电子振荡器

2025年3月17日 | 阅读 7 分钟

振荡器是一种能够产生电子振荡（信号波的形式，通常是正弦波和方波）的电子设备。振荡指的是前向和后向运动。它还将一种形式的电源转换为另一种形式。例如，

直流电（DC）到交流电（AC）

交流信号通常呈正弦波的形式。这是因为交流发电机中转子产生的变化类似于正弦信号的变化。振荡器广泛用于电子设备中，例如顺序电路，时钟发生器，无线电发射器，石英钟和视频游戏。

将交流电转换为直流电的设备通常称为转换器。但是，在发明了二极管和整流器之后，振荡器也可以将直流电转换为交流电。将直流电转换为交流电的设备称为逆变器。因此，我们可以说转换器的工作方式与逆变器相反。

振荡器的类型包括维恩桥振荡器，LC振荡器，晶体振荡器等。在这些类型中，晶体振荡器也被称为在高频范围内运行的现代振荡器。

电子振荡器的历史

第一批振荡器是在19世纪开发的。它能够产生用于照明的电弧。康沃尔化学家汉弗莱·戴维爵士首次注意到这一点。他还发现了弧光灯。
1888年，一位名叫恩斯特·莱赫（Ernst Lecher）的奥地利物理学家证明，电弧振荡器产生的电流可以是振荡的（产生向前和向后的运动）。
1892年，一位名叫伊莱休·汤姆森（Elihu Thomson）的工程师通过将LC调谐电路（电感器（L）和电容器（C）的组合）与电弧并联，在振荡器中开发了磁吹。
在1892年，同年，一位名叫乔治·菲茨杰拉德（George FitzGerald）的爱尔兰物理学家通过改变谐振电路中的阻尼电阻来构建参量振荡器或负阻振荡器。
1900年，一位名叫威廉·杜德尔（William Duddell）的电气工程师重新发现了负阻振荡器。他通过将调谐的LC电路连接到振荡器上发出的声音，创建了一个“唱歌弧”。但是，它无法产生高于音频范围的频率。
当负阻电弧振荡器放置在具有磁场的氢气氛围中时，它开始像连续波无线电发射器一样工作。在1902年，丹麦工程师V Poulsen和丹麦物理学家P.O Pederson通过在氢气氛围中使用电弧来增加了频率范围。它后来被称为波尔森无线电发射器。在1920年代非常流行。
1913年，一位名叫亚历山大·梅斯纳（Alexander Meissner）的奥地利物理学家发现了具有正反馈的振荡器。
1917年，第一个非稳态多谐振荡器由两名法国工程师H. Abraham和E. Bloch组成的小组发现。
1920年，一位名叫H G Barkhausen的德国物理学家发现了第一款可以在超高频范围内产生振荡的Barkhausen K管振荡器。其他流行的真空管是在1930年代左右开发的磁控管和速调管。
1969年，一位名叫K Kurokawa的日本建筑师介绍了振荡的必要条件。他的研究如今构成了现代微波振荡器设计的基础。

振荡频率

振荡器输出端的频率以赫兹（Hz）为单位进行测量。它被定义为每秒的周期数。不同类型的振荡器会产生不同的频率范围。

例如：

LC振荡器 - 高频信号

RC振荡器 - 低频信号

在不同频率下工作的主要类型的振荡器是RF（射频），音频和低频振荡器。

RF频率范围为100 kHz至100 GHz。
音频频率范围为10 Hz至20 Hz。这是人耳可以识别声音的频率。
低频范围低于20 Hz。大象等动物可以检测到它。

让我们讨论一下振荡器产生的电子波形类型。

电子波形

振荡器产生的波形为正弦波，三角波，方波和锯齿波。所有这些波形都可以在各种范围内运行，例如[0. 1]，[-1，1]等。

正弦曲线定义了平滑的连续波。它描述了各种过程及其状态的自然表示形式。

方波具有固定的幅度和长度。

三角波在固定点达到峰值。它以其三角形形状而闻名。

锯齿波表示牙齿形式的挠度。单个锯齿波称为斜坡函数波。波向上升，然后急剧下降，然后再次向上升。

振荡器类型

振荡器有两种类型，线性和非线性。

线性振荡器

线性振荡器在输出端产生正弦波。它也称为谐波振荡器。线性振荡器进一步分为反馈振荡器和负阻振荡器。

1. 反馈振荡器

反馈振荡器的示例包括运算放大器（运算放大器）和晶体管。这些设备连接在反馈环路中，输出通过选择性电子滤波器连接回输入。它为连接电路提供正反馈。当放大器或晶体管的电源打开时，噪声会随电流一起传播。当噪声通过环路时，它会非常快速地被放大和过滤。该过程一直持续到设备获得所需的输出为止，该输出成为单频正弦波。振荡器中的正反馈具有多种优点，例如持续振荡，稳定性和成本效益。一些振荡器在其反馈环路中使用选择性频率，如下所述

RC振荡器
如前所述，RC振荡器在低频范围内工作。 RC振荡器中的滤波器网络将R（电阻器）和C（电容器）组合在一起。电阻器和电容器的组合提供了信号所需的所需相移。 RC振荡器的示例是维恩桥振荡器和相移振荡器。
LC 振荡器
LC振荡器在高频范围内工作。该电路包括电感器和电容器，它们连接在一起形成一个调谐的LC振荡器。电容器和电感器是储能设备。它允许电路存储以其谐振频率振荡的电能。
电路中的放大器可补偿电路中的任何损耗，并提供所需的输出。 LC振荡器的类型包括Hartley，Colpitts和Clapp电路。
晶体振荡器
电路滤波器是石英晶体，它放大电压信号并将其发送回谐振器。因此，晶体振荡器也称为石英晶体或压电晶体振荡器。晶体振荡器具有较高的Q因子，比调谐电路更好的温度和频率稳定性。 Q因子表示电路中的损耗较少。 Q因子越高，损耗越少。它可以在计算机和石英钟中生成时钟信号。

2. 负阻振荡器

反馈振荡器通常使用双端口元件，例如晶体管和放大器。线性振荡器也可以使用具有负电阻的单端口网络。此类设备的示例包括耿氏二极管和磁控管。负阻振荡器在高频下运行良好。它还可以放大和增加信号的功率。高频下的反馈振荡器无法产生期望的结果。

负阻振荡器的框图如下所示

非线性振荡器

线性振荡器在输出端产生非正弦（方波，三角波等）波。它也称为弛豫振荡器。它由非线性开关设备（例如，施密特触发器）和储能元件（L或C）组成。两种设备都连接在振荡器的反馈环路中。开关设备的功能是定期切换所连接设备的储能级别。它进一步改变了输出波形。非线性振荡器用于：VCO（压控振荡器），ADC（模数转换器），函数发生器等。

具有其首选工作设备的非正弦振荡器列表如下

方波振荡器 - 定时器和计数器

三角波振荡器 - CRT（阴极射线管），VCO和示波器

锯齿波振荡器 - 开关模式电源