时间被冻结的振荡器

TsinghuaJoking 2025-01-18 11:17

一、前言

  今天看到B站视频后面朋友的一个留言,他建议,降低前面开关文氏正弦震荡电路中的开关频率,如果当开关频率降低,接近文氏振荡器的震荡频率,是否会出现更加新奇的现象呢。他的建议也激起了我的好奇心。下面就重新制作电路测试一下低频开关下的文氏震荡器。

二、电路设计

  在原来的测试电路的基础上,增加了一个微调电阻,用于匹配文氏电桥中的两个电阻。铺设单面PCB,一分钟之后得到测试电路板。下面对它进行焊接测试。

  焊接电路,给电路施加正负5V的工作电源。调整可变电阻器,使得电路在高频和低频下,都能够输出比较大的正弦波信号。

三、测量结果

  测试不同占空比对应的输出信号的幅度,还是随着占空比的增加,输出信号幅度增加。说实在的,在这一块儿做了很多的尝试,调节可变电阻,始终无法改变输出幅度呈现单调上升的这个特点。

▲ 图1.3.1 不同的占空比与输出信号的幅度

四、降低开关频率

  观察一下,降低模拟开关频率对震荡波行的影响。一开始所使用的模拟开关频率为 100kHz。占空比为50%。文氏正弦震荡信号的频率大约76Hz。将模拟开关频率降低到10kHz,看不出震荡信号有什么异常。输出信号的正弦波非常纯净,频率也没有改变。将模拟开关的频率降低到1kHz。此时,能够明显看到模拟开关给震荡输出信号波形带来的影响。模拟开关震荡频率降低到500Hz,开关对震荡信号波形影响更加明显。将模拟开关频率降低到200Hz,输出信号变形很大了。不过,此时可以观察到,模拟开关的作用是将原来震荡信号进行了冻结。通过观察可以发现,当模拟开关控制信号为高电平,此时输出信号中具有正弦信号的波形。当模拟开关控制信号为低电平,对应的输出信号为一个常量,似乎振荡器被冻结。这是将模拟开关信号调整到 76Hz,也就是与震荡信号的频率保持一致。此时可以更加明显的看到,文氏振荡电路每震荡一个周期,就被冻结一个周期。将模拟开关频率降低到 38Hz,此时 震荡信号震荡两个周期,便停止两个周期。

▲ 图1.4.1 模拟开关频率为10kHz,占空比为50% 对应的输出

▲ .模拟开关频率为1kHz,占空比50%
▲ 图1.4.3 开关频率为500Hz,占空比50% 对应的震荡波行

▲ 图1.4.4 开关频率为 200Hz占空比为50%的震荡波行

▲ 图1.4.5 模拟开关频率为 76Hz,占空比50% 对应的震荡波形

▲ 图1.4.6 模拟开关频率38Hz对应的输出震荡波行

  将开关频率调整到500Hz,把占空比减小到25% 。此时可以看到震荡频率降低到38Hz,也就是占空比50% 时候的一半。将开关占空比提高到75% 。此时,震荡频率也提高到116Hz,是占空比25%的时候的三倍。

▲ 图1.4.7 开关频率为500Hz,占空比为25%

▲ 图1.4.8 开关频率为500Hz,占空比为75%

  结 ※

  文降低了文氏电桥振荡电路中模拟开关的频率,通过观察输出震荡波行,可以看到,当模拟开关关闭的时候,似乎振荡器的的时间就被冻结。两个电容上的电压就不再发生变化。随着占空比不同,振荡器时间被冻结的比例不同,进而输出信号的频率也会随之变化。通过这个观察,让我们有了对可调文氏震荡电路一种新的理解方式。

参考资料
[1]

文氏正弦震荡器中的稳压电路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/144878062

[2]

带有输出幅度稳定电路的文式正弦震荡电路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/144875387

[3]

开关文氏正弦振荡电路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/144869638

[4]

非平衡文氏电桥振荡电路理论分析: https://mp.csdn.net/mp_blog/manage/article?spm=1011.2124.3001.5298

[5]

LTspice文式振荡器不平衡仿真: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/144918861

[6]

交换文氏正弦电路中的开关电阻: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/144891827


TsinghuaJoking 这是一个公众号,它不端、不装,与你同游在课下、课上。 卓晴博士,清华大学中央主楼 626A。010-62773349, 13501115467,zhuoqing@tsinghua.edu.cn
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