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反馈振荡器的原理

发布时间:2011/12/21 10:15:14 访问次数:1753

      反馈振荡器的操作过程是基于正反馈原理。在这一节,我们将检视这一个观念,并注意振荡发生时所需要的一般条件。反馈振荡器广泛地用来产生正弦波波形。
    在学完本节后,我们应该能够:参与讨论反馈振荡器的主要原理;解释正反馈的意义;说明振荡的条件;参与讨论振荡的启动条件( start-up conditions)。
    1.正反馈
    正反馈(positive feedback)的特征为放大器的部分输出电压,在没有净相位移动的条件下,同相地反馈到输入端,使输出信号产生增强的作用。基本的概念如图16.3所示。我们可以看出,同相位的反馈电压Vf被放大形成输出电压,此输出电压又回过来形成反馈电压。也就是说,这样做可以建立一个回路,使得信号得以自行维持下去,因而产生连续的正弦波输出。这样的现象称为振荡(oscillation)。

                  
    2.振荡祭件
    如图16.4所示,要维持振荡状态,需要满足两个条件:

                
    (1)反馈回路的相移实质上必须为0
    (2)封闭反馈回路的电压增益(回路增益)Ac1必须等于1(单位增益)。
    具有封闭反馈回路的电压增益Ac1,为放大器增益Av和反馈电路衰减率B的乘积。                   Ac1=AvB
    如果期望的输出波形是正弦波,而回路增益若大于1,则电路将在波形的峰值附近,使输出很快地达到饱和,结果造成令人无法接受的波形失真。为了避免这种情况,一旦开始振荡,必须要有一些控制增益的方法,以便维持回路增益为1。举例来说,如果反馈电路的衰减为0.01,则放大器的增益必须恰好等于100,以便克服这项衰减,这样才不会造成令人无法接受的波形失真(0.01×100=1.0)。增益大于100的放大器,将会对振荡器的输出波峰产生限位的现象。
   3.启动的条件
    到目前为止,我们已经知道要使振荡器产生连续正弦波输出,需要什么条件。现在让我们进一步看一下当直流电源电压开启时,要使振荡启动所需的条件。如同我们所知道的,必须满足单位增益的条件才能使振荡持续下去。但要使振荡启动,正反馈回路的电压增益必须大于1,使输出电压的振幅能到达所需要的电位。然后增益就必须减少到l,这样输出电压才可以维持在所需要的电位,并使振荡现象持续下去。在启动之后使放大器增益减少的方法,将在本章后面的章节进行介绍。启动及维持振荡所需的电压增益条件,如图16.5所示。

             
    一般来说,我们会问一个问题:如果振荡器最初是关闭的,而且没有输出电压,则反馈信号如何开始正反馈的强化过程?最初在电阻或其他元件申由热所产生的宽频噪声,或是因为电源开启产生的瞬时现象,将产生一个小的正反馈电压。Q003反馈电路只允许频率等于所选择振荡频率的电压,以同相位的方式出现在放大器的输入端。如同前面所讨论一样,这一个最初的反馈电压经过放大,并持续地强化,最后产生所需要的输出电压。

  

      反馈振荡器的操作过程是基于正反馈原理。在这一节,我们将检视这一个观念,并注意振荡发生时所需要的一般条件。反馈振荡器广泛地用来产生正弦波波形。
    在学完本节后,我们应该能够:参与讨论反馈振荡器的主要原理;解释正反馈的意义;说明振荡的条件;参与讨论振荡的启动条件( start-up conditions)。
    1.正反馈
    正反馈(positive feedback)的特征为放大器的部分输出电压,在没有净相位移动的条件下,同相地反馈到输入端,使输出信号产生增强的作用。基本的概念如图16.3所示。我们可以看出,同相位的反馈电压Vf被放大形成输出电压,此输出电压又回过来形成反馈电压。也就是说,这样做可以建立一个回路,使得信号得以自行维持下去,因而产生连续的正弦波输出。这样的现象称为振荡(oscillation)。

                  
    2.振荡祭件
    如图16.4所示,要维持振荡状态,需要满足两个条件:

                
    (1)反馈回路的相移实质上必须为0
    (2)封闭反馈回路的电压增益(回路增益)Ac1必须等于1(单位增益)。
    具有封闭反馈回路的电压增益Ac1,为放大器增益Av和反馈电路衰减率B的乘积。                   Ac1=AvB
    如果期望的输出波形是正弦波,而回路增益若大于1,则电路将在波形的峰值附近,使输出很快地达到饱和,结果造成令人无法接受的波形失真。为了避免这种情况,一旦开始振荡,必须要有一些控制增益的方法,以便维持回路增益为1。举例来说,如果反馈电路的衰减为0.01,则放大器的增益必须恰好等于100,以便克服这项衰减,这样才不会造成令人无法接受的波形失真(0.01×100=1.0)。增益大于100的放大器,将会对振荡器的输出波峰产生限位的现象。
   3.启动的条件
    到目前为止,我们已经知道要使振荡器产生连续正弦波输出,需要什么条件。现在让我们进一步看一下当直流电源电压开启时,要使振荡启动所需的条件。如同我们所知道的,必须满足单位增益的条件才能使振荡持续下去。但要使振荡启动,正反馈回路的电压增益必须大于1,使输出电压的振幅能到达所需要的电位。然后增益就必须减少到l,这样输出电压才可以维持在所需要的电位,并使振荡现象持续下去。在启动之后使放大器增益减少的方法,将在本章后面的章节进行介绍。启动及维持振荡所需的电压增益条件,如图16.5所示。

             
    一般来说,我们会问一个问题:如果振荡器最初是关闭的,而且没有输出电压,则反馈信号如何开始正反馈的强化过程?最初在电阻或其他元件申由热所产生的宽频噪声,或是因为电源开启产生的瞬时现象,将产生一个小的正反馈电压。Q003反馈电路只允许频率等于所选择振荡频率的电压,以同相位的方式出现在放大器的输入端。如同前面所讨论一样,这一个最初的反馈电压经过放大,并持续地强化,最后产生所需要的输出电压。

  

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