自激振蕩常用于正弦波發(fā)生器、交流控制信號等。自激振蕩的應(yīng)用于許多電路,如正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設(shè)備中,在模擬電子技術(shù)中屬于必不可少的一種元件。它是一種不需要輸入信號控制就能自動地將直流能量轉(zhuǎn)換為特定頻率和振幅的正弦交變能量的電路。常見的自激振蕩電路如RC振蕩電路和LC振蕩電路。RC振蕩電路中,RC網(wǎng)絡(luò)既是選頻網(wǎng)絡(luò)又是正反饋電路中的一部分。該電路特點是電路簡單,經(jīng)濟(jì)但穩(wěn)定性不高。相比之下還有LC振蕩電路,LC振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)是LC諧振回路,它們的振蕩頻率都比較高,LC振蕩電路的特點是頻率范圍寬,容易起振,但頻率穩(wěn)定性不高。
自激振蕩的概念和形成條件以及自激振蕩的穩(wěn)定
自激振蕩就是電路中有一部分信號從輸出端反饋到輸入端,反饋回的信號加強(qiáng)了電路的振蕩。下面以常見的負(fù)反饋放大電路和正反饋放大電路為例解釋一下自激振蕩
比較圖1和圖2就可以明顯地看出負(fù)反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區(qū)別了。由于振蕩電路的輸入信號iX?=0,所以iX=fX?。由于正、負(fù)號的改變,有反饋的放大倍數(shù)為
正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來命名。正弦波發(fā)生電路組成有:放大電路、正反饋電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅電路。為了產(chǎn)生正弦波,必須在放大電路里加入正反饋,因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是,這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波,這是由于很難控制正反饋的量。如果正反饋量大,則增幅,輸出幅度越來越大,最后由三極管的非線性限幅,這必然產(chǎn)生非線性失真。反之,如果正反饋量不足,則減幅,可能停振,為此振蕩電路要有一個穩(wěn)幅電路。為了獲得單一頻率的正弦波輸出,應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò),選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R、C和L、C等電抗性元件組成。
正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設(shè)備中,在模擬電子技術(shù)中屬于必不可少的一種元件。它是一種不需要輸入信號控制就能自動地將直流能量轉(zhuǎn)換為特定頻率和振幅的正弦交變能量的電路。正弦波振蕩器是自激振蕩的一個非常重要的應(yīng)用。根據(jù)傅里葉級數(shù)的定義可以知道,任何周期性的激勵電壓都可以分解成許多不同頻率的正弦時間函數(shù)之和,再根據(jù)自激振蕩的原理,只有頻率為一特定值0f的正弦波才能夠通過電路的正反饋系統(tǒng)(反饋系統(tǒng)本身可能為負(fù)反饋系統(tǒng),但由于電容的存在,反饋信號與輸入信號同相)增強(qiáng)自身,其余頻率的信號都逐漸衰減到零。由于想要的正弦波信號為一穩(wěn)定信號,因此在正弦波振蕩器中加入了穩(wěn)幅環(huán)節(jié),其中,在分立元件組成的放大電路中,晶體管的非線性特性能夠滿足這個條件。最后當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時,AF=1。
生正弦波的條件與負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激的條件十分類似。只不過負(fù)反饋放大電路中如圖2所示是由于信號頻率達(dá)到了通頻帶的兩端,產(chǎn)生了足夠的附加相移,從而使負(fù)反饋變成了正反饋如圖3所示。在振蕩電路中加的就是正反饋,振蕩建立后只是一種頻率的信號,無所謂附加相移。
(1)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(n=0,1,2,3···)其中,A指基本放大電路的增益(開環(huán)增益),F(xiàn)指反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)
同時起振必須滿足|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A(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)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。
雙管自激振蕩電路分析
如圖1是雙管自激振蕩器電路。
電源接通,R1給Q1提供基極電流、Q1導(dǎo)通。接著,Q1集電極輸出電流驅(qū)動Q2、Q2導(dǎo)通,于是Q2集電極接地。此時,Q1基極增加了一條經(jīng)C1 、RP到地低阻通路,Q1基極輸出電流增大,導(dǎo)通愈甚,進(jìn)而Q2快速飽和導(dǎo)通——兩管互為對方提供基極驅(qū)動電流,控制信號為正反饋。
根據(jù)三極管的特性可知,Q1基極只比電源低一個PN結(jié)壓降,但其集電極比地高一個PN結(jié)壓降,因此在C1充電過程中,Q1工作于放大狀態(tài);與此同時,Q2由淺導(dǎo)通很快渡越到飽和導(dǎo)通。
隨著C1 、RP支路充電過程持續(xù),C1壓降增大,充電電流減小,Q1輸出電流下降,進(jìn)而不能驅(qū)動、維持Q2的深度飽和,Q2的集電極電壓上升,C1 、RP支路進(jìn)入放電過程。由于正反饋信號的控制作用,Q1很快截止,Q2也很快截止。隨著C1 、RP放電過程的持續(xù),C1壓降減小,放電電流減小,Q1基極電壓逐漸下降,直到Q1再次導(dǎo)通,進(jìn)入下一個循環(huán)……
如圖2所示,上側(cè)圖是Q1集電極波形,其最高電壓為一個PN結(jié)壓降;下側(cè)圖是Q1基極波形,其最高電壓比電源低一個PN結(jié)壓降。
如圖3所示,上側(cè)圖是Q2基極波形,即Q1集電極波形(最高電壓為一個PN結(jié)壓降),下側(cè)圖是Q2集電極波形:當(dāng)Q2截止時,其電壓為電源,當(dāng)Q2導(dǎo)通時,其電壓約為零。
在圖2、3中,揚(yáng)聲器實為10Ω電阻,若換成6Ω揚(yáng)聲器,波形如圖4、5所示。因揚(yáng)聲器是感性元件,在Q2截止時兩管的集電極波形都有過沖(尖峰電壓)。
需要指出的是:調(diào)節(jié)RP,占空比和頻率都發(fā)生改變(305.6Hz),如圖6所示。
與圖1功能相同,但電路結(jié)構(gòu)不同的電路,如圖7所示。這種元件相同、功能相同但結(jié)構(gòu)不同的電路叫對偶電路,讀者可自行分析其工作原理。
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