振蕩器電路設計注意事項

1、振蕩器電路設計注意事項電路形式的選擇實際設計中首先分析振蕩器工作的頻率，根據(jù)其頻率值決定選取 LC 振蕩器或是 RC 振蕩器或是負阻振蕩器或其它形式等。再者根據(jù)對輸出頻率的穩(wěn)定度決定采用振蕩電路的形式，如 clapper 、 ciller 、晶體諧振器、溫補晶體等等。具體情況具體對待。文中對于 Rc 振蕩器僅僅例舉了最常用的文氏橋電路。 RC 振蕩器種類很多，總的說來屬于反饋振蕩器。利用 RC 器件對相位的控制，以及與運放相結合，可以組合出多種形式的振蕩器以及輸出多種波形。3 . 2 . 3 . 2 有源器件的選取從原則上講來，有放大能力的有源器件，以及運放都可以用來組成振蕩器。選擇的依據(jù)以工

2、作頻率為主。一般說來單管振蕩器的振蕩頻率比運放組成的振蕩器工作頻率高得多。當使用單管組成振蕩器時，管子的特征頻率 Ft(210f0 , f0 是工作頻率。使用運放時，運放的增益帶寬積 BW 應該大于兩倍的工作頻率。當所需輸出頻率在幾 KHz 以下時往往采用運放比較合適，輸出頻率在幾 MHz 和幾十 MHz 以上時采用單管振蕩器比較合適，當輸出頻率在幾十 GHz 時采用負阻振蕩器比較合適，此時的振蕩回路往往采用微波諧振腔。3 . 2 . 4 振蕩器調試時的注意點振蕩器調試的主要內容是振蕩頻率、輸出波形、振幅、穩(wěn)定度等。它們之間往往相互影響，調試時必須有清晰的振蕩器原理，在理論指導下全局考慮。如：

3、振幅大時輸出波形失真也會比較大，當這兩個指標互相矛盾時調節(jié)方向就應該轉移到減小反饋系數(shù)或改變反饋網(wǎng)絡來解決。對于工作于高頻段的振蕩器，在調試時還應該特別注意儀器和環(huán)境對振蕩回路的影響。測試儀器的探頭輸入電容將改變回路特性，影響振蕩頻率以及反饋系數(shù)，必要時可以考慮用串聯(lián)小電容以及采用高阻探頭來解決。 3 . 2 . 4 . 1 寄生振蕩的產(chǎn)生原因與消除寄生振蕩指非符合設計目的而出現(xiàn)的，因電路的寄生參數(shù)而形成的正反饋而發(fā)生的電路的一種異常振蕩狀態(tài)。寄生振蕩可以在任何有源電路中發(fā)生，電路中一旦發(fā)生了寄生振蕩，就會影響電路的正常工作，嚴重時會使電路的設計功能完全失效。3 . 2 . 4 . 2 共用電

4、源內阻藕合振蕩回路共用電源的幾種形式：1. 不經(jīng)過穩(wěn)壓的整流供電；2. 經(jīng)過線性穩(wěn)壓后供電；3. 整流或者穩(wěn)壓后經(jīng)過 LC 或者 RC 去藕濾波給前級電路供電。直接由線性穩(wěn)壓電路作為總供電電源時，“電源”具有很低的低頻內阻，電路出現(xiàn)低頻寄生藕合的機會比較少。若為去除回路間高頻藕合而采用了不合適的 RC 或者 LC 濾波器，那么有可能產(chǎn)生比較大的低頻藕合。因為在低頻頻率上，電容器的阻抗增加，去藕濾波器的去藕作用減弱。后級電路的工作電流在電源內阻上產(chǎn)生壓降，經(jīng)過去藕濾波器藕合到電路前級，同時還附加一定的相移。如果各級電路不是直接藕合，那么經(jīng)由電源系統(tǒng)的藕合電路還將產(chǎn)生附加相移。這樣，再加上供電電路

5、固有的內部反饋環(huán)路，有可能使電路滿足振蕩條件而發(fā)生 IHz 以下的超低頻寄生振蕩。消除這種有害現(xiàn)象的方法是：增加 RCL 的值或者進行它們的參數(shù)調整以破壞其相位條件。最終破壞振蕩條件，使電路進入穩(wěn)定。通過公用電源除了低頻寄生振蕩外還有可能形成 MHz 量級的高頻寄生振蕩。產(chǎn)生這種振蕩的原因有如下幾種情況：1. 線性穩(wěn)壓集成電路的內阻隨著工作頻率的增加而增加，因為穩(wěn)壓器內部誤差調整電路的增益隨工作頻率的升高而降低。2電源濾波電容器的封裝電感感抗隨工作頻率升高而升高； 3電源供電電路的引線電感的存在。在計算電源濾波器時，往往采用 CLC 型濾波器加上一個或數(shù)個大容量的擔或者電解電容。應特別注意的是

6、，型濾波器同時是一個很好的諧振回路，它的諧振頻率不應該接近或與電路的工作頻率相等，否則就會失去濾波作用，大大增加寄生振蕩的機會。在 PCB 設計中，對于僅僅需要相同電壓的回路，因公用電源而連接起來，并無信號的輸入輸出關系，那么應對其電源、地進行隔離，分割是比較有效的方法，可以消除有害的公共阻抗。對于濾波良好的回路，其電源、地的交流電位應是相同或相異極小的。3 . 2 . 4 . 3 器件寄生藕合器件之間的寄生雜散藕合有電場藕合、磁場互感藕合等等。兩個靠近的器件之間往往同時存在靜電場以及互感藕合。尤其對于包含有磁性材料的器件，磁互感會更加嚴重，如果它們之間的距離不能被放置得很遠，那么使兩者的磁場

7、正交排布可以比較容易解決問題?？s短器件的體積和引線更加有利于減小電場藕合。在具有弱信號以及高增益的 PCB 上，電路布局務求輸入、輸出端的最大距離處理。若因受到體積限制而不能做到最遠排布時，應做好各部分的屏蔽處理。電場屏蔽材料應選用高導電率的材料如銅箔或者鋁材等等，靜電屏蔽應該接至電路的交流地。磁屏蔽應選用磁導率高的材料。磁屏蔽的效果不但與材料的導磁率高低有關，還與屏蔽層的厚度、結構等有關。3 . 2 . 4 . 4 器件引線、極間電容、接地電容構成的寄生振蕩器這些情況往往會因器件分布參數(shù)的存在而構成頻率達幾百兆的振蕩器，用低速的示波器無法觀察到振蕩的存在（因探頭影響了振蕩回路而停振），用一些

8、間接的方法可以觀察：如器件的接法正確、無損壞，但工作異常，電流失控、溫度出奇地偏高，用萬用表筆接觸器件引腳會改變器件的工作電流等。這些都間接地表明了器件存在寄生振蕩。消除這類振蕩的方法是減小分布參數(shù)：采用體積更小的器件、縮短引線、改變器件在 PCB 上的排布等。這樣處理后，寄生振蕩回路的頻率升高，當頻率高至器件的截止頻率外時，寄生振蕩會因為無法滿足正反饋條件而消失。當因 PCB 布局限制而使得無法縮短器件之間的引線時，可以在引線中串聯(lián)消振電阻，降低引線的 Q 值，其最終效果是降低了振蕩電路的增益，可以有效地消除寄生振蕩。從消除寄生振蕩有效性的角度看，消振電阻的阻值越大越有利于消除寄生振蕩，但阻

9、值過大了就會對正常信號形成衰減，需根據(jù)實際情況選取折中的值。3 . 2 . 4 . 5 負反饋轉變成正反饋在前述的情況中，產(chǎn)生寄生振蕩的正反饋環(huán)是指在設計之外因非意料因素而形成的振蕩。而我們這里強調的是針對某功能需求而設計的負反饋環(huán)路，因設計的反饋類型是負反饋，自然不需要振蕩。但若閉環(huán)增益過高，同時環(huán)內放大器級數(shù)有三級以上，那么由于器件本身以及其它相移的積累，很容易使得環(huán)路對某些頻率來說變成了正反饋，若同時閉環(huán)增益也滿足條件，那么就會在電路中激發(fā)起振蕩，這是我們設計目的之外的，也可以說是寄生振蕩。在這種情況下，可以在反饋環(huán)內的某一級增加頻率補償元件。一般說來，將頻率補償器件介入頻帶最窄的一級可

10、以最容易破壞自激的相位條件，對于器件內部相移無法估算的情況，可以在實際調試中更換補償器件值來實現(xiàn)。3 . 2 . 4 . 6 寄生振蕩的判別在一個設計不好的電路中往往同時存在電路噪聲與寄生振蕩，只有正確判斷出了寄生振蕩才可以采取有效的方法來消除它，因此我們因該首先將噪聲與寄生振蕩區(qū)別開。常見干擾的特點如下：( A ）電源傳導噪聲。對于 50Hz 市電經(jīng)過一、二 次變換而獲得的直流電源說來，往往會有 50HZ 、 50Hz 諧波、 DC / DC 轉換的幾百KHZ 的噪音、市電負載變化引起的隨機起伏噪聲等，這些信號在電路上主要表現(xiàn)為共模干擾，在經(jīng)過不對稱導體后也可以轉化為差模干擾，對增益模塊產(chǎn)生很大影響。( B ）器件本聲的噪聲。這些指器件的熱噪聲、散彈噪聲、接觸不良產(chǎn)生的微放電噪聲等等。這些噪聲的波形都有隨機性，雜亂無章，沒有周期性，不易優(yōu)化，但可以通過選擇器件來解決。( C ）空間電磁噪聲。意指在被測電路的周圍存在電磁輻射源，它的輻射信號被回路接收到，并被放大，影響電路的正常運行。這可以通過判斷周邊電磁環(huán)境或進屏蔽室操作來判斷。寄生振蕩的特點：( A ）絕大部分寄生振蕩是周期性的，可以在示波器上看出清晰的周期性波形； ( B ）若電路中的寄生反饋很強，電路會出現(xiàn)間歇振蕩，但仍然是周期性的；( C ）絕大部分的因分布參數(shù)引起的寄生振蕩的回路