【文章內(nèi)容簡介】 放大管輸出電流波形的嚴(yán)重失真。所以當(dāng)要求輸出波形非線性失真很小時(shí)，應(yīng)使 A0F 的值稍大于 1。 穩(wěn)定條件 當(dāng)振蕩器受到外部因素的擾動(dòng)（如電源電壓波動(dòng)、 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(dǎo)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(diǎn)的趨勢(shì)，并且在原平衡點(diǎn)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?cè)?jīng)指出，放大倍數(shù)是振幅 Uom的非線性函數(shù)，且起振時(shí)，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(diǎn)就是振 蕩器的振幅平衡點(diǎn)，因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn)上， A=1/F，即滿足 AF=1的平衡條件。那么這一點(diǎn)是不是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)呢？那就要看在此點(diǎn)附近振幅發(fā)生變化時(shí)，是否具有自動(dòng)恢復(fù)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(shí) A1/F，即出現(xiàn) AF1 的情況，于是振幅就自動(dòng)衰減而回到 UomQ。反之由于某種因素使振幅小于 UomQ，此時(shí) A1/F，即出現(xiàn) AF1 的情況，于是振幅就自動(dòng)增大，從而又而回到 UomQ。因此 Q 點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 Q點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)的原因是，在 Q 點(diǎn)附近， A 隨 Uom 的變化特性具有負(fù)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(diǎn)都是穩(wěn)定的。如果振蕩管的靜態(tài)工作點(diǎn)取得太低，而且反饋系數(shù) F又 較小時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)圖 （ b）的另一種振蕩特性。這時(shí) 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(dá)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(gè)平衡點(diǎn) Q 點(diǎn)和 B 點(diǎn)。其中平衡點(diǎn) Q 滿足振幅穩(wěn)定條件，而平衡點(diǎn) B 不滿足穩(wěn)定條件，因?yàn)楫?dāng)振蕩幅度稍大于 UomB 時(shí)， 則 A1/F，即 AF1，成為增幅振蕩，振幅越來越大。而當(dāng)振蕩幅度稍低于 UomB 時(shí)，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(shí)外加一個(gè)較大的激勵(lì)信號(hào)，使振幅超過 B 點(diǎn)，電路才能自動(dòng)進(jìn)入 Q 點(diǎn)。像這樣要預(yù)先外加一個(gè)一定幅度的信號(hào)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(duì)于圖 （ a）所示無需外加激勵(lì)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(yīng)當(dāng)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(shí)，電路本身能重新 建立起相位平衡點(diǎn)的條件。 由于振蕩的角頻率就是相位的變化率，即 dtd??? ，所以當(dāng)振蕩器的相位變化時(shí)，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(shí)質(zhì)上是一回事。 圖 所示以角頻率為橫坐標(biāo)，選頻網(wǎng)絡(luò)的相移 Z? 為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)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(shí)，根據(jù)式（ 111）有 YFFYZ ???? ????? )( （取 n=0） （ 115） 為了表示出平衡點(diǎn) ，將縱坐標(biāo)也用與 Z? 等值的 YF?? 來標(biāo)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(hào)的相移。這時(shí)，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(jìn)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(gè)增量 YF?? ，從而破壞了原來工作于 c? 時(shí)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(dāng)變化到 YFZ ?? ???? 時(shí)，則振蕩器在 c?? 的頻率上再一次達(dá)到平衡。但是新的穩(wěn)定平衡點(diǎn) ccc ??? ???? 畢竟還是偏離原來的平衡點(diǎn)。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(dāng)于在 YF?? 的基礎(chǔ)上 引入了一個(gè) 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(fù)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(shí)際電路中，由于 Y? 和 F?都很小，所以可 以認(rèn)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(fù)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(jī)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(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度 一個(gè)振蕩器除了它的輸出信號(hào)要滿足一定的幅度和頻率外，還必須保證輸出信號(hào)的幅度和頻率的穩(wěn)定，而頻率穩(wěn)定度更為重要。 評(píng)價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)有兩個(gè)，即準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。 所謂頻率準(zhǔn)確度是指振蕩器實(shí)際工作頻率 f 與標(biāo)稱頻率 f0 之間的偏差，即 0fff ??? (21) 為了合理評(píng)價(jià)不同標(biāo)稱頻率下振蕩器的頻率偏差，頻率準(zhǔn)確度也常用其相對(duì)值來表示，即 000 fffff ??? (22) 頻率穩(wěn)定度通常定義為在一定時(shí)間間隔內(nèi)，振蕩器頻率的相對(duì)偏差的最大值。用公式表示為 頻率穩(wěn)定度 =Δfmax / f0｜ 時(shí)間間隔 按照時(shí)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(gè)月內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)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(duì)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(shí)頻率穩(wěn)定度：一般指秒或毫秒內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化量。這種頻率變化一般都具有隨機(jī)性質(zhì)并伴隨著相位的隨機(jī)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(yán)格的界限，但這種大致的區(qū)分還 是有一定實(shí)際意義的。因?yàn)槿藗兏嗟氖亲⒁舛唐陬l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(dǎo)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(gè)方面。其中，外界因素包括：溫度變化、電源電壓變化、負(fù)載阻抗變化、機(jī)械振動(dòng)、濕度和氣壓的變化、外界磁場(chǎng)感應(yīng)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(duì)振蕩頻率的影響，可將整個(gè)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(dòng)而帶來晶體管工作點(diǎn)電壓、電流發(fā)生的變化；采用金屬屏蔽罩減小外界磁場(chǎng)的變化而引起電感量的變化；采用減震器可減小由于機(jī)械振動(dòng)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(fù)載和振蕩器之間加一級(jí)射極跟隨器作為緩沖可減小負(fù)載的變化等。 11 2． 提高諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性 所謂諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指諧