負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生原因及消除和維持方法探究

1、模電研究報(bào)告課題：負(fù)反饋放大電路自激振蕩產(chǎn)生原因及消除與維持方法探究班級(jí)：機(jī)械1507任課老師：李曦姓名： 文祥學(xué)號(hào) ：U201510727自激振蕩在百度上面的解釋為：自激震蕩是指不外加激勵(lì)信號(hào)而自行產(chǎn)生的恒穩(wěn)和持續(xù)的振蕩。從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)，它是一種出現(xiàn)于某些非線性系統(tǒng)中的一種自由振蕩。一個(gè)典型例子是范達(dá)波爾(Van der Pol)方程所描述的系統(tǒng)，方程形式為 mx¨-f(1-x2)x·-kx=0 (m>0， f>0， k>0)。 其中x·和x¨為變量x的一階和二階

2、導(dǎo)數(shù)。分析表明:當(dāng)x的值很小時(shí)，阻尼f是負(fù)的，因而運(yùn)動(dòng)發(fā)散;當(dāng)x的值很大時(shí)，阻尼f是正的，因而運(yùn)動(dòng)衰減。所以，不管由什么初始條件出發(fā)，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)都趨向于一個(gè)持續(xù)振蕩，即自激振蕩。負(fù)反饋?zhàn)约ふ袷幨侵冈趯?shí)際負(fù)反饋放大電路的應(yīng)用中，特別是多級(jí)負(fù)反饋放大電路，在放大電路的輸出信號(hào)中常能觀察到完全不同于輸入信號(hào)頻率的信號(hào)，有時(shí)甚至在沒(méi)有加輸入信號(hào)也能在輸出端觀察到具有一定頻率和幅值得輸出信號(hào)。電路在無(wú)外加輸入信號(hào)時(shí)，仍會(huì)有一定頻率和幅度的輸出電壓。在一定條件下，電路會(huì)將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?。振蕩電路工作時(shí)不需外界輸入信號(hào)，其本質(zhì)是電路將輸出信號(hào)的全部或一部分通過(guò)一定的方式送回到輸入端代替輸入信號(hào)，從而形

3、成電路的工作循環(huán)過(guò)程，其產(chǎn)生過(guò)程如圖 1 所示。A為放大電路的放大系數(shù)，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)圖 1 自激振蕩現(xiàn)象的產(chǎn)生過(guò)程 產(chǎn)生自激振蕩必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件： 1、幅度平衡條件|AF|=1 2、相位平衡條件A+F=2n（n=0,1,2,3···） 除此之外起振必須滿足|AF|略大于1的起振條件，基本放大電路必須由多級(jí)放大電路構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)很高的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)，然而在多級(jí)放大電路的級(jí)間加負(fù)反饋，信號(hào)的相位移動(dòng)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AF（環(huán)路放大倍數(shù)）附加相移。單級(jí)和兩級(jí)放大電路是穩(wěn)定的，而三級(jí)或三級(jí)以上的負(fù)

4、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?yàn)樵诘皖l段和高頻段可以分別找出一個(gè)滿足相移為180度的頻率（滿足相位條件），此時(shí)如果滿足幅值條件|AF|=1，則將產(chǎn)生自激振蕩。因此對(duì)三級(jí)及三級(jí)以上的負(fù)反饋放大電路，必須采用校正措施來(lái)破壞自激振蕩，達(dá)到電路穩(wěn)定工作目的。 消除自激振蕩要從自激振蕩產(chǎn)生的兩個(gè)條件入手，即破壞自激振蕩的幅值條件和相位條件。只要設(shè)法破壞其中的一個(gè)條件, 電路就可以穩(wěn)定地工作。法一：電容校正。這種補(bǔ)償是在放大電路中時(shí)間常數(shù)最大的回路里并接電C使它的時(shí)間常數(shù)更大(即對(duì)應(yīng)的拐點(diǎn)頻率變低)。使高頻放大倍數(shù)下降更多,以致在 相移180,幅值下降到0以下，這種方法較簡(jiǎn)單，

5、但C的容量要求較大。使得放大電路的頻帶變窄了。對(duì)反映快速變化不利。如下圖。圖二：電容滯后補(bǔ)償電路法二：RC滯后補(bǔ)償。思想是設(shè)法在A的表達(dá)電容滯后補(bǔ)償電路式的分子中引人 一個(gè)零點(diǎn),與其分母中的一個(gè)極點(diǎn)相消,從而使頻帶盡量展寬一些。如圖所示。選擇適當(dāng)?shù)腞C值,使零點(diǎn)與次極點(diǎn)f²相同,可消去含次極點(diǎn)的因式,代替次極點(diǎn) f²的就是比它大的f³,這樣使帶寬有所改善。圖三：RC滯后補(bǔ)償電路法三：超前補(bǔ)償法。補(bǔ)償?shù)乃枷胧窃O(shè)法將0的相位向前移(超前),使它不滿足180的條件,如圖4所示。即在Rf兩端并接補(bǔ)償電容C。F的相頻特性具有超前的性質(zhì)，最大超前相位為90,如果AF的相頻特性

6、中0點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的相移處于臨界狀態(tài)(180左 右),則可選擇合適的值改變0點(diǎn)的相移,使電路穩(wěn)定。圖四：超前補(bǔ)償電路事物都具有兩面性，自激振蕩其實(shí)在生活中的應(yīng)用其實(shí)也并不少見(jiàn)。電子定時(shí)器振蕩源，信號(hào)發(fā)生器的振蕩源，無(wú)線信號(hào)的傳輸振蕩源，計(jì)算機(jī)上振蕩源等等。所有開(kāi)關(guān)電源的振蕩電路。所以如何讓自激振蕩電路保持穩(wěn)定的震蕩也是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。頻率穩(wěn)定度是衡量自激振蕩穩(wěn)定性的重要質(zhì)量指標(biāo)，如果這個(gè)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，自激振蕩的實(shí)際應(yīng)用中就會(huì)產(chǎn)生一系列問(wèn)題。在常見(jiàn)的自激振蕩電路中，石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度較高，其數(shù)量級(jí)可達(dá)到108 1010石英晶體頻率穩(wěn)定度高的原因由:一是石英晶體的物理化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，

7、其等效諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性（諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性指外界因素變化時(shí)它保持固有諧振頻率不變的能力）較強(qiáng)；二是它具有正、反壓電效應(yīng),而且在諧振頻率附近等效參數(shù)電感L很大電容C很小內(nèi)阻r也不高因此其Q值能達(dá)到數(shù)百萬(wàn)量級(jí)；三是它在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻率附近,呈現(xiàn)極陡峭的電抗特性曲線，因此對(duì)頻率的補(bǔ)償能力超強(qiáng)。結(jié)合石英晶體的特點(diǎn)以及電路的結(jié)構(gòu)特性，可采取如下措施要提高自激振蕩電路的頻率穩(wěn)定度.1. 減少外界因素的影響。引起振蕩頻率不穩(wěn)定的外界因素包括溫度、電源電壓、大氣壓力、空氣濕度、磁場(chǎng)、電場(chǎng)及負(fù)載阻抗變化等，因此可采用以下方法對(duì)振蕩器進(jìn)行穩(wěn)頻。（1）為了減小溫度變化對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響，可將振蕩器放置在恒溫箱中，保持溫度恒定。（2）為了減小電源電壓波動(dòng)對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響，可對(duì)振蕩器電源采取必要的穩(wěn)壓措施。（3）為了減小負(fù)載的影響，應(yīng)減小負(fù)載對(duì)