04. 振荡器
本文最后更新于 2024年12月18日 上午
振荡器
巴克豪森稳定性准则
反馈放大器在提升增益的同时降低了放大器的稳定性,可以利用反馈放大器在高增益下低稳定性的特点制作振荡器,使得输入的直流信号能够被振荡从而产生交流信号。
振荡器电路的框图如下:
要形成稳定的振荡波形,反馈电路中不能有外源输入存在,或者说外源输入对其无影响,反馈电路中的输入只来源于噪声,根据反馈的
假设放大增益为
此外,反馈信号的相位和输入信号的相位相同,否则在叠加时产生的相移会使振荡不均匀。
因此,制造稳定振荡的两个条件:
对于反馈:
, : ,反馈信号的相位与放大电路输入信号的相位相同。- 对于正反馈放大器,其反馈信号的相位和输入信号的相位相同。
- 对于负反馈放大器,反馈信号的相位和输入信号的相位相差180°,因此需要人为添加相移器对相移进行复位。
这两个条件称为巴克豪森稳定性准则。满足这两个条件的反馈电路才可以产生稳定的正弦波。
文氏电桥振荡器
由于正反馈放大器可以带来振荡,负反馈放大器可以带来稳定性,文氏电桥振荡器结合了上述两种反馈放大器的优点,其电路如图所示:
文氏电桥振荡器的
正相输入端连接的是一个由RC组成的带通滤波器电路,与正相输入端构成振荡电路,产生振荡。
其中带通滤波器的电路如下图所示:
这个带通滤波器的作用是选择特定频率的信号传入正反馈放大器,从而产生振荡。
其频率响应特性曲线如下图所示:
可以发现,当信号频率为:
文氏电桥的输出与放大器的同相输入端相连,此时放大器可以看做是一个同相放大器。
通过数学计算
这一部分的数学推导:https://blog.csdn.net/weixin_43996900/article/details/106189102
同时放大器的反相输入端可视为一个反相放大器,以负反馈确保电路输出稳定。
相移振荡器
由于负反馈放大器本身可以满足
相移器
相移器通过高通滤波器的并联实现,根据高通滤波器的频率响应关系和相移公式可知,每个相移器的相移为:
当高通滤波器并联时,要使相移平均到高通滤波器,有如下公式:
同时,根据高通滤波器的相频响应图可知,二阶90°相移器的
松弛振荡器
其反相输入端可以看做是一个振荡电路,通过电容的充放电可以产生三角波,而同相输入端可以看做是一个同相放大器。
当所有电阻阻值、所有电容阻值都相等时,有电路的谐振频率: