩器中，其放大器的增益或反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)是可以自動調(diào)節(jié)的。即如果干擾和噪聲使反饋電壓增大時，放大器的增益自動減小，即使A

7、F減小，以保持輸出電壓幅度穩(wěn)定；反之，若使反饋電壓減小，則放大器的增益自動提高，這樣就可使振蕩器輸出電壓的振幅處于穩(wěn)定狀態(tài)，如用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示時，即：態(tài)，如用數(shù)學(xué)袁達(dá)式袁示甘，即：也.帝值(8-9)AK-寫成偏導(dǎo)數(shù)形式為：莎0式中*憶為輪出蹶加:驢時Com這就是振蕩器轉(zhuǎn)振幅腿定條件。式(8.9)中偏導(dǎo)數(shù)的卻曙值越丸，意味看微小的幅度蠕量，可以導(dǎo)致也F值的大量減4=振幅的穗定性就越好。振蕩器能否穩(wěn)定工作，除需要滿足振幅穩(wěn)定條件外，還需滿足相位穩(wěn)定條件。即當(dāng)電路受到干擾使相位平衡條件暫受到破壞時，在干擾消失后，電路能夠自動回到原來的相位平衡狀態(tài)。由正弦波的表達(dá)式中可看到，當(dāng)頻率變化時，就會引起相位

8、變化，反之亦然，即相位變化是與頻率變化密切相關(guān)的。假設(shè)電路受到干擾，相位平衡條件遭到碾壞即舛“匚引入了相位增量3,就是說反饋電壓的相位超前于原始輸入信號電壓的相位。那么反饋的每一循環(huán)；將使輸出電壓狡英前一次序周期就會一次比一次忙變化提前一點(diǎn)，振蕩就是振涕頻率逐漸提咼Q反之，若呦気一減量，那么循環(huán)一周相位就會滯后一點(diǎn)，頻率就會降低。這種變動會不會無止境地發(fā)展下去以致離開原有的相位平衡點(diǎn)，破壞了正常工作呢？實(shí)際上，在一般的ZCE蕩器中由于并聯(lián)諧振回路的作用，可以把這種變動控制住，維持相位平衡的穩(wěn)定。LC諧振回路的相頻特性如圖8.4所示：假設(shè)振蕩頻率原工作在氣當(dāng)外界干擾引入卜耳時，工作頻率從叫提高到

9、叭+M=叫,這時諧振回路引入的相移為山跨(如圖所示)，將使相位滯后，振蕩頻率的增加緩燼下來，工作頻率的變動曼到控制。當(dāng)干擾消尖石，工作頻率又自動回到叫反之,若外界干擾使為一減量引起頻率降低時，諧振回路又會引入+山粥使振蕩頻率增高，以維持平衡。忌之,外界干擾込創(chuàng)起的頻率變動吐九同符號的，而諧振回路變動&劃引起的相位變化也呢反符號的，(在圖E4中相頻特性曲線斜率是負(fù)的。所以&卻符號相抵消，就可以保持平衡。主工作頻率附近的因此，振蕩器的相位穩(wěn)定條斜率的負(fù)的，如驟料&彌打A詢負(fù)值寫成備導(dǎo)數(shù)形式為：鑒n(S-10)上述偏導(dǎo)數(shù)的絕對值越大，意味著相位平衡條件被破壞后，只要頻率產(chǎn)生一微小的變化就可獲得大小足夠而符號相反的相位變化，在電路中恢復(fù)相位平衡。高Q值的LC回路便可滿足這一要求?？傊?，欲產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩，振蕩器必須滿足振蕩的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件，三者缺一不可。因此，在反饋型正弦波振蕩器的閉合環(huán)路中，一般包含可變增益的放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)及反饋網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)可處在放大電路中，也可處在反饋網(wǎng)絡(luò)中，也可能同時屬于這兩部分。上述偏導(dǎo)數(shù)的絕對值越大，意味著相位平衡條件被破壞后，只要頻率產(chǎn)生一微小的變化就可獲得大小足夠而符號相反的相位變化