振蕩(oscillation)是指電路中的電流(或電壓)在最大值和最小值之間隨時(shí)間作周期性重復(fù)變化的現(xiàn)象或過程。振幅恒定的振蕩稱“等幅振蕩”;振幅隨時(shí)間而遞減的振蕩稱“阻尼振蕩”或“減幅振蕩”。

振蕩電路是通過自激方式把直流電壓變換為按一定規(guī)律變化的電壓(如正弦波、方波、鋸齒波等)的一種電子線路。

振蕩電路在不斷應(yīng)用新的電子器件如場(chǎng)效應(yīng)管、負(fù)阻器件和集成電路等組成各種形式的各種用途的振蕩電路的同時(shí)，也完善了自身的理論。任何一個(gè)振蕩電路都要實(shí)現(xiàn)沒有輸入?yún)s有輸出的功能，這也是振蕩電路與放大電路的一個(gè)明顯的區(qū)別，如下圖所示。圖中+E為直流電源。

那么，振蕩電路為什么能“無中生有”、“無風(fēng)起浪”呢?其基本原理是什么?

為了更好地理解振蕩的基本原理，我們舉一個(gè)日常生活中大家都熟悉的例子——單擺，如下圖所示。單擺在自由擺動(dòng)時(shí)(A-O-B)，如果我們順著單擺的擺動(dòng)(比如在A處或B處)不斷地給它以能抵消空氣阻力的推動(dòng)力，單擺將做頻率穩(wěn)定的等幅振蕩。否則由于空氣阻力，單擺將逐漸停了下來。因此推力和阻力這對(duì)矛盾是影響單擺的因素。

為了讓單擺擺起來，我們就可以從這一對(duì)矛盾入手討論：

①推力方面，我們可以采取順著單擺的擺動(dòng)即在A處或B處給它一個(gè)恰當(dāng)推力，顯然單擺會(huì)維持?jǐn)[動(dòng)。我們還可以干脆截住單擺，比如在A 、B 處，強(qiáng)制單擺擺過去，那么單擺也在擺動(dòng)。我們把加推力適當(dāng)幫助這種情況稱為正反饋，恰當(dāng)加力的可以認(rèn)為是符合單擺固有規(guī)律的正反饋，而強(qiáng)制加力的可以認(rèn)為是強(qiáng)烈正反饋。

②從阻力方面，我們知道，如果讓一個(gè)單擺擺動(dòng)起來，而不去“管它”，那么它將由于空氣阻力等原因逐漸消耗盡能量而停擺。所以，可以假設(shè)，如果沒有空氣等阻力，那么單擺無須加推力一樣能擺下去。振蕩電路的振蕩理論也正是結(jié)合電路特點(diǎn)從“推力”和“阻力”兩方面建立起來的。從原理上講形成了正反饋振蕩器和負(fù)阻振蕩器(見下表的分類)。

(一)正反饋振蕩器

1、正弦波振蕩器

上圖所示電路，將開關(guān)K先打向“1”端，電容C充電后，再打向“2”端，當(dāng)線圈的銅損電阻r足夠小時(shí)，便會(huì)在電路中產(chǎn)生如下圖所示的衰減的振蕩電流。

形成振蕩的原因是電容C在充電期間所貯存的能量向電感線圈L轉(zhuǎn)移，然后又從電感線圈往電容器中轉(zhuǎn)移，不斷來回交換能量，形成振蕩。

在振蕩過程中，電流流過電阻r，能量逐漸消耗，因而振蕩幅度逐漸減小。此時(shí)如果設(shè)法給這個(gè)LC振蕩回路補(bǔ)充能量，振蕩就可維持下去。補(bǔ)充的電流波形要加強(qiáng)原有波形，顯然要注意相位和幅度兩個(gè)因素。這可通過放大器加正反饋來實(shí)現(xiàn)。

2、弛張振蕩器

下圖為一示意電路。在t=0時(shí)刻，開關(guān)K打開，在t=1時(shí)刻K合上;在t=2時(shí)刻又打開，在t=3時(shí)刻再合上。不難分析，若忽略三極管的開、關(guān)時(shí)間及飽和壓降等，則uo的波形為理想的方波，如下圖所示。

為了使電路“自己”振起來，通常在電路中引入正反饋，再用定時(shí)元件如R、C組成定時(shí)電路來代替開關(guān)K，這就是強(qiáng)烈正反饋振蕩器。因?yàn)橐蟆伴_關(guān)”動(dòng)作時(shí)間短，故要求正反饋十分強(qiáng)烈，為了控制方波寬度和頻率，故要求定時(shí)。方框圖如下圖所示。在實(shí)際應(yīng)用中，一般把這種振蕩器用于產(chǎn)生非正弦波，又可稱為弛張振蕩器。

(二)負(fù)阻振蕩器

討論下圖所示電路時(shí)，由于電阻r才導(dǎo)致振蕩衰減，電阻r是電感L的銅損，這是無法避免的。顯然，如果我們?cè)陔娐分性俅?lián)一個(gè)負(fù)阻器件，抵消電阻r的損耗，則電路就可能振蕩下去，這就是負(fù)阻振蕩器，該振蕩器不需反饋。它與正反饋形式振蕩器在能量補(bǔ)充上有根本區(qū)別。

任何一個(gè)振蕩器總是用來輸出波形的。因此，我們從以下幾個(gè)方面來確定振蕩電路的技術(shù)指標(biāo)，這些技術(shù)指標(biāo)可以作為我們分析已有振蕩器的分析內(nèi)容.也是我們?cè)O(shè)計(jì)、制作振蕩器的依據(jù)。當(dāng)然不同場(chǎng)合的振蕩器，技術(shù)指標(biāo)上可以各有側(cè)重，有些要求高一些，有些要求低一些。

(一)波形質(zhì)量

波形質(zhì)量的優(yōu)劣是衡量振蕩器的一個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。如下圖所示為一正弦波振蕩器輸出的正弦波形，顯然波形質(zhì)量最好的是(a)，波形(b)含有了三極管靜態(tài)工作點(diǎn)偏低引起的截止失真，還有二次諧波失真，波形(c)有寄生振蕩。如果該正弦波振蕩器是作為正弦波信號(hào)源，波形(b)和波形(c)是不合格的。

下圖所示是一鋸齒波振蕩器，鋸齒波一般隨時(shí)間增加電壓升高的一段稱為正程，隨時(shí)間增加電壓下降的另一段稱為逆程。無論正程還是逆程，一般要求線性良好。顯然，波形(b)線性較差。如果電視機(jī)里場(chǎng)鋸齒波線性不好，表現(xiàn)在電視機(jī)上，則顯示的圖像出現(xiàn)失真，可能導(dǎo)致腿短身長的圖像等。

(二)振幅的穩(wěn)定性及振幅的可調(diào)節(jié)性

振幅穩(wěn)定性往往用振幅變化的百分比來說明，其表達(dá)式為

S=ΔU/U0

式中U0為一平均參考電壓，ΔU為偏離U0的值。有些情況下振幅穩(wěn)定性用分貝值表示，其計(jì)算式為

SdB=20lg(ΔU/U0)

有些儀器設(shè)備中的振蕩器，不僅要求振幅穩(wěn)定，同時(shí)還要求振幅在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。

(三)頻率大小、頻率可調(diào)及頻率穩(wěn)定性

由于振蕩器所采取的電路形式不同或所用的電子元件等原因，不同振蕩器能夠輸出的頻率大小也不同。比如由LC選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的正弦波振蕩器輸出的正弦波的頻率比較高，一般在數(shù)10kHz以上，而由RC選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的正弦波振蕩器就只能輸出頻率低的正弦波，一般在超低頻至數(shù)10kHz的低頻范圍內(nèi)。

不同電路結(jié)構(gòu)的振蕩器頻率調(diào)節(jié)范圍即可調(diào)能力也不一樣，如LC正弦波振蕩器可以通過調(diào)節(jié)諧振回路的電容量來調(diào)節(jié)輸出頻率，如果改變電感大小，也能調(diào)節(jié)頻率，但振蕩器結(jié)構(gòu)就要復(fù)雜一些。

頻率穩(wěn)定性可用絕對(duì)頻率穩(wěn)定性和相對(duì)頻率穩(wěn)定性兩種表示方法。

絕對(duì)頻率穩(wěn)定性定義為實(shí)際振蕩頻率f與額定頻率f0之間的差值。

Δf=f-f0

相對(duì)頻率穩(wěn)定度定義為

Δf/f0=(f-f0)/f0

對(duì)頻率穩(wěn)定性的要求，不但在短期內(nèi)，而且在長期內(nèi)，都有很高的要求。短期穩(wěn)定性一般理解為-d,時(shí)以內(nèi)的相對(duì)穩(wěn)定性;中期穩(wěn)定性一般理解為一天以內(nèi)的相對(duì)穩(wěn)定性;而長期穩(wěn)定性一般理解為幾個(gè)月以上的相對(duì)穩(wěn)定性。對(duì)于工作于一個(gè)頻段內(nèi)的振蕩器，還要求在一個(gè)頻段內(nèi)有良好的穩(wěn)定性。

(四)可靠性

振蕩電路工作的可靠性表現(xiàn)在：起振可靠;環(huán)境變化如溫度變化時(shí)其技術(shù)指標(biāo)不能下降;如果振蕩電路是用在運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)的設(shè)備中，還要求振蕩電路具備一定的抗震性;有的振蕩電路還要求在高壓、大電流等大負(fù)載特殊要求的情況下也能可靠工作。振蕩電路的可靠性設(shè)計(jì)要求全面考慮所有因素，如電源、元件的選擇、固定等。

(五)性價(jià)比

所謂性價(jià)比即振蕩電路的性能與所花費(fèi)用的比值。它是一個(gè)產(chǎn)品走向市場(chǎng)的重要指標(biāo)，誰都希望性能越高，而價(jià)格越低，即性價(jià)比高。但實(shí)際情況性能與成本是一對(duì)矛盾，在工程應(yīng)用中只能折衷設(shè)計(jì)盡量提高性價(jià)比。

1、振蕩器的工作原理

振蕩器的組成如下圖所示。

接通電源后，放大電路獲得供電開始導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)電流有一個(gè)從無到有的變化過程。該變化的電流中包括有微弱的0-∞各種頻率的信號(hào)，這些信號(hào)輸出并送到選頻電路，選頻電路從中選出頻率為f0的信號(hào)，f0信號(hào)經(jīng)正反饋電路反饋到放大電路的輸入端，放大后輸出幅度較大的f0信號(hào)，f0信號(hào)又經(jīng)選頻電路選出，再經(jīng)過正反饋電路反饋到放大電路輸入端進(jìn)行放大，然后輸出幅度更大的f0信號(hào)，接著又選頻、反饋和放大，如此反復(fù)，放大電路輸出的f0信號(hào)越來越大。

隨著f0信號(hào)的不斷增大，由于三極管非線性的原因(即三極管輸入信號(hào)達(dá)到一定幅度時(shí)，放大能力會(huì)下降，幅度越大，放大能力下降越多)，放大電路的放大倍數(shù)A自動(dòng)不斷減小。

放大電路輸出的f0信號(hào)不是全部都反饋到放大電路的輸入端，而是經(jīng)反饋電路衰減了再送到放大電路輸入端，設(shè)反饋電路反饋衰減倍數(shù)為1/F。在振蕩器工作后，放大電路的放大倍數(shù)A不斷減小，當(dāng)放大電路的放大倍數(shù)A與反饋電路的衰減倍數(shù)1/F相等時(shí)，輸出的f0信號(hào)幅度不會(huì)再增大。

例如f0信號(hào)被反饋電路衰減為原來的1/10，再反饋到放大電路放大10倍，輸出的f0信號(hào)不會(huì)變化，電路輸出穩(wěn)定的f0信號(hào)。

2、振蕩器的工作條件

從前面介紹的振蕩器工作原理知道，振蕩器正常工作需要滿足下面兩個(gè)條件。

①相位條件

相位條件要求電路的反饋為正反饋。振蕩器沒有外加信號(hào)，它是將反饋信號(hào)作為輸入信號(hào)，振蕩器中的信號(hào)相位會(huì)有兩次改變，放大電路相位改變?chǔ)礎(chǔ)(又稱相位ΦA(chǔ))、反饋電路相位改變?chǔ)礔。振蕩器相位條件要求滿足ΦA(chǔ)+ΦF=2nπ(n=0，1，2，...)

只有滿足上述條件才能保證電路的反饋為正反饋。例如放大電路將信號(hào)倒相180°(ΦA(chǔ)=π)，那么，反饋電路必須再將信號(hào)倒相180°(ΦF=π)，這樣才能保證電路的反饋是正反饋。

②幅度條件

幅度條件指振蕩器穩(wěn)定工作后，要求放大電路的放大倍數(shù)A，使其與反饋電路的衰減系數(shù)1/F相等，即A=1/F。只有這樣，才能保證振蕩器能輸出穩(wěn)定的交流信號(hào)。

在振蕩器剛起振時(shí)，要求放大電路的放大倍數(shù)A大于反饋電路的1/F，即A 1/F(AF 1)，這樣才能讓輸出信號(hào)的幅度不斷增大，當(dāng)輸出信號(hào)幅度達(dá)到一定值時(shí)，就要求A=1/F(可以通過減少放大電路的放大倍數(shù)A或增大反饋電路的1/F來實(shí)現(xiàn))，這樣才能讓輸出信號(hào)幅度達(dá)到一定值時(shí)穩(wěn)定不變。

振蕩器是電子技術(shù)中一種非常重要的技術(shù)。不管在工業(yè)電器或家用電器中，其電路涉及面非常廣泛，種類大致分為RC振蕩器、LC振蕩器、晶體振蕩器三種。其電路的內(nèi)部工作原理非常復(fù)雜，但其基本原理不會(huì)改變，無非在電路工作穩(wěn)定程度上，加了一些輔助電路。

中微子振蕩是一個(gè)量子力學(xué)現(xiàn)象，是指中微子在生成時(shí)所伴隨的輕子(包括電子、μ子、τ子)味可在之后轉(zhuǎn)化成不同的味，而被測(cè)量出改變。當(dāng)中微子在空間中傳播時(shí)，測(cè)到中...[查看全部]

振蕩電路就是在沒有外加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。振蕩電路廣泛應(yīng)用于遙控、通信、自動(dòng)控制、測(cè)量等設(shè)備中，也作為模擬電子電路的測(cè)試信號(hào)。

1、三點(diǎn)式振蕩電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三點(diǎn)式振蕩器是LC正弦波振蕩器的一種。其特點(diǎn)是電路中LC并聯(lián)諧振回路的三個(gè)端子分別與放大器的三個(gè)端子相連，故而稱為三點(diǎn)式振蕩電路。三點(diǎn)式振蕩器有電容三點(diǎn)式振蕩器與電感三點(diǎn)式振蕩器兩種。三點(diǎn)式振蕩器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，圖中a所示為電容。

三點(diǎn)式振蕩器，圖中b所示為電感三點(diǎn)式振蕩器。

在電容三點(diǎn)式振蕩器中，晶體管及其偏置電路構(gòu)成了基本放大器，電容C1、C2和電感L構(gòu)成構(gòu)成了LC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，正反饋信號(hào)從電容C2兩端取出，經(jīng)電容器CB耦合加在晶體管的發(fā)射結(jié)兩端。

在電感三點(diǎn)式振蕩器中，晶體管及其偏置電路構(gòu)成了基本放大器，電感L1、L2和電容C構(gòu)成了LC并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，正反饋信號(hào)從電感L2兩端取出，經(jīng)電容CB、CE耦合，加在晶體管的發(fā)射結(jié)兩端。

2、三點(diǎn)式振蕩的判斷技巧

三點(diǎn)式振蕩器幅度條件的判斷方法，即通過分析振蕩器的工作點(diǎn)，只要基本放大器處于放大狀態(tài)，即滿足振蕩的幅度條件。

三點(diǎn)式振蕩器是否滿足振蕩的相位條件，簡單的說，要滿足射同基反。也就是說與發(fā)射極相連的為同性質(zhì)的電抗，不與發(fā)射極相連的為異性質(zhì)的電抗。

可用簡化交流等效電路來判斷，方法如下：畫出三點(diǎn)式振蕩器的簡化交流等效電路如下圖a所示。如果與晶體管發(fā)射極連接的兩個(gè)元件(X1、X2)為電抗性質(zhì)相同的元件(都是電容或都是電感)，另一個(gè)與集電極、基極連接的元件(X3)與上述兩個(gè)元件的電抗性質(zhì)相反，即滿足振蕩的相位條件。

在圖中b所示的電容三點(diǎn)式振蕩器中，晶體管的發(fā)射極接在電容C1、C2的連接點(diǎn)2上，電容的另外兩端1、3分別接晶體管的集電極、基極，電感L的兩端分別接晶體管的集電極、基極，滿足射同基

電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線并列運(yùn)行，當(dāng)存在擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間發(fā)生相對(duì)搖擺，若系統(tǒng)缺乏阻尼則會(huì)導(dǎo)致持續(xù)振蕩。這種振蕩的振蕩頻率很低，一般為0.2~2.5Hz，故稱為低頻振蕩。低頻振蕩多出現(xiàn)在長距離、重負(fù)荷輸電線上，可分區(qū)域振蕩和局部振蕩兩類。

1、電力系統(tǒng)穩(wěn)定的定義及分類

所謂定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是指表征電力系統(tǒng)在受到物理擾動(dòng)之后，系統(tǒng)自行恢復(fù)到運(yùn)行平衡點(diǎn)的一種綜合能力。

當(dāng)系統(tǒng)在給定的初始運(yùn)行下運(yùn)行時(shí)，由于受到明顯的物理擾動(dòng)，所以系統(tǒng)需要充分發(fā)揮自身的性能重新回到原平衡點(diǎn)。這種運(yùn)行的完整性和平衡性能力被稱為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)電力系統(tǒng)受到外界和內(nèi)部干擾時(shí)，依然能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)組輸出的電磁轉(zhuǎn)矩和原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩的平衡，使得所有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度保持恒定，從而使在電氣上連接在一起的各個(gè)同步發(fā)電機(jī)機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩平衡，最終保證了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以分為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定三大類。根據(jù)擾動(dòng)的強(qiáng)度大小，功角穩(wěn)定又分為小信號(hào)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定，功角穩(wěn)定是影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的最主要分類。

2、電力系統(tǒng)低頻振蕩的必要性

我國地域遼闊，電力能源需求大，電力能源結(jié)構(gòu)還不夠完善。當(dāng)前的電力負(fù)荷中心主要集中在東部和南部地區(qū)，為了促進(jìn)我國電力事業(yè)的發(fā)展，我們提出了“西電東送、南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展戰(zhàn)略。

這樣，電網(wǎng)互聯(lián)會(huì)有助于實(shí)現(xiàn)“電網(wǎng)錯(cuò)峰、水火電互補(bǔ)、功率緊急支援”，提升發(fā)電和輸電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。因此，強(qiáng)化對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩問題的研究可以有效發(fā)揮這些優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)國家電力事業(yè)的發(fā)展。

為了促進(jìn)西部電力資源的大力開發(fā)，西電東送工程是其中的重要一環(huán)。借助于西電東送工程，把西部豐富的水電資源輸送到華東和廣東等負(fù)荷中心，從而實(shí)現(xiàn)資源的平衡配置。但是需要解決的一個(gè)技術(shù)難題是超距離負(fù)荷中心超容量輸電的問題。

在負(fù)荷高峰期，容易因?yàn)槁?lián)絡(luò)線路

中微子振蕩是一個(gè)量子力學(xué)現(xiàn)象，是指中微子在生成時(shí)所伴隨的輕子(包括電子、μ子、τ子)味可在之后轉(zhuǎn)化成不同的味，而被測(cè)量出改變。當(dāng)中微子在空間中傳播時(shí)，測(cè)到中微子帶有某個(gè)味的概率呈現(xiàn)周期性變化。

1、太陽中微子之謎與大氣中微子反常

1968年，美國物理學(xué)家戴維斯等人在美國南達(dá)科他州的Homestake地下金礦中建造了一個(gè)大型中微子探測(cè)器，探測(cè)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，來自太陽的中微子比理論預(yù)言少了，這個(gè)困擾科學(xué)家?guī)资甑膯栴}，稱為“太陽中微子失蹤之謎”。

在宇宙中，有很多能量非常高的宇宙射線，它們進(jìn)入地球的大氣層后，會(huì)打出中微子，稱為大氣中微子。從20世紀(jì)80年代起，人們就發(fā)現(xiàn)大氣中微子似乎沒有我們預(yù)計(jì)的多，稱為“大氣中微子反?！?。

2、中微子振蕩的發(fā)現(xiàn)

中微子是一種極難被探測(cè)到的基本粒子，在微觀的粒子物理和宏觀的宇宙起源及演化中都極為重要。中微子共有3種類型，它可以在飛行中從一種類型轉(zhuǎn)變成另一種類型，稱為中微子振蕩。中微子振蕩的觀點(diǎn)最早由理論物理學(xué)家布魯諾·龐蒂科夫于1957年提出。

自20世紀(jì)60年代起，科學(xué)家一直試圖揭示太陽中微子之謎與大氣中微子反常的原因。

1998年6月，日本超級(jí)神岡探測(cè)器的梶田隆章等科學(xué)家宣布找到了中微子振蕩的證據(jù)，即中微子在不同“味”之間發(fā)生了轉(zhuǎn)換(電子中微子和μ子中微子間變換)，這現(xiàn)象只在中微子的靜止質(zhì)量不為零時(shí)才會(huì)發(fā)生。然而這個(gè)實(shí)驗(yàn)只能測(cè)出不同“味”的中微子質(zhì)量之差，尚不能測(cè)得其絕對(duì)質(zhì)量。

2001年8月，在加拿大物理學(xué)家麥克唐納的領(lǐng)導(dǎo)下，依據(jù)安大略省薩德伯里中微子天文臺(tái)地下2100m的檢測(cè)設(shè)施的觀測(cè)結(jié)果，推論出來自太陽的電子中微子振蕩成為τ中微子，而3種中微子的總數(shù)并沒有減少。

中微子振蕩現(xiàn)象，即一種中微子在飛行中可以變成另一種中微子，使幾十年來令人困惑不解的太陽中微子失蹤之謎和大氣中微子反?，F(xiàn)象得到了合理的