自激振荡及其在电子电路中应用的研究

模拟电子技术基础1自激振荡及其在电子电路中应用的研究摘要：负反馈放大电路中可能会有自激振荡的出现，在某些时候，它对电路性能的质量和稳定性影响都较大，因此要对其进行抑制。在另外一些电路中，自激振荡被应用于发生正弦波。本文从自激振荡的产生原理入手，进而讨论其抑制方法及应用。关键词：自激振荡抑制正弦波振荡器一、自激振荡的含义如果在放大器的输入端不加输入信号，输出端仍有一定的幅值和频率的输出信号，这种现象叫做自激振荡。下面以常见的负反馈放大电路为例解释一下自激振荡。0iX如上图所示，若电路中没有耦合电容，旁路电容或半导体极间电容的存在，由于放大倍数为负，因此输出信号OX与输入信号iX相比有一相角为的相移。在没有输入信号时，因为某种电扰动，其中含有一频率为0f的信号能够使电路的附加相移''AF为(21)k时（k为整数），满足反馈信号与输入信号同相的条件。此时||OX将不断增大，由于半导体元件的非线性特性。电路最终达到了动态平衡（此时1AF），则称电路产生了自激振荡。当然，无论怎样改变电路，输出电压的最大值的绝对值不会超过直流电源CCV，因此若直流电源过小，可能产生失真的情况。由上述条件可以知道，反馈越深，越容易产生自激振荡。基本放大电路中，单级和两级放大电路是稳定的，而三级或三级以上的负反馈放大电路，只要有一定的反馈深度，就可能产生自激振荡。二、自激振荡的消除方法负反馈的引入是为了改善或稳定电路性能，自激振荡的存在对于想要正常放大信号的放大电路有着较大影响，因此需要消除自激振荡。相位补偿是自激振荡的主要消除方法，它分为有两种：一种为滞后补偿，一AFfXoX'iX模拟电子技术基础2种为超前补偿。这两中补偿方式的本质都是破坏产生自激振荡的条件，或使0f不存在，或使频率为0f时1AF。应当指出，常用的集成运放内部已经设置自激振荡的补偿网络，但出于集成运放性能的考虑，它并不能完全消振。因此，适当的外部补偿方式还是非常必要的。1.滞后补偿滞后补偿的主要思想是设法拉开开环幅频特性函数第一极点频率和第二极点频率之间的频率间隔,也就是加长开环增益函数幅频特性波特图以20/dB十倍频程速率下降的那一段宽度。根据不同的补偿方式和需要，分为以下三种：电容滞后补偿：这种补偿是在放大电路中时间常数最大的回路里并接电容，使回路的时间常数更大，对应的拐点频率变低。这种方法的优点是较为简单，但代价是频带变窄。RC滞后补偿：电容滞后补偿损失的带宽较大，这是电容两侧两级放大电路的Hf不同造成的，若将电容改为串联的RC，则可以通过调整RC的参数来保证两级放大电路的相同Hf，即从Hf开始，开环增益函数幅频特性波特图以40/dB十倍频程速率下降，损失的带宽减小。密勒效应补偿：密勒效应的定义为：反相放大电路中，输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端的电容值会扩大1k倍，其中k是该级放大电路电压放大倍数。这个定理的可以通过输入，输出阻抗的定义来证明。利用这个效应，可以在一级放大电路的输入端及输出端之间接一个小电容。这样利于集成电路的设计。2.超前补偿超前补偿是通过使放大电路增益为0dB时的相位超前来作用的。一般的反馈系统为纯电阻电路。若在反馈电路中加一电容，则可以使F的超前相移增大。三、正弦波振荡器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，只有频率为一特定值0f的正弦波才能够通过电路的正反馈系统（反馈系统本身可能为负反馈系统，但由于电容的存在，反馈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加入了稳幅环节，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，1AF。比较典型的正弦波振荡电路有文式电桥振荡器,LC正弦波振荡器，石英晶体正弦波振荡器等。按照频率的输出范围，可以分为两大类，一类为电阻电容组模拟电子技术基础3成的低频振荡器。另一类是由集总参数LC元件组成的高频振荡器，它的振荡频率在几十千赫到几百兆赫。如果频率更高，波长更短，则需要用分布参数系统组成超高频振荡器。下面以文式电桥为例介绍一下正弦波振荡器。RC正弦波振荡电路由阻抗的定义可知，2223OfjCRRjCURCjCRRjCjCRjCRURjC,当012ffRC时，OU与fU同相。3OfUU此时只需满足输出信号与反馈信号同相且1||3F即可满足电路产生稳定正弦振荡的条件。四、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、热处理和超声波电焊、高频感应加热等加工设备之中。参考文献【1】华成英童诗白模拟电子技术基础高等教育出版社2007.4【2】杨家树等电路与模拟电子技术中国电力出版社2006.8【3】乜国荃负反馈电路中的自激振荡和正弦波振荡青海师专学报(自然科学版)2002.5【4】闫稳、王梅、张桢一种高速运算放大器电路自激振荡机理分析与改善方法通信电源技术（TelecomPowerTechnology）2010.7RRCCOUfU