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1、word自激振荡的应用分析( 某某师X学院物理与电气工程学院某某某某 246011)摘要：自激振荡电路广泛应用于信号产生电路中，有关它的应用和消除方法是电子电路中的热门话题。本文从自激振荡的工作原理出发，详细分析了自激振荡在RC振荡电路和LC振荡电路中的工作原理，最后讨论了自激振荡的抑制方法。关键词：自激振荡，RC自激振荡，LC自激振荡，自激振荡的消除1引言自激振荡常用于正弦波发生器、交流控制信号等。自激振荡的应用于许多电路，如正弦波振荡器广泛用于各种电子设备中，在模拟电子技术中属于必不可少的一种元件。它是一种不需要输入信号控制就能自动地将直流能量转换为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。常见
2、的自激振荡电路如RC振荡电路和LC振荡电路。RC振荡电路中，RC网络既是选频网络又是正反应电路中的一局部。该电路特点是电路简单，经济但稳定性不高。相比之下还有LC振荡电路，LC振荡器的选频网络是LC谐振回路，它们的振荡频率都比拟高，LC振荡电路的特点是频率X围宽，容易起振，但频率稳定性不高。本文从自激振荡的产生原理入手，进而讨论其抑制方法与应用。正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率X围很广，可以从一赫兹以下到几百兆赫兹以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。2自激振荡的概念和形成条件以与自激振荡的稳定自激振荡就是电路中有一局部信
3、号从输出端反应到输入端，反应回的信号加强了电路的振荡。下面以常见的负反应放大电路和正反应放大电路为例解释一下自激振荡1。图1负反应放大电路图2正反应放大电路比拟图1和图2就可以明显地看出负反应放大电路和正反应振荡电路的区别了。由于振荡电路的输入信号=0，所以=。由于正、负号的改变，有反应的放大倍数为：正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路组成有：放大电路、正反应电路、选频网络、稳幅电路。为了产生正弦波，必须在放大电路里参加正反应，因此放大电路和正反应网络是振荡电路的最主要局部。但是，这样两局部构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反应的量。如果正反应量大，如此增幅，输
4、出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性失真。反之，如果正反应量不足，如此减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反应网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器广泛用于各种电子设备中，在模拟电子技术中属于必不可少的一种元件。它是一种不需要输入信号控制就能自动地将直流能量转换为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。正弦波振荡器是自激振荡的一个非常重要的应用。根据傅里叶级数的定义可以知道，任何周期性的激励电压都可以分解成许多不同频率的正弦时间函数之和，再根据自激振荡的原理，只有频
5、率为一特定值的正弦波才能够通过电路的正反应系统反应系统本身可能为负反应系统，但由于电容的存在，反应信号与输入信号同相增强自身，其余频率的信号都逐渐衰减到零。由于想要的正弦波信号为一稳定信号，因此在正弦波振荡器中参加了稳幅环节，其中，在分立元件组成的放大电路中，晶体管的非线性特性能够满足这个条件。最后当电路达到稳定时，。产生正弦波的条件与负反应放大电路产生自激的条件十分类似。只不过负反应放大电路中如图2所示是由于信号频率达到了通频带的两端，产生了足够的附加相移，从而使负反应变成了正反应如图3所示。在振荡电路中加的就是正反应，振荡建立后只是一种频率的信号，无所谓附加相移。1产生自激振荡必须同时满足
6、两个条件：1幅度平衡条件|AF|=12相位平衡条件n=0,1,2,3其中，A指根本放大电路的增益开环增益，F指反应网络的反应系数同时起振必须满足|AF|略大于1的起振条件根本放大电路必须由多级放大电路构成，以实现很高的开环放大倍数，然而在多级放大电路的级间加负反应，信号的相位移动可能使负反应放大电路工作不稳定，产生自激振荡。负反应放大电路产生自激振荡的根本原因是A环路放大倍数附加相移.单级和两级放大电路是稳定的，而三级或三级以上的负反应放大电路，只要有一定的反应深度，就可能产生自激振荡，因为在低频段和高频段可以分别找出一个满足相移为180度的频率满足相位条件，此时如果满足幅值条件|AF|=1，
7、如此将产生自激振荡。因此对三级与三级以上的负反应放大电路，必须采用校正措施来破坏自激振荡，达到电路稳定工作目的。2检查电路是否稳定工作的方法方法一：根据AF的幅频和相频波特图来判断。设LAF=20lg|AF|(dB) 1当 =-180时(满足相位条件)：假如LAF0，如此电路稳定；假如LAF0 (满足幅度条件)，如此自激。2当|AF|=1，即LAF=0dB时(满足幅度条件)：假如|180，移相不足，不能自激；假如|180，满足相位条件，能自激。3LAF=0时的频率为f0,=180时的频率为f，当f0用上述三个判据中任何一个判断均可，需要注意的是，当反应网络为纯电阻时，反应系数F为实数，AF的波
8、特图与A的波特图成为相似形。为简便起见，通常只画出A的波特图进展研究。因为F为(或可求)，20lg(1/F)是一条水平线，它与A的幅频波特图相交于一点，这交点满足|A|=1/F，即|AF|=1(对应于20lg|AF|=0)，根据交点处的相位小于-180就能判断稳定与否。方法二：只根据幅频特性，无需相频特性的判别法。因为20lg|AF|=0时，=-180产生自激。幅度条件改写成：20lg|A|+20lg|F|=0。即：20lg|A|-20lg1/|F|=0，20lg|A|= 20lg1/|AF|20lg|Af|。因此，自激条件又可描述为，当=-180时，如果开环增益近似等于闭环增益将自激。而开环
9、增益的-20dB/dec段，对应于=-45- 135，-40dB/dec段对应于=-135- 225。所以在开环幅频特性的波特图上，直接画闭环增益曲线，并令两者相交，假如交于-20dB/dec段对电路稳定，交于-40dB/dec 段时，电路可能自激。3影响电路稳定性的主要因素1极点数越多越不稳定，单极点不会自激；两个极点的电路假如不考虑寄生参数的影响也不会自激，但寄生参量实际上是存在的，因此有可能产生自激；三个极点的电路可能产生自激。2极点频率越相互靠近，频率特性下降得就越快，就越容易产生自激。各极点重合时，稳定性最差。3负反应越深，越容易满足自激的幅度条件，电路越容易自激。4防止高频自激的原
10、如此1尽量采用单级或两级负反应。单级负反应肯定稳定，两级负反应即使不稳定也容易通过补偿消除自激。2各级放大电路的参数尽量分散，使极点拉开。3限制负反应深度，这是不得已的消极方法。无论采用哪种措施，其目的都是使开环频率特性穿过0dB时的斜率尽量为-20dB/dec，以保证电路可靠地工作。如果穿越 0dB 时的斜率为-40dB/dec，电路可能稳定，也可能不稳定，这主要看后面极点的影响与寄生参数的情况。即使稳定，相位裕度也很小。假如以-60dB/dec的斜率穿越0dB线，如此系统一定不稳定。因此说，消除自激的指导思想是：希望极点数少些，极点频率拉开些，-20dB/dec段长些。由上述条件可以知道，
11、反应越深，越容易产生自激振荡。根本放大电路中，单级和两级放大电路是稳定的，而三级或三级以上的负反应放大电路，只要有一定的反应深度，就可能产生自激振荡。5振荡的建立与稳定实际上，振荡不需要上述假设就可建立起来。接通电源的瞬间，总会有通电瞬间的电冲击、电干扰、晶体管的热噪声等，尽管这些噪声很微弱，也不是单一频率的正弦波，但却是由许多不同频率的正弦波叠加组合而成的。在不断放大反应选频放大反应选频的过程中，振荡就可以自行建立起来。这个过程可简述为：电干扰放大选频正反应放大选频正反应显然，建立过程中，每一次反应回来的信号都比前一次大。那么，振荡输出会不会无休止的增长呢？晶体管是一个非线性元件，只有在线性
12、区才会有放大作用。开始振荡时，信号较小，工作在线性区，正常值，正反应，使；当信号增大到进入非线性区时，输出信号产生削波失真，在信号的一个周期的局部时间内才有放大作用，平均放大量要减小，也随之下降，当降到时，输出和反应的振幅不再增长，振荡就稳定下来了。可见，稳幅的关键在于晶体管的非线性特性。所以：起振条件：稳定条件平衡条件：3自激振荡的应用自激振荡的原理可用于各种机械装置。如专利号为200510020748的汽油机自激振荡直流互激振荡交流点火电源。正弦波振荡器可用于函数信号发生器，输出信号可作为模拟电子电路的测试信号和控制信号。此外，正弦波振荡器还可应用于测量、遥控、通信、广播、自动控制、热处理
13、和超声波电焊、高频感应加热等加工设备之中。1RC振荡电路图3 RC振荡电路图3所示为RC振荡电路。该电路输出功率小、频率低。RC桥式正弦波振荡电路的主要特点是采用RC串并联网络作为选频和反应网络。因此我们必须先了解它的频率特性，然后再分析这种正弦振荡电路的工作原理。RC串并联网络如图4所示。RC串并联选频网络的选频特性：选出单一频率信号，用正反应信号作为输入信号。如图4所示电路的阻抗可定义为：，当时，与同相。此时只需满足输出信号与反应信号同相且即可满足电路产生稳定正弦振荡的条件。图4 RC串并联电路RC串并联网络幅频响应如图5所示。图5 RC串并联网络频率响应RC串并联网络相频响应如图6所示。
14、图6 RC串并联网络相频响应低频等效电路如图7所示。在电路中集成运放作为一个完整的器件来对待，集成运放主要用于频率不高的场合。图7低频等效电路RC串并联网络低频等效电路中的一个幅频响应如图8所示。图8 RC串并联网络频率效应RC串并联网络的相频响应如图9所示。图9 RC串并联网络相频效应高频等效电路如图10所示。图10高频等效电路高频等效电路中RC串并联网络响应如图12所示。它是高频等效电路中的一个幅频响应。图11 RC串并联网络频率效应高频等效电路中RC串并联网络高频等效电路的相频响应如图12所示。图12RC串并联网络相频效应RC串并联网络总体情况就是这些方面。为了讨论方便，假定输入电压V1
15、是正弦波信号电压，其频率可变，而幅值保持恒定。如频率足够低，此时，选频网络可近似地用RC高通电路表示。当频率足够高时，如此选频网络近似地RC低通电路来表示。由此可以推出，在某一确定频率下，其输出电压幅度可能有某一最大值；同时，相位角f从超前(趋于90到滞后(趋于-90的过程中，在某一频率f0下必有f=0。2LC振荡电路图13 LC振荡电路图13所示LC振荡电路：该电路具有输出功率小，频率低的特点。LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高，所以一般用别离元件组成放大电路。LC振荡电路，顾名思义就是用电感L和电容C组成的一个选频网络的振荡电路，这个振荡电路用来产生一种高频正弦波信号。常见的LC振荡电路有好多种，比如变压器反应式、电感三点式与电容三点式，它们的选频网络一般都采用LC并联谐振回路。这种振荡电路的辐射功率跟振荡频率的四次方成正比，如果要想让这种电路向外辐射足够大的电磁波的话，就必须提高其振荡频率，而且还必须是电路具备开放的形式。LC振荡电路之所以有振荡，是因为该电路通过运用电容跟电感的储能特性，使得电磁这两种能量在交替转化，简而言之，由于电能和磁能都有最大和最小
