负反馈放大电路自激振荡产生原因及消除和维持方法探究

1、模电研究报告课题：负反馈放大电路自激振荡产生原因及消除与维持方法探究班级：机械1507任课老师：李曦姓名： 文祥学号 ：U201510727自激振荡在百度上面的解释为：自激震荡是指不外加激励信号而自行产生的恒稳和持续的振荡。从数学的角度出发，它是一种出现于某些非线性系统中的一种自由振荡。一个典型例子是范达波尔(Van der Pol)方程所描述的系统，方程形式为 mx¨-f(1-x2)x·-kx=0 (m>0， f>0， k>0)。 其中x·和x¨为变量x的一阶和二阶

2、导数。分析表明:当x的值很小时，阻尼f是负的，因而运动发散;当x的值很大时，阻尼f是正的，因而运动衰减。所以，不管由什么初始条件出发，系统运动都趋向于一个持续振荡，即自激振荡。负反馈自激振荡是指在实际负反馈放大电路的应用中，特别是多级负反馈放大电路，在放大电路的输出信号中常能观察到完全不同于输入信号频率的信号，有时甚至在没有加输入信号也能在输出端观察到具有一定频率和幅值得输出信号。电路在无外加输入信号时，仍会有一定频率和幅度的输出电压。在一定条件下，电路会将直流电能转变为交流电能。振荡电路工作时不需外界输入信号，其本质是电路将输出信号的全部或一部分通过一定的方式送回到输入端代替输入信号，从而形

3、成电路的工作循环过程，其产生过程如图 1 所示。A为放大电路的放大系数，F为反馈网络的反馈系数图 1 自激振荡现象的产生过程 产生自激振荡必须同时满足两个条件： 1、幅度平衡条件|AF|=1 2、相位平衡条件A+F=2n（n=0,1,2,3···） 除此之外起振必须满足|AF|略大于1的起振条件，基本放大电路必须由多级放大电路构成，以实现很高的开环放大倍数，然而在多级放大电路的级间加负反馈，信号的相位移动可能使负反馈放大电路工作不稳定，产生自激振荡。负反馈放大电路产生自激振荡的根本原因是AF（环路放大倍数）附加相移。单级和两级放大电路是稳定的，而三级或三级以上的负

4、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，因为在低频段和高频段可以分别找出一个满足相移为180度的频率（满足相位条件），此时如果满足幅值条件|AF|=1，则将产生自激振荡。因此对三级及三级以上的负反馈放大电路，必须采用校正措施来破坏自激振荡，达到电路稳定工作目的。 消除自激振荡要从自激振荡产生的两个条件入手，即破坏自激振荡的幅值条件和相位条件。只要设法破坏其中的一个条件, 电路就可以稳定地工作。法一：电容校正。这种补偿是在放大电路中时间常数最大的回路里并接电C使它的时间常数更大(即对应的拐点频率变低)。使高频放大倍数下降更多,以致在 相移180,幅值下降到0以下，这种方法较简单，

5、但C的容量要求较大。使得放大电路的频带变窄了。对反映快速变化不利。如下图。图二：电容滞后补偿电路法二：RC滞后补偿。思想是设法在A的表达电容滞后补偿电路式的分子中引人 一个零点,与其分母中的一个极点相消,从而使频带尽量展宽一些。如图所示。选择适当的RC值,使零点与次极点f²相同,可消去含次极点的因式,代替次极点 f²的就是比它大的f³,这样使带宽有所改善。图三：RC滞后补偿电路法三：超前补偿法。补偿的思想是设法将0的相位向前移(超前),使它不满足180的条件,如图4所示。即在Rf两端并接补偿电容C。F的相频特性具有超前的性质，最大超前相位为90,如果AF的相频特性

6、中0点所对应的相移处于临界状态(180左 右),则可选择合适的值改变0点的相移,使电路稳定。图四：超前补偿电路事物都具有两面性，自激振荡其实在生活中的应用其实也并不少见。电子定时器振荡源，信号发生器的振荡源，无线信号的传输振荡源，计算机上振荡源等等。所有开关电源的振荡电路。所以如何让自激振荡电路保持稳定的震荡也是一个值得研究的问题。频率稳定度是衡量自激振荡稳定性的重要质量指标，如果这个指标达不到标准要求，自激振荡的实际应用中就会产生一系列问题。在常见的自激振荡电路中，石英晶体振荡器的频率稳定度较高，其数量级可达到108 1010石英晶体频率稳定度高的原因由:一是石英晶体的物理化学性质十分稳定，

7、其等效谐振回路的标准性（谐振回路的标准性指外界因素变化时它保持固有谐振频率不变的能力）较强；二是它具有正、反压电效应,而且在谐振频率附近等效参数电感L很大电容C很小内阻r也不高因此其Q值能达到数百万量级；三是它在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频率附近,呈现极陡峭的电抗特性曲线，因此对频率的补偿能力超强。结合石英晶体的特点以及电路的结构特性，可采取如下措施要提高自激振荡电路的频率稳定度.1. 减少外界因素的影响。引起振荡频率不稳定的外界因素包括温度、电源电压、大气压力、空气湿度、磁场、电场及负载阻抗变化等，因此可采用以下方法对振荡器进行稳频。（1）为了减小温度变化对频率稳定度的影响，可将振荡器放置在恒温箱中，保持温度恒定。（2）为了减小电源电压波动对频率稳定度的影响，可对振荡器电源采取必要的稳压措施。（3）为了减小负载的影响，应减小负载对