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技术快讯:振荡器为什么会产生谐波?
发布时间:2024-11-18  阅读量:2080



振荡器为什么会产生谐波?

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1、振荡器谐波产生原因


所有电子产品的基准源都来源于振荡器。振荡器从无到有产生一个频率稳定的信号,为无线信号提供基准,为数字信号提供时序,因此振荡器实际上是电子产品的心脏。基准频率发生电路一般采用反馈振荡电路,比如石英晶体振荡电路、LC振荡电路等,该振荡电路一般包括谐振器、放大器和移相器。


下图环路包括一个增益为𝐴的保持放大器,用以补偿在给定频率ω₀处的谐振电路损耗。为了满足正反馈条件和信号连续放大,在ω=ω₀处环路相位角𝐴β(𝑗ω)必须为零或者为2π的整数倍。

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能让复数信号稳态振荡的相位和幅值条件称为巴克豪森条件

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由此可见,整数倍的谐波也满足巴克豪森条件,也可以起振,因此这就是振荡器会产生谐波的原因。




2、振荡器的强奇次谐波


振荡器初始上电时是没有信号的,振荡器的工作起始于噪声或一个接通瞬时值。对于这种随机频谱信号而言,最开始只有极小的能量。要实现稳定振荡,对于小信号而言必须满足在ω=ω₀处回路增益|𝐴β(ω₀)|>1。当回路增益>1时,满足相位条件的频率信号振荡能量呈指数增长,迅速达到放大器的饱和值。如果振荡器未采取变增益的控制措施,输出信号将被限幅,出现如下图所示情况。


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如果输入功率进一步增加,ω₀处的增益将减小,额外的功率推入到ω₀倍数的高次谐波中。由于限幅是对称的,因此偶次谐波被大大减小,所以奇次谐波获得增强。这就是为什么振荡器容易产生强奇次谐波的原因。比如100M恒温晶振,其300M的谐波远强于200MHz。




小结


振荡器产生谐波的原因是标称频率的整数倍频率也满足起振条件,而放大器的饱和导致谐波功率增加,而波形的对称性使得奇次谐波更强。