自激振蕩常用于正弦波發生器、交流控制信號等。自激振蕩的應用于許多電路,如正弦波振蕩器廣泛用于各種電子設備中,在模擬電子技術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網絡既是選頻網絡又是正反饋電路中的一部分。該電路特點是電路簡單,經濟但穩定性不高。相比之下還有LC振蕩電路,LC振蕩器的選頻網絡是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,但頻率穩定性不高。
自激振蕩的概念和形成條件以及自激振蕩的穩定
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,反饋回的信號加強了電路的振蕩。下面以常見的負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反饋放大電路和正反饋振蕩電路的區別了。由于振蕩電路的輸入信號iX?=0,所以iX=fX?。由于正、負號的改變,有反饋的放大倍數為
正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網絡來命名。正弦波發生電路組成有:放大電路、正反饋電路、選頻網絡、穩幅電路。為了產生正弦波,必須在放大電路里加入正反饋,因此放大電路和正反饋網絡是振蕩電路的最主要部分。但是,這樣兩部分構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幅電路。為了獲得單一頻率的正弦波輸出,應該有選頻網絡,選頻網絡往往和正反饋網絡或放大電路合而為一。選頻網絡由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備中,在模擬電子技術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用。根據傅里葉級數的定義可以知道,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之和,再根據自激振蕩的原理,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(反饋系統本身可能為負反饋系統,但由于電容的存在,反饋信號與輸入信號同相)增強自身,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定信號,因此在正弦波振蕩器中加入了穩幅環節,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。最后當電路達到穩定時,AF=1。
生正弦波的條件與負反饋放大電路產生自激的條件十分類似。只不過負反饋放大電路中如圖2所示是由于信號頻率達到了通頻帶的兩端,產生了足夠的附加相移,從而使負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(開環增益),F指反饋網絡的反饋系數
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成,以實現很高的開環放大倍數,然而在多級放大電路的級間加負反饋,信號的相位移動可能使負反饋放大電路工作不穩定,產生自激振蕩。負反饋放大電路產生自激振蕩的根本原因是A(環路放大倍數)附加相移。單級和兩級放大電路是穩定的,而三級或三級以上的負反饋放大電路,只要有一定的反饋深度,就可能產生自激振蕩,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,則將產生自激振蕩。因此對三級及三級以上的負反饋放大電路,必須采用校正措施來破壞自激振蕩,達到電路穩定工作目的。
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導通。接著,Q1集電極輸出電流驅動Q2、Q2導通,于是Q2集電極接地。此時,Q1基極增加了一條經C1 、RP到地低阻通路,Q1基極輸出電流增大,導通愈甚,進而Q2快速飽和導通——兩管互為對方提供基極驅動電流,控制信號為正反饋。
根據三極管的特性可知,Q1基極只比電源低一個PN結壓降,但其集電極比地高一個PN結壓降,因此在C1充電過程中,Q1工作于放大狀態;與此同時,Q2由淺導通很快渡越到飽和導通。
隨著C1 、RP支路充電過程持續,C1壓降增大,充電電流減小,Q1輸出電流下降,進而不能驅動、維持Q2的深度飽和,Q2的集電極電壓上升,C1 、RP支路進入放電過程。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,C1壓降減小,放電電流減小,Q1基極電壓逐漸下降,直到Q1再次導通,進入下一個循環……
如圖2所示,上側圖是Q1集電極波形,其最高電壓為一個PN結壓降;下側圖是Q1基極波形,其最高電壓比電源低一個PN結壓降。
如圖3所示,上側圖是Q2基極波形,即Q1集電極波形(最高電壓為一個PN結壓降),下側圖是Q2集電極波形:當Q2截止時,其電壓為電源,當Q2導通時,其電壓約為零。
在圖2、3中,揚聲器實為10Ω電阻,若換成6Ω揚聲器,波形如圖4、5所示。因揚聲器是感性元件,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:調節RP,占空比和頻率都發生改變(305.6Hz),如圖6所示。
與圖1功能相同,但電路結構不同的電路,如圖7所示。這種元件相同、功能相同但結構不同的電路叫對偶電路,讀者可自行分析其工作原理。
評論