自动频率控制电路的设计与制作(9)

2021-04-06 04:05

Zo=-Ro+jXo

2.1.1 起振条件

ZL=RL+jXL

图2.4负阻振荡模型

假设电路的等效电感和电容分别为: L和C,则可以列出整个电路的电流方程:

2 1

L2i RL RD i 0 (2-11)

t tC

求方程的解,当满足1

4L1

0时,方程的特征解为:

C RL RD 2

t

i Ie

cos t (2-12)

RL RD

。 2L

在振荡器起振时要求信号的幅度越来越大,也就是i随着t的增加而变大,

其中

这就需要:

RL RD 0 (2-13)

由式(2-13)可以看出振荡器的阻值必须为负值,而且它的绝对值应大于负载的阻值。这就是负阻理论的起振条件。

2. 2 平衡条件

当振荡器电路满足式(2-13)后,信号的振幅会逐渐变大。随着信号幅度的增大,电路中的各种非线性因素起到的作用也越来越大,譬如振荡器的负阻会随着振幅的加大而逐渐减小,这些因素会使信号的幅度不会无限制的增大下去,而是进入一个稳定状态。下面就来讨论振荡达到稳态时的条件。

可以参考图2-4,由振荡器和负载组成回路,在稳态时电路中已有大信号存在。假设稳定状态的回路电流为i Iej t ,忽略回路电流中的谐波分量,并对其取实部,可得负载两端的电压为:

VL t I RLcos t XLsin t (2-14)振荡器两端的电压为:

Vo t I 2-15) Rocos t Xosin t (

由于没有外加交流分量,器件两端的电压应该和振荡器两端的电压相等,可得:

Vo t VL t (2-16)

由三角函数的正交性可得:

XL X0 I 0 (2-17) Ro I RL 0 (2-18) 这就是振荡器的平衡条件。

2.3. 稳定条件

只满足起振条件和平衡条件是不够的,还必需满足稳定条件的需要,下面在满足上述两个条件的情况下来分析稳定条件。当环路达到平衡状态是,环路内的电流己是大信号,它的幅度和相位随时间变化,对时间求导:

j t d Iedi Re j d j1dI Iej t Re(2-19) dtdtdtIdt

可把式(2-19)中的复角频率设为w',如下:

d 1dI j ' (2-20)dtIdt

d dI

, ,然后, ZL 对 由于, 和I是时间的缓变函数,所以,dtdt

求导可得:

ZL ' ZL

dZL d 1dI

j

d dtIdt

1dI d '

RL jXL R jX jL (2-21) L Idt dt

上式为负载阻抗随时间的变化率,而振荡器阻抗Zo I 近似不变。这时回路仍满足(2-16)式,即:

Zo I ZL ' 0 (2-22) 设

I I0 I (2-23)

I0为平衡点的电流值, I表示一个随电压改变的幅度值。 其中S, 分别为:


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