自激振荡原理是什么?

自激震荡是指不外加激励信号而自行产生的恒稳和持续的振荡。

从数学的角度出发,它是一种出现于某些非线性系统中的一种自由振荡。

一个典型例子是范达波尔(VanderPol)方程所描述的系统,方程形式为mx¨-f(1-x2)x·-kx=0(m>0,f>0,k>0)。

其中x·和x¨为变量x的一阶和二阶导数。

分析表明:当x的值很小时,阻尼f是负的,因而运动发散当x的值很大时,阻尼f是正的,因而运动衰减。

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一、产生自激振荡条件

1、幅度平衡条件|AF|=1

2、相位平衡条件φA+φF=2nπ(n=0,1,2,3···)其中,A指基本放大电路的增益(开环增益)。

F指反馈网络的反馈系数同时起振必须满足|AF|略大于1的起振条件基本放大电路必须由多级放大电路构成,以实现很高的开环放大倍数。

然而在多级放大电路的级间加负反馈,信号的相位移动可能使负反馈放大电路工作不稳定,产生自激振荡。

负反馈放大电路产生自激振荡的根本原因是AF(环路放大倍数)附加相移.单级和两级放大电路是稳定的,而三级或三级以上的负反馈放大电路。

只要有一定的反馈深度,就可能产生自激振荡,因为在低频段和高频段可以分别找出一个满足相移为180度的频率(满足相位条件),此时如果满足幅值条件|AF|=1,则将产生自激振荡。

因此对三级及三级以上的负反馈放大电路,必须采用校正措施来破坏自激振荡,达到电路稳定工作目的。

二、正弦波振荡电路的组成

从上述分析可知,正弦波振荡电路从组成上看必须有以下四个基本环节。

(1)放大电路:保证电路能够由从起振到动态平衡的过程,是电路获得一定幅值的输出量,实现能量的控制。

(2)选频网络:确定电路的振荡频率,使电路产生单一频率的振荡,即保证电路产生正弦波振荡。

(3)正反馈网络:引入正反馈,使放大电路的输入信号等于反馈信号。

(4)稳幅环节:也就是非线性环节,作用是使输出信号幅值稳定。

在不少实用电路中,常将选频网络和正反馈网络“合二为一”;而且,对于分立元件放大电路,也不再另加稳幅环节,而依靠晶体管特性的非线性起到稳幅作用。

正弦波振荡电路常根据选频网络所用元件来命名,分为RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路3种类型。

RC正弦波振荡电路振荡频率较低,一般在1MHz以下;LC正弦波振荡电路振荡频率较高,一般在1MHz以上;石英晶体正弦波振荡电路也可以等效为LC正弦波振荡电路,其特点是振荡频率非常稳定。

参考资料来源:百度百科-自激振荡

自激振荡(英语:Self-exciting oscillation)是出现在工程、经济及生物学中的现象。自激振荡的理论基础是由亚历山大·安德罗诺夫在1928年提出。

自激振荡是一个以时间延迟微分方程闭回路来描述系统的的自然结果。其变数N的变动是由变数N+1所造成,但其中存在一时间差,其变数N+1的变动是由变数N+2所造成,但其中也存在一时间差……,其变数N的变动是由变数N+x所造成,而其中仍存在一时间差。

自激振动是机械系统内部流体由非振动性的激发转变为振动性激发而引起的振动。例如管壳式换热器内由于某根管子偏离原先位置且产生位移,就会引起周围流场改变,并破坏邻近管子力的平衡,使它们受到波动力作用并在自振频率下发生振动。振动一旦开始,振幅将急剧增大,振动率不仅与流速有关,还与周围管子的共振率有关。流体诱发的这种振动是流体流动与管子运动相互之间动力作用的结果,属于一种流体弹性激振。

扩展资料:

工程中的例子

1、铁路和火车车轮

火车车轮的蛇行振荡及车辆轮胎的加快摆动会产生令人不适的摆动效应,严重时甚至会造成火车脱轨或轮胎失去抓地力。

2、中央供暖恒温器

早期中央供暖的恒温器因为反应太快,会有自激振荡的情形,后来此问题是用迟滞现象来克服,也就是当温度偏离目标值达到一定数值后才允许切换状态。

3、方向修正

有许多例子是因为方向修正延迟造成的自激振荡,从在强风中的轻航机到不熟练或是酒醉驾驶人的不稳定驾驶等。

4、SEIG(自激感应发电机)

若异步马达连接一个电容,而轴旋转超过临界速度,会出现电机的振荡,结果就像在端子上有线电压一様,而且可以有实用的用途,例如有开源的发电机都以这种原理来运作[1]。

参考资料来源:百度百科-自激振动

自激振荡指电路不外加任何激励信号时,自行产生恒稳和持续的振荡。如果在运算放大器的输入端不加任何激励信号,输出端仍然输出一定幅值和频率的输出信号,这就是自激振荡。

自激振荡产生的原因

基本的放大电路都是由多级放大电路组成,以实现很高的开环放大倍数和其他参数。每级放大器都存在分布电容、输入阻抗、输出阻抗,所以每级放大器都构成了一个一阶RC网络。当信号通过每级放大器时,都会产生一定的附加相移。每级放大器的最大附加相移是-90°,很容易满足自激振荡的产生条件。一些电路自激振荡产生的原因还与外接因素有关,例如PCB布线、元器件的布局等,因为这都会引入电容。

如何消除自激振荡

我们很少去消除正反馈的自激振荡,因为正反馈的自激振荡一般是用来做正弦波发生电路。消除负反馈放大电路自激振荡的根本方法就是破坏产生自激振荡的条件,采用相位补偿的方法可以实现上述想法。

消除自激振荡的方法

1、电容滞后补偿

2、RC滞后补偿


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