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

對輸出頻率的穩定度決定採用振蕩電路的形式，如 clapper 、 ciller 、晶體諧振器、溫補晶體等等。具體情況具體對待。文中對於 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，總的說來屬於反饋振蕩器。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。選擇的依據以工作頻率為主。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，管子的特徵頻率 Ft>(2~10)f0 , f0 是工作頻率。使用運放時，運放的增益帶寬積 BW 應該大於兩倍的工作頻率。當所需輸出頻率在幾 KHz 以下時往往採用運放比較合適，輸出頻率在幾 MHz 和幾十 MHz 以上時採用單管振蕩器比較合適，當輸出頻率在幾十 GHz 時採用負阻振蕩器比較合適，此時的振蕩迴路往往採用微波諧振腔。

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：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方向就應該轉移到減小反饋係數或改變反饋網路來解決。對於工作於高頻段的振蕩器，在調試時還應該特別注意儀器和環境對振蕩迴路的影響。測試儀器的探頭輸入電容將改變迴路特性，影響振蕩頻率以及反饋係數，必要時可以考慮用串聯小電容以及採用高阻探頭來解決。

3 . 2 . 4 . 1 寄生振蕩的產生原因與消除

寄生振蕩指非符合設計目的而出現的，因電路的寄生參數而形成的正反饋而發生的電路的一種異常振蕩狀態。寄生振蕩可以在任何有

源電路中發生，電路中一旦發生了寄生振蕩，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 共用電源內阻藕合振蕩

迴路共用電源的幾種形式：

1.不經過穩壓的整流供電；

2.經過線性穩壓后供電；

3.整流或者穩壓后經過 LC 或者 RC 去藕濾波給前級電路供電。

    直接由線性穩壓電路作為總供電電源時，“電源”具有很低的低頻內阻，電路出現低頻寄生藕合的機會比較少。若為去除迴路間高頻

藕合而採用了不合適的 RC 或者 LC 濾波器，那麼有可能產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生壓降，經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，那麼經由電源系統的藕合電路還將產生附加相移。這樣，再加上供電電路固有的內部反饋環路，有可能使電路滿足振蕩條件而發生 IHz 以下的超低頻寄生振蕩。消除這種有害現象的方法是：增加 RCL 的值或者進行它們的參數調整以破壞其相位條件。最終破壞振蕩條件，使電路進入穩定。

    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。產生這種振蕩的原因有如下幾種情況：

    1.線性穩壓集成電路的內阻隨著工作頻率的增加而增加，因為穩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，往往採用 CLC "∏"型濾波器加上一個或數個大容量的擔或者電解電容。應特別注意的是，∏型濾波器同時是一

個很好的諧振迴路，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，對於僅僅需要相同電壓的迴路，因公用電源而連接起來，並無信號的輸入輸出關係，那麼應對其電源、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。對於濾波良好的迴路，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。尤其對於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，那麼使兩者的磁場正交排布可以比較容易解決問題。縮短器件的體積和引線更加有利於減小電場藕合。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佈參數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（因探頭影響了振蕩迴路而停振），用一些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佈參數：採用體積更小的器件、縮短引線、改變器件在 PCB 上的排布等。這樣處理后，寄生振蕩迴路的頻率升高，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於消除寄生振蕩，但阻值過大了就會對正常信號形成衰減，需根據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，產生寄生振蕩的正反饋環是指在設計之外因非意料因素而形成的振蕩。而我們

這裡強調的是針對某功能需求而設計的負反饋環路，因設計的反饋類型是負反饋，自然不需要振蕩。但若閉環增益過高，同時環內放大器級數有三級以上，那麼由於器件本身以及其它相移的積累，很容易使得環路對某些頻率來說變成了正反饋，若同時閉環增益也滿足條件，那麼就會在電路中激發起振蕩，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以最容易破壞自激的相位條件，對於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。

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雜訊與寄生振蕩，只有正確判斷出了寄生振蕩才可以採取有效的方法來消除它，因此我們因該首先將雜訊與寄生振蕩區別開。常見干擾的特點如下：

    ( A ）電源傳導雜訊。對於 50Hz 市電經過一、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雜訊等，這些信號在電路上主要表現為共模干擾，在經過不對稱導體后也可以轉化為差模干擾，對增益模塊產生很大影響。



    ( B ）器件本聲的雜訊。這些指器件的熱雜訊、散彈雜訊、接觸不良產生的微放電雜訊等等。這些雜訊的波形都有隨機性，雜亂無章

，沒有周期性，不易優化，但可以通過選擇器件來解決。

    ( C ）空間電磁雜訊。意指在被測電路的周圍存在電磁輻射源，它的輻射信號被迴路接收到，並被放大，影響電路的正常運行。這可

以通過判斷周邊電磁環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，電路會出現間歇振蕩，但仍然是周期性的；

    ( C ）絕大部分的因分佈參數引起的寄生振蕩的迴路 Q 值不高，因此很少寄生振蕩的波形是完美的正弦波，失真都很嚴重，振蕩波形

很容易受測試儀器以及電路接觸導體的影響。

    ( D ）有些寄生振蕩幅度很小，疊加在有用信號上，但其頻率往往比有用信號高很多。這裡僅僅列出了寄生振蕩的一般規律，對於實

際電路，寄生振蕩情況比較隨機，我們應將普遍規律應用到具體事物上進行分析，具體情況具體對待，不能拘泥於規範意識中。