電振盪，連續地發生振幅一定、頻率一定的電振動現象。
基本介紹
- 中文名：電振盪
- 所屬學科：物理學
解釋
振盪過程中，如果能量不斷損失，其振盪將逐漸減小，稱衰減振盪；如果能量沒有損失，或由外部補充的能量恰能抵消所失能量，則其振盪將維持不變，稱等幅振盪；如果外部補充的能量大於耗去的能量，則其振幅將逐漸增大，稱增幅振盪。電子電路的振盪主要分為自激振盪、強迫振盪和參數激勵振盪。
自激振盪通過提供的直流電源，以本身的電路常數所決定的頻率產生持續振盪，分為調諧振盪器(正弦)和多諧振盪器(正弦或方波)。強迫振盪是必須加上輸入信號才能發生振盪，其振盪頻率與輸入頻率存在某種關係(如倍頻、分頻、頻率變換，以及自激振盪的強迫同步等形式的正弦波或脈衝波)。對於振盪器普遍形式的四端子振盪器(圖1)，其結構是一個增益為G的放大器。它的輸出eo的H倍(Heo)反饋到輸入端，返回的輸入再經放大後又成為輸入，重複這一正反饋直至平衡就形成振盪。
H是電壓反饋係數，如使H具有頻率選擇性，只有在特定頻率下振盪才能逐漸加強，稱為起振。起振的條件為H·eo＞ei，即GH大於1。由於G本身是複數，帶有相位特性，要得到高品質的振盪電路，G只有在輸入和輸出同相或反相時虛部才為0，因此要滿足持續振盪的條件為GH=1，而G和H均為實數，這就是巴克豪森判據。要使GH=1成立，必須在振幅達到一定時發揮振幅的限制作用。
對於普通放大器，振幅增大時進入電晶體的飽和區和(或)截止區，自動產生限幅作用。如果振盪器通過某些非線性動作降低增益使GH=1，則輸出就不是正弦波。振幅限制亦可採用在放大器上加局部負反饋，振幅越大負反饋越大，自動減小H；或使放大器上帶有輸出恆定的子結構的自動輸出控制(APC)。
H電路(又稱反饋電路)是振盪器的主要電路。如H電路僅由LC諧振電路組成，則振盪器即最常見的LC振盪器；將其中一個L用晶體振子代替，則構成晶體振盪器；如H電路中由RC組成，則就是RC振盪器。對於RC振盪器，如RC構成的是移相電路，稱移相振盪器(微分型和積分型兩種)；若RC構成文氏橋，平衡端作為差分放大器的輸入，則稱文氏橋振盪器。
塔曼振盪器有相同的工作原理，如H電路的元件參數受輸入電壓的控制，則構成壓控振盪器(VCO)。用負阻器件和LC諧振迴路也可構成正弦波發生器。
由於負阻器件與諧振迴路的連線只需兩個端點，所以又稱二端振盪器。負阻器件的伏安特性曲線如圖2a。在特性曲線的a～b區段內，當電壓增大時電流反而減小，即電壓增量Δu=u2−u1是正值時，電流增量Δi=i2−i1是負值，所以在這一區段內負阻器件的動態電阻R為負值，即R=Δu/Δi=−|Δu|/|Δi|負阻器件分兩類：
①電壓控制型。特點是電流為電壓的單值函式，而電壓卻不是電流的單值函式。這種器件的伏–安特性曲線形狀如字母N(圖2a)，故又稱N型負阻，隧道二極體等具有這種特性。
②電流控制型。特點是電壓為電流的單值函式，而電流卻不是電壓的單值函式，其伏–安特性曲線的行狀如字母S(圖2b)，故又稱S型負阻，雙基極二極體等具有這種特性。自激振盪的工作情況可用非線性微分方程來描述。
1920年前後，范德堡等人就導出了描述電子管振盪器的非線性微分方程：這就是著名的范德堡方程。式中x是時間t的函式，代表自激振盪的電壓或電流，ε是與振盪迴路和電子管特性有關的常數。解范德堡方程即可求出x(t)。當ε&1時，x(t)的波形接近正弦波。隨著ε的增大其波形與正弦波將越差越遠；當ε%1時，則接近方波。作為信號源的振盪器，對頻率和振幅都有嚴格的穩定性要求，頻率精確度即用頻率偏差來表示。一般的多諧振盪，RC、LC振盪器的δ在10−1～10−2之間，簡單的晶體振盪器為10−5，超穩定化晶體振盪器可達10−8，這需要晶體選擇所需頻率的振動模態採用溫度係數小的切割方法、高性能的恆溫條件和電源穩定等。另外，當負載變化或需大功率輸出時，必要時加緩衝放大器，或阻尼衰減器和功率放大器，標準信號發生器還要加自動功率控制(APC)，使振盪器工作穩定。
