Чому ми отримуємо лише одну частоту як вихід на генераторах?

Я просто в осцилятори, де я дізнався $AB=1$ для підтримання коливань при позитивному зворотному зв’язку. Оскільки $A$ і $B$ обидва залежать від частоти, $AB=1$ справедливо лише для певної частоти.

1. Що відбувається з тими частотами, для яких $AB>1$ утримується ??

2. Чи будуть ці частоти посилюватися, поки ланцюг обмежувача не обмежує їх?

3. Тоді чому б нам не отримати ці частоти у нашому виході ??

Чому ми отримуємо лише одну частоту як вихід на генераторах?

Осцилятори працюють на одній частоті, забезпечуючи дві речі: -

• Сигнал, що подається назад для підтримання коливань, знаходиться точно у фазі з сигналом, який він намагається підтримувати. Подумайте про те, щоб злегка торкнутися маятника, що розгойдується, саме в потрібному місці і в правильному напрямку.
• Коефіцієнт підсилення - це трохи більше, ніж одиниця. Це гарантує, що синусоїда виробляється без особливих спотворень, і вона "підтримується". Якщо коефіцієнт підсилення циклу був меншим за 1, він не може «витримати» коливання.

Отже, якщо ми створимо мережу фазопереключення, яка має унікальний зсув фази для кожної частоти, яку вона обробляє, ми отримаємо осцилятор, але, лише якщо сигнал, поданий назад, достатній за амплітудою для підтримки коливань.

Однак деякі мережі зсуву фаз можуть створювати зсув фази, кратний основній частоті коливань. Іншими словами, якщо 1 МГц виробляє зсув фази в 360 градусів, можливо, деякі більш високі частоти можуть призвести до 720 градусів (2 х 360). Це може призвести до постійного коливання на двох частотах (зазвичай це вважається небажаним).

Отже, ми розробляємо мережу фазового зсуву для того, щоб переконатись, що більш частотний "фазовий" кандидат значно нижчий за амплітудою, ніж "основний" кандидат, і, враховуючи, що ми дозволяємо тільки виграшу бути одиницею або трохи вище (до розміщення втрат у мережі зсуву фаз) для потрібної нам частоти, кандидат високої частоти не спричинить коливання.

Вищезазначене також називається критеріями Бархаузена .

Отже, що відбувається з тими частотами, які мають AB> 1 ??

Насичення.

$AB \ge 1$$n2\pi$$f_x$$f_x$$AB > 1$

$f_x$$AB=1$$AB \ge 1$$f_x$$AB < 1$

Коротка відповідь з мого боку:

Ви не повинні думати лише в масштабі. Не забувайте фазу. Продукт AB повинен бути справжнім. Частотно-селективна схема має величину, а також фазу, яка є функцією частоти. І - для правильної конструкції - буде лише одна єдина частота, яка може одночасно виконувати обидві умови (критерій коливання Бархаузена з коефіцієнтом посилення AB = 1 ):

• | A * B | = 1 (з практичних причин дещо більше, ніж "1", наприклад "1,2") і

• фазова зміна exp (j * phi) = 1 (phi = 0).

З цією метою більшість відомих осциляторів використовують фільтри низької та високочастотної чи смугових частот як елементів зворотного зв'язку. Але є й інші (більш досконалі) топології.

• Якщо припустити, ви маєте на увазі класичні кристалічні осцилятори (XO) з квадратним хвильовим виходом (або серійний, або паралельний режим).

Коли відбувається насичення, посилення циклу (GH або AB) падає до нуля, за винятком лінійного переходу виходу. Кристал виступає як смуговий фільтр для отримання синусоїди на вході, який також може містити гармоніки, але швидкість повороту виходу квадратної хвилі, як правило, набагато швидша, ніж синусоїдальний вхід, тому енергія гармоніки не має достатнього контуру лінійного часу для посилюються, коли він не насичений, а коефіцієнт посилення дорівнює нулю, таким чином пригнічується.

Більше інформації

• Однак у лінійних осциляторах вміст гармонік може сприяти фазовому шуму, тому ті, що мають найнижчий фазовий шум, мають найвищий Q в основному, наприклад кристали, розрізані SC, наприклад, 10-МГц піч-контрольованих кристалічних осциляторів (OCXO) порівняно зі стандартними відсіками AT поширений скрізь. Це все, що я зараз про це скажу.

Однак для менших кристалічних структур> = 33 МГц резонансу посилення гармонік, як правило, вище основного. Таким чином, ви знайдете ці класифіковані як "кристали обертону".

Для осциляторів зворотного зв'язку CMOS часто серія R (3 кОм - 10 кОм) з виходу використовується для обмеженого розсіювання потужності uW в кристалах мікророзрізу І на високій частоті >> 10 МГц також створює додаткове ослаблення гармонік від ефектів RC з першим конденсатор навантаження Найпоширенішими є треті гармонічні або "обертони", але використовуються більш високі тони >> 150 МГц.

Але коли для коливань потрібні селективні гармоніки (3, 5, 7 і т. Д.), То або спосіб обробки кристала, або додаткова пасивна настройка LC допомагають посилити гармоніку вибору.

Найбільш поширене попередження для XO-конструкцій "Ніколи не використовуйте захищений інвертор" (три лінійні коефіцієнти посилення проти одного), щоб уникнути посилення хибних гармонік. Коли вони перенасичують інвертор і посилення падає до нуля, вони пригнічують основну частоту, за винятком короткого інтервалу переходу. Вони можуть поводитись як цикл з інжекційним блокуванням (ILL), коли він може випадковим чином коливатися при фундаментальних або гармонійних залежно від відносних вигод та умов запуску. Але з буферизованим інвертором є більше шансів під час вихідного перехідного періоду викликати помилкові гармонічні збої на переходах і замикатись на гармоніках.

Однак ті, хто успішно використовував буферизований інвертор для XO, тепер можуть зрозуміти, що тип кристала та відносний менший коефіцієнт посилення гармоніки захищали XO від замикання на бажану основну частоту. У деяких випадках це може бути перевагою, але це інше питання.

Хоча всі відповіді правильні, я вважаю, що всі вони не містять духу вашого запитання.

Термін "осцилятор", як правило, стосується схеми, спеціально розробленої для створення форми хвилі змінного струму на певній частоті. Це тягне за собою деякі варіанти дизайну, спрямовані на мінімізацію небажаних ефектів. Особливо це стосується лінійних осциляторів (це випадок посилення циклу, зазначений у вашому запитанні).

Ви спеціально проектуєте коефіцієнт підсилення, який буде трохи більшим за 1 з певною частотою, і ви проектуєте / покладаєтесь на нелінійності в системі, щоб зберегти коливання стабільними. Якщо ви дозволяєте коефіцієнту підсилення бути набагато більшим, ніж 1, ви перестаєте мати лінійний генератор.

Однак це корисне інженерне спрощення випливає з того, що коефіцієнт посилення циклу повинен бути лише трохи більшим, ніж той, що дозволяє розглядати його як лінійний генератор, коли насправді це не так. Насправді у вас є спрощений прикордонний випадок нелінійної динамічної системи зі стійкою періодичною орбітою, що наближається до синусоїди.

Якщо ви далі розвинете цю динамічну систему (наприклад, зробивши AB >> 1), ви можете досягти іншої крайності, дуже нелінійного, але стабільного осцилятора релаксації, або в проміжних випадках ви знайдете послідовність подвоєння періоду, яка створює хаотичний коливач, такий як Ланцюг Чуа або генератор Van Der Pol .

На цьому зображенні є реалізація схеми Чуа, ви бачите, що він дещо поводиться як комбінований генератор релаксації / лінійний генератор. Але "компонент релаксації" неперіодичний і довгостроково непередбачуваний.

Існує використання для всіх цих альтернатив, але теорія лінійних осциляторів спеціально тримається подалі від цих умов.

$|A\ \beta| = 1$$\angle A\ \beta = 0$

$A$

$\beta$

$|A\ \beta| = 1$$v_o$$v_f$$v_f$$v_o$

$|A\ \beta| > 1$$\pm$

Коефіцієнт посилення та ослаблення не є стабільним, а вихід підсилювача збільшується до силових рейок підсилювача. Якщо це синусоїдальний генератор, вихід збільшується, поки підсилювач не насичується, і це вже не синусова хвиля. Вершини обрізають.

$|A\ \beta| < 1$

$|A\ \beta| = 1$$\angle A\ \beta = 0$$^\circ$

Отже, суть вашого питання полягає в тому, чому осцилятори не коливаються на інших частотах? Це регулюється використовуваними компонентами (резистори, конденсатори, індуктори та підсилювачі).