接觸振蕩電路已經(jīng)有了幾個月了,自覺對它的運作原理有了一些理性上的理解,在這里,我試圖從理論上把振蕩電路簡要“解釋”清楚。
首先,當給電路送上直流電時(即接通直流電源),就幾乎可以立馬在示波器上看到有標準的余弦波出現(xiàn)!直流“無緣無故”地瞬間“變換成”交流!是不是有點怪呢?要說明這個問題,我覺得還得跨學科闡明。由信號系統(tǒng)理論可以得出結論:突變的電流(類似沖擊)包含有很寬的頻譜分量(類似白噪聲)。恰好,在給振蕩電路上電一瞬間,晶體管電流是由零突然增加(注:這篇文章以晶體管振蕩電路為例)。好了,至少從這一點出發(fā),可以知道那個費解的余弦波的頻率是從哪里來的了。
但是,不是說具有很寬的頻譜分量嗎?那這個“特定”的余弦波為什么剛好是這個頻率呢?一般的振蕩電路在晶體管的某一極有一個LC或者RC回路。那就是了,示波器上顯現(xiàn)出的那個余弦波的頻率就是由它確定的。
但又為什么是這樣的呢?我思考了兩、三個月才想明白(呵呵,我的反應比較慢),這又得從Fourier級數(shù)說起。接通電源那一瞬間,根據(jù)級數(shù)理論可知集電極電流可以分解為直流、基波和各次諧波分量。即:
ic=Ic0+Ic1*coswt+Ic2*cos2wt+...+Icn*cosnwt+...
在這些電流分量通過LC或者RC回路時,由電路分析理論中的諧振性質(zhì)可以得知,只有頻率等于諧振頻率的成分才可以產(chǎn)生較大的輸出電壓,而其他頻率成分不會或者只是產(chǎn)生很小的壓降,因此只有該諧振頻率產(chǎn)生較大壓降,并通過反饋網(wǎng)絡產(chǎn)生出較大的正反饋電壓,反饋電壓又加到放大器的輸入端,進行放大、反饋,不斷地循環(huán)下去,就出現(xiàn)了示波器顯示屏上的那個漂亮的余弦波!
我再解釋一下它最終是怎么達到平衡的。我們知道放大器進行小信號放大時必須工作在晶體管的線性放大區(qū),但在振蕩電路中,隨著正反饋使得輸入信號幅度的增加,放大器逐漸由放大區(qū)進入截止區(qū)或飽和區(qū),進入非線性狀態(tài),此時環(huán)路增益將下降(晶體管飽和壓降的緣故)。當環(huán)路增益等于1時,振蕩器達到平衡狀態(tài),進行等幅值振蕩??梢缘贸鼋Y論:振蕩器的最終平衡是由放大器的非線性特性帶來的。同時由于放大器的非線性,只要電路設計合理,振幅和相位的穩(wěn)定一般很容易達到。
由上可知,振蕩器電路只要接通直流電源就行了。從這個意義上來說,振蕩器又是直流與交流的變換器!
后記:到了現(xiàn)在,我覺得自己還是缺乏對振蕩電路的感性認識和把握,希望能早一天對它有一個比較自然的理解(現(xiàn)在理解的有點牽強)。
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