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自激振荡

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。 [1] 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,这种现象就是自激振荡。

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。 [1] 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。 [2]

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φA+φF=2nπ(n=0,1,2,3)

其中,A指基本放大电路的增益(开环增益),F指反馈网络的反馈系数

同时起振必须满足|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。

可以采用频率补偿(又称相位补偿)的方法,消除自激振荡。

常用补偿方法有电容滞后补偿:在放大电路中选择时间常数最大的回路内对地并联一个小电容,这样当相移处于180度时,其高频放大倍数幅值下降到0以下,由于这种补偿是该频率所对应的相位滞后,故称滞后补偿。其他还有RC滞后补偿和密勒效应补偿。

自激振荡器大多由放大器和正反馈电路组成。振荡器是一种能量转换装置,它能把直流形式的能量经振荡器转变为交变的形式,按自激振荡器产生交流的形式,分为正弦振荡器和非正弦振荡器。


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