【文章內(nèi)容簡介】 放大管輸出電流波形的嚴重失真。所以當要求輸出波形非線性失真很小時，應使 A0F 的值稍大于 1。 穩(wěn)定條件 當振蕩器受到外部因素的擾動（如電源電壓波動、 溫度變化、噪聲干擾等），將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化破壞原來的平衡狀態(tài)。如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài)，從而導致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài)，則表明原來的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。反之，如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點的趨勢，并且在原平衡點附近建立新的平衡狀態(tài)， 則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。 ．振幅穩(wěn)定條件 在平衡條件的討論中我們曾經(jīng)指出，放大倍數(shù)是振幅 Uom的非線性函數(shù)，且起振時，電壓增益為 A0，隨著 Uom 的增大， A 逐漸減小。反饋系數(shù)則僅取決于外電路參數(shù)，一般由線性元件組成，所以反饋系數(shù) F（或 1/F）為一常數(shù)。為了說明振幅穩(wěn)定條件的物理概念，在圖（ a）中分別畫出反饋型振蕩器的放大器電壓增益 A 和反饋系數(shù)的倒數(shù) 1/F 隨振幅 Uom 的關(guān)系。圖 （ a）中， Q 點就是振 蕩器的振幅平衡點，因為在這個點上， A=1/F，即滿足 AF=1的平衡條件。那么這一點是不是穩(wěn)定的平衡點呢？那就要看在此點附近振幅發(fā)生變化時，是否具有自動恢復到原平衡狀態(tài)的能力。 假定由于某種因素使振幅增大超過了 UomQ，由圖可見此時 A1/F，即出現(xiàn) AF1 的情況，于是振幅就自動衰減而回到 UomQ。反之由于某種因素使振幅小于 UomQ，此時 A1/F，即出現(xiàn) AF1 的情況，于是振幅就自動增大，從而又而回到 UomQ。因此 Q 點是穩(wěn)定平衡點。 Q點是穩(wěn)定平衡點的原因是，在 Q 點附近， A 隨 Uom 的變化特性具有負的斜率，即 0???? QUUom omomUA （ 114） 式（ 114）就是振幅穩(wěn)定條件。 并非所有的平衡點都是穩(wěn)定的。如果振蕩管的靜態(tài)工作點取得太低，而且反饋系數(shù) F又 較小時，可能會出現(xiàn)圖 （ b）的另一種振蕩特性。這時 A 隨 Uom 的變化特性不是單調(diào)下降，而是先隨 Uom 的增大而上升，達到最大值后，又 Uom的增大而下降。因此，它與 1/F線可能出現(xiàn)兩個平衡點 Q 點和 B 點。其中平衡點 Q 滿足振幅穩(wěn)定條件，而平衡點 B 不滿足穩(wěn)定條件，因為當振蕩幅度稍大于 UomB 時， 則 A1/F，即 AF1，成為增幅振蕩，振幅越來越大。而當振蕩幅度稍低于 UomB 時，則 AF1，成為減幅振蕩，振幅越來越小，直到停振為止。這種振蕩器不能自行起振，除非在起振時外加一個較大的激勵信號，使振幅超過 B 點，電路才能自動進入 Q 點。像這樣要預先外加一個一定幅度的信號才能起振的特性稱為硬自Uom O A F1A0 Q UomQ Uom O A F1A0 Q UomQ UomB B (a) 軟自激的振蕩特性 (b) 硬自激的振蕩特性 圖 自激振蕩的振蕩特性 9 激。對于圖 （ a）所示無需外加激勵就能起振的特性稱為軟自激。一般情況下都是使振蕩電路工作于軟自激狀態(tài)，通常應當避免硬自激。 相位平衡的穩(wěn)定條件 相位平衡的穩(wěn)定條件是指相位平衡條件遭到破壞時，電路本身能重新 建立起相位平衡點的條件。 由于振蕩的角頻率就是相位的變化率，即 dtd??? ，所以當振蕩器的相位變化時，頻率也必然發(fā)生變化。因此相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實質(zhì)上是一回事。 圖 所示以角頻率為橫坐標，選頻網(wǎng)絡的相移 Z? 為縱坐標，對應某一 Q 值的并聯(lián)諧振回路的相頻特性曲線。在相位平衡時，根據(jù)式（ 111）有 YFFYZ ???? ????? )( （取 n=0） （ 115） 為了表示出平衡點 ，將縱坐標也用與 Z? 等值的 YF?? 來標度。由圖可知，如果振蕩電路中0?YF? ，則只有 0?Z? 才能使式 （ 115）成立，這就是說振蕩電路在并聯(lián)諧振回路的固有諧振頻率上滿足了相位平衡條件而產(chǎn)生振蕩。在一般情況下， 0?YF? ，為了滿足相位平衡條件，諧振回路必須提供數(shù)值相同但異號的相移。這時，在圖中振蕩頻率 c? 處滿足相位平衡條件，那么 在 c? 處是否是穩(wěn)定的呢？下面進行分析。 若由于外界某種因素使振蕩器相位發(fā)生了變化，例如由 YF? 增大到 YF?? ，即產(chǎn)生了一個增量 YF?? ，從而破壞了原來工作于 c? 時的平衡條件。由于 0?? YF? ，且 dtd??? ，故引起振蕩頻 率的不斷增加。振蕩頻率的增加，必然使得并聯(lián)諧振回路的相移 Z? 減小，即引入 Z??? 的變化。當變化到 YFZ ?? ???? 時，則振蕩器在 c?? 的頻率上再一次達到平衡。但是新的穩(wěn)定平衡點 ccc ??? ???? 畢竟還是偏離原來的平衡點。顯然，這是為了抵消YF?? 的存在必然出現(xiàn)的現(xiàn)象。反之，若外界因素去掉后，相當于在 YF?? 的基礎(chǔ)上 引入了一個 YF??? 增量，調(diào)整過程與上述過程相反，則可返回原振蕩頻率 c? 的狀態(tài)。 具備這樣的調(diào)整過程是由并聯(lián)諧振回路的相頻特性的斜率為負所決定的，即 0??? ?c???? （ 116） 式（ 116）就是振蕩器的相位穩(wěn)定條件。需要指出的是，在實際電路中，由于 Y? 和 F?都很小，所以可 以認為振蕩頻率主要由并聯(lián)諧振回路的諧振頻率所決定。另外由于并聯(lián)諧振回路的相頻特性正好具有負的斜率，所以說， LC 并聯(lián)諧振回路不但是決定振蕩頻率的主要角色，而且是穩(wěn)定振蕩頻率的機構(gòu)。 圖 并聯(lián)諧振回路的相頻特性 Z?YF?YF?YF??YF??0? c? c??c?? ? 10 振蕩器的頻率穩(wěn)定度 頻率準確度和頻率穩(wěn)定度 一個振蕩器除了它的輸出信號要滿足一定的幅度和頻率外，還必須保證輸出信號的幅度和頻率的穩(wěn)定，而頻率穩(wěn)定度更為重要。 評價振蕩器頻率的主要指標有兩個，即準確度和穩(wěn)定度。 所謂頻率準確度是指振蕩器實際工作頻率 f 與標稱頻率 f0 之間的偏差，即 0fff ??? (21) 為了合理評價不同標稱頻率下振蕩器的頻率偏差，頻率準確度也常用其相對值來表示，即 000 fffff ??? (22) 頻率穩(wěn)定度通常定義為在一定時間間隔內(nèi)，振蕩器頻率的相對偏差的最大值。用公式表示為 頻率穩(wěn)定度 =Δfmax / f0｜ 時間間隔 按照時間間隔長短不同，通常可分為下面三種頻率穩(wěn)定度。 長期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以上乃至幾個月內(nèi)振蕩頻率的相對變化量。這種變化量主要取決于有源器件、電路元件的老化特性。 短期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以內(nèi)振蕩頻率的相對變化量，它主要與溫度、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定因素有關(guān)。 瞬時頻率穩(wěn)定度：一般指秒或毫秒內(nèi)振蕩頻率的相對變化量。這種頻率變化一般都具有隨機性質(zhì)并伴隨著相位的隨機變化，這些變化均由設(shè)備內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性干擾所引起。 以上三種頻率穩(wěn)定度的劃分并沒有嚴格的界限，但這種大致的區(qū)分還 是有一定實際意義的。因為人們更多的是注意短期頻率穩(wěn)定度的提高問題，所以通常所講的頻率穩(wěn)定度，一般是指短期頻率穩(wěn)定度。 提高頻率穩(wěn)定度的措施 由前面分析可知， LC 振蕩器振蕩頻率主要取決于諧振回路的參數(shù)，也與其它電路元器件參數(shù)有關(guān)。因此，任何能夠引起這些參數(shù)變化的因素，都將導致振蕩頻率的不穩(wěn)定。這些因素有外界的和電路本身的兩個方面。其中，外界因素包括：溫度變化、電源電壓變化、負載阻抗變化、機械振動、濕度和氣壓的變化、外界磁場感應等。這些外界因素的影響，一是改變振蕩回路元件參數(shù)和品質(zhì)因數(shù)；二是改變 晶體管及其它電路元件參數(shù)，而使振蕩頻率發(fā)生變化的。因此要提高振蕩頻率的穩(wěn)外界因素定度可以從兩方面入手：一是盡可能減小外界因素的變化；二是盡可能提高振蕩電路本身抵御外界因素變化影響的能力。 1． 減小外界因素的變化 減小外界因素變化的措施很多，例如為了減小溫度變化對振蕩頻率的影響，可將整個振蕩器或諧振回路置于恒溫槽內(nèi)，以保持溫度的恒定；采用高穩(wěn)定度直流穩(wěn)壓源來減小電源電壓的波動而帶來晶體管工作點電壓、電流發(fā)生的變化；采用金屬屏蔽罩減小外界磁場的變化而引起電感量的變化；采用減震器可減小由于機械振動而引起電感、 電容值的變化；采用密封工藝來減小大氣壓力和濕度變化而帶來電容器介電系數(shù)的變化；在負載和振蕩器之間加一級射極跟隨器作為緩沖可減小負載的變化等。 11 2． 提高諧振回路的標準性 所謂諧振回路的標準性是指諧