高頻振蕩器起振原理

中科精測

高頻振蕩器的起振原理基于反饋機(jī)制和電路中的非線性特性，以下是詳細(xì)介紹：
一、基本概念
振蕩回路
高頻振蕩器包含一個(gè)振蕩回路，通常由電感（L）、電容（C）組成（LC振蕩回路），或者在晶體振蕩器中由石英晶體及其相關(guān)的電學(xué)元件組成。這個(gè)回路具有選頻特性，能夠確定振蕩的頻率。
在LC振蕩回路中，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)電感中通過電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢會(huì)阻礙電流的變化。電容則儲(chǔ)存電能并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候釋放電能，兩者相互作用形成振蕩。

二、起振條件
幅度條件
起振時(shí)需要滿足一定的幅度條件。在一個(gè)正反饋振蕩器中，反饋信號的幅度必須足夠大，使得經(jīng)過放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)后，輸出信號的幅度能夠不斷增長。
具體來說，當(dāng)放大器的增益A與反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)F的乘積AF > 1時(shí)，振蕩才能從初始的小信號開始建立起來。隨著振蕩幅度的增加，由于電路中的非線性元件，AF的值會(huì)逐漸減小，最終達(dá)到AF = 1的穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)振蕩幅度保持不變。
相位條件
相位條件要求反饋信號與原輸入信號之間的相位差為2nπ（n = 0,1,2,…）。這意味著反饋信號與原輸入信號在相位上是同相的，只有這樣才能使它們疊加后增強(qiáng)，從而促使振蕩的產(chǎn)生。

三、起振過程
初始激勵(lì)
在振蕩器開始工作時(shí)，需要一個(gè)初始的激勵(lì)信號。這個(gè)初始激勵(lì)信號可以來自電路中的噪聲、電火花或者其他外部干擾。即使是很微小的信號，在滿足起振條件時(shí)也有可能引發(fā)振蕩。
信號放大與反饋
初始激勵(lì)信號進(jìn)入振蕩器后，首先經(jīng)過放大器進(jìn)行放大。放大后的信號通過反饋網(wǎng)絡(luò)，按照一定的反饋系數(shù)F反饋回放大器的輸入端。
如果此時(shí)滿足幅度和相位條件，反饋回來的信號就會(huì)與放大器輸入端的原始信號疊加，使得輸入信號幅度增大。
自激振蕩建立
隨著信號幅度的不斷增大，電路中的非線性元件開始發(fā)揮作用。例如，在晶體管放大器中，當(dāng)信號幅度增大到一定程度時(shí)，晶體管會(huì)進(jìn)入非線性工作區(qū)，其放大倍數(shù)會(huì)發(fā)生變化。
這種變化會(huì)導(dǎo)致AF的值逐漸減小，但只要仍然滿足AF≥1，振蕩就會(huì)持續(xù)并增強(qiáng)，直到AF = 1，此時(shí)振蕩器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻振蕩信號。

四、不同類型高頻振蕩器的起振特點(diǎn)
LC振蕩器
在LC振蕩器中，如考畢茲振蕩器和哈特萊振蕩器，通過調(diào)整電感和電容的值來確定振蕩頻率。起振時(shí)，電路中的噪聲或其他微小擾動(dòng)在LC回路中形成微弱的振蕩電流，經(jīng)過放大和反饋后，如果滿足起振條件，就會(huì)發(fā)展成穩(wěn)定的高頻振蕩。
晶體振蕩器
晶體振蕩器利用石英晶體的壓電效應(yīng)。石英晶體具有固定的固有頻率，當(dāng)在晶體兩端施加電場時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形；反之，當(dāng)晶體受到機(jī)械振動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電場。
在起振過程中，電路中的激勵(lì)信號與晶體的固有頻率相匹配，由于晶體的高品質(zhì)因數(shù)（Q值），能夠很容易地滿足起振條件并產(chǎn)生非常穩(wěn)定、頻率準(zhǔn)確的高頻振蕩。

九月二日

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約翰藍(lán)儂

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mt_zzz

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