一. 阵线振荡电路的基本原理
在负反馈稳定性分析中,由于放大器的附加相移,以至在三级或在三级以上的负反馈放大电路中使负反馈变成了正反馈,显然破坏了一个原本性能得到改善的负反馈电路的基本的放大功能。如果设想到有一个具有选频特性的正反馈网络,则正是产生自激振荡的基本原理,所谓自激是指无需外加激励信号电路本身产生信号。
1.自激条件,见图8.1.1
δ当开关s→1,,反馈电压
δ若开关s→2 (忽略开关s的切换时间),且使,而替代原外加激励。只要满足
电路即可输出,产生自激振荡。
2. 振荡的建立和幅度的稳定
(1)建立:必须具有选频特性的正反馈放大器。
当电路电源启动瞬间和或有扰动或噪声使电路输入端有微笑的增量,相当于一个初始信号,经过放大→反馈→再放大→再反馈循环,振荡由小→大建立起来,尤其是其中特定ωo(由选频网络而定)的信号幅度最大。其它频率被衰减。前面提到的是振荡建立后平衡条件,而从微弱信号逐渐睁大,电路处于增幅,则也称为起振条件。另外要指出的是,刚起振时,信号幅度小,可用先行分析法求ωo及决定起振条件。
(2)稳定,靠非线性条件限制振荡幅度。实际上,当幅度足够后,再增大uo,将出现非线性失真(截止或饱和),此时au↓限制幅度继续增长,直至af=1最终达到平衡,获得稳幅振荡。
3. 电路组成:由上面分析可知,一个正弦振荡电路应具有四个功能的部分组成:放大电路,正反馈网络,选频网络,稳幅电路。
4. 正弦振荡器分类:按选频网络组件不同,可分为rc,lc,石英晶体正弦振荡电路。
二. rc阵线振荡器,适用于频率较低的场合(几hz~几十hz)
1. 移相式rc振荡器
(1) 构成框图见图8.1.2
用瞬时极性判定,输入端款开,加一信号,uo为-,uf为,下面看移相器
(2) 单极rc移相器 见图8.1.3
δ超前型
δ滞后型
超前型与滞后型单极rc移相器幅频相频特性见图8.1.4 为截止频率
δ说明:二种单极移相器最大可得相移,但此时反馈是,可见若要使,至少需三级或三级以上得移相器级联起来。
图8.1.4单极rc移相器频率特性
(a)、(c)超前型幅频、相频特性
(b)、(d)滞后型幅频、相频特性
(3) 移相式正弦振荡器由运放a作反相器和三级超前移相器构成
见图8.1.5
可以在闭环中任一点断开,比如p点,求其环路增益即可,根据目前断点: ,,,然后找关系式即可。
令虚部为0,分母实部≤1,即可满足
此电路适合振荡频率固定,精度要求不高的场合。
2. 桥式rc振荡器,频率可调性好,波形较好,构成框图如图8.1.6
图8.1.6桥式rc振荡器框图
在图8.1.6分割出rc串并联选频网络
(1)rc串并联选频网络
对于,当ω从0→∞,可从图8.1.4 (a)、(b)中可见
从0→1,然后随ω上升又从1下降到0,可见在某一频率可达
对于,当ω从0上升到∞,可从图8.1.4 (c)、(d)中可见
从→0→,可见必有某一频率使
δ. 定量计算
其中
当时,,,图8.1.7 rc串并联选频网络频率特性充分显示了前面的定性分析
(2)文氏电桥振荡器典型电路组成 图8.1.9
a. 放大器t1、t2,b. 其功能是从微弱的扰动(初始信号)放大,c. 建立和维持振荡
d. 选频网络:rc串并联网络,e. 为了从干扰和噪声这种频率极宽的扰动信号中产生单一f0,f. 选频网络是必须的,g. 它能选出f0,h. 使之足够强,i. 衰减偏离f0,j. 即不k. 需要的频率分量
l. 正反馈,m. 为了满足建立和维持振荡的相位条件,n. 正反馈连接是必须确保的,o. 见红色连线
p. 稳幅环节:rt(负温度系数)与re1,q. 其功能:δ使auf稳定,r. auf≥3时,s. δ深度负反馈展宽了t1,t. t2的通频带,u. 可适应宽的振荡频率输出的要求,v. 且对非线性失真的改善使波形变好 δ电压串联负反馈使放大器rif↑,w. rof↓,x. 最大抢渡减弱了其对选频网络f0的影响,同y. 时低的rof有利于提高电路带负载的能力 δ特别要指z. 出的是,aa. 它能保证振荡由建立到稳定,bb. 即从起振时到稳定时。
rt具有负温度系数,当一开机t↓,rt↑负反馈弱,使电路易于起振,当起振后t↑rt↓使负反馈相比起振时强,以至在f0处f+≥f-,达到即稳幅振荡。
★rc串并联电路与负反馈rt,re支路正好构成电桥的桥臂,其名由此而来。起振时,(正反馈>负反馈)。振荡建立后,电桥达到平衡,即ubg(电桥的输出电压)=0,即无输入也有输出的自激过程。