什么是振荡器?
一个振荡器是一种无需任何输入就能产生连续、重复、交流波形的电路。振荡器基本上是将直流源的单向电流转换为交流波形,其频率由电路元件决定。
振荡器工作背后的基本原理可以通过分析下面图1所示的LC槽电路的行为来理解电感器l和完全预先收费电容器C作为它的分量。此时,电容器首先通过电感器放电,将其电能转化为电磁场,储存在电感器中。一旦电容器完全放电,电路中将没有电流流动。
然而,到那时,存储的电磁场将产生反电动势,这导致流动当前通过电路与之前的相同方向。该电流通过电路的流动继续,直到电磁场塌陷,导致电磁能量的后转换为电形式,导致循环重复。然而,现在电容器将充电具有相反的极性,因此由于该电容器具有振荡波形作为输出。
然而,由于两种能量 - 形式之间的转换而产生的振荡不能永远继续,因为它们会因为它们而受到能量损失的影响抵抗性电路。结果,这些振荡的幅度稳定地降低以变为零,这使得它们在自然界中抑制。
这表明,为了获得连续的、振幅恒定的振荡,需要补偿能量损失。然而,需要注意的是,供给的能量应该被精确地控制,并且必须等于为了获得振幅恒定的振荡而损失的能量。
这是因为,如果提供的能量超过能量丢失,则振荡的幅度将增加(图2a),导致输出失真;虽然提供的能量小于能量丢失的能量,但是振荡的幅度将减少(图2b),导致不可持续的振荡。
实际上,振荡器放大电路提供了一个正反馈或再生反馈,其中一部分输出信号反馈到输入(图3)活跃的元素哪个可以是一个晶体管或者一个运放并且,通过对电路中的损耗进行制作,对后馈相位信号负责跟上(维持)振荡。
一旦电源接通,由于系统中存在的电子噪声,振荡将在系统中启动。这个噪声信号绕着回路传播,被放大,很快会聚成单频正弦波。图3所示振荡器的闭环增益表达式为:
其中A是电压放大器的增益,β是反馈网络的增益。这里,如果Aβ> 1,那么振荡的振幅将增加(图2a);而如果Aβ< 1,那么振荡将被阻尼(图2b)。另一方面,Aβ= 1导致振幅恒定的振荡(图2c)。换句话说,这表明如果反馈回路增益很小,那么振荡就会消失,而如果反馈回路增益很大,那么输出就会失真;只有当反馈增益为单位时,振荡幅值才会恒定,从而形成自维持振荡电路。
类型的振荡器
有许多类型的振荡器,但可以广泛地分为两个主要类别 - 谐振子(也称为线性振荡器)和弛豫振荡器。
在谐振子中,能量流动总是从有源分量到无源分量,振荡的频率由反馈路径决定。
虽然在弛豫振荡器中,在主动和无源部件之间交换能量,并且振荡的频率由该过程中涉及的充电和放电时间常数确定。此外,谐振子振荡器产生低扭曲的正弦波输出,而弛豫振荡器产生非正弦(锯齿,三角形或方形)波形。
振子的主要类型包括:
- Wien Bridge振荡器
- RC相移振荡器
- 哈特利振荡器
- 电压控制的振荡器
- Colpitts振荡器
- CLAPP振荡器
- 晶体振荡器
- 阿姆斯特朗振荡器
- 收集器调谐振荡器
- Gunn振荡器
- Cross-Coupled振荡器
- 环形振荡器
- Dynatron振荡器
- 迈斯纳振荡器
- 光电振荡器
- 刺穿振荡器
- 罗宾逊振荡器
- 三极四极管振荡器
- Pearson-anon振荡器
- 延迟线振荡器
- 罗耶振荡器
- 电子耦合振荡器
- 性振荡器
根据所考虑的参数,如反馈机制、输出波形的形状等,振荡器也可以分为各种类型。这些分类类型如下:
- 基于反馈机制的分类:正反馈振荡器和负反馈振荡器。
- 基于输出波形的形状进行分类:正弦波振荡器,方波或矩形波振荡器,扫描振荡器(产生锯齿形输出波形),等等。
- 基于输出信号频率的分类:低频振荡器,音频振荡器(音频范围的输出频率),射频振荡器,高频振荡器,非常高频振荡器,超高频振荡器等。
- 基于所用频率控制类型的分类:RC振荡器,LC振荡器,晶体振荡器(使用石英晶体产生频率稳定输出波形)等。
- 基于输出波形频率的分类:固定频率振荡器和可变或可调频率振荡器。
振荡器应用
振荡器是一种廉价且简单的方法,可以产生信号的特定频率。例如,使用RC振荡器来产生低频信号,LC振荡器用于产生高频信号,并且基于OP-AMP的振荡器用于产生稳定的频率。
振荡的频率可以通过改变电位器排列的分量值来改变。
振荡器的一些常见应用包括:
- 石英手表(使用a水晶振荡器)
- 用于各种音频系统和视频系统
- 用于各种收音机、电视和其他通信设备
- 用于计算机,金属探测器,令人惊叹枪,逆变器,超声波和射频应用。
- 用于为微处理器和微控制器产生时钟脉冲
- 用于警报和蜂鸣声
- 用于金属探测器,令人惊叹的枪支,逆变器和超声波
- 用于操作装饰灯(例如跳舞灯)