振盪器與計時器

幅度穩定

幅度穩定是讓振盪器的擺動「既不衰減消失、也不增長到削平」的訣竅。巴克豪森說,唯有迴路增益恰好為 1 才能維持振盪。但用固定元件根本守不住這個「恰好」:元件會漂移、溫度會變、增益永遠不會剛剛好。所以真實振盪器會設計成迴路增益略大於 1 以可靠起振,然後需要一個自動的「裁判」,在幅度達到你要的水準後,溫和地把增益拉回到恰好 1。沒有它,輸出會無情地增長,直到撞上電源軌,把漂亮的正弦變成被削平、失真的方波。

其機制是一個緩慢、溫和的負回授迴路,監看幅度並調整增益。文氏橋的經典招式是在設定增益那一支接一顆小白熾燈泡:幅度上升時,較大的電流加熱燈絲,電阻上升,這就降低放大器增益,自動把迴路增益穩定到 1。現代版本會把輸出整流成一個直流位準,用它去控制一顆當作壓控可變電阻的 JFET,或用一對反向並接的二極體,在擺幅大時開始導通而柔和地降低增益。關鍵是這個修正必須相對於一個週期動作得「慢」,這樣才能設定幅度卻不扭曲波形。

正弦波振盪器的純淨度,就在幅度穩定這裡決定成敗。穩定得太兇,增益會在每個週期內抖動,增加失真;穩定得太柔,幅度會彈跳,或起振後要很久才安定。誠實的重點是:一台高品質、低失真的正弦產生器,其實是一個包在簡單振盪核心外面的精心幅度控制設計。弛張振盪器則完全繞開這件事,刻意把輸出推到電源軌,這就是它們產生方波而非乾淨正弦的原因。

在需要增益 3 的文氏橋裡,下方增益支路的燈泡剛開機時是冷的、電阻低,給出略大於 3 的增益,使振盪增長。隨著擺幅上升,燈泡變熱、電阻爬升,增益降到恰好 3,把幅度停在燈泡自我加熱達到平衡的那個水準。

一個緩慢的「降增益」回授迴路,在達到目標幅度後把迴路增益停在恰好 1。

它必須相對於一個週期動作得慢。快速作用的限幅(例如乾脆讓運放削平)確實能控制幅度,但代價是大量諧波失真,而那正是乾淨正弦源要極力避免的。

又稱
amplitude controlautomatic gain controlAGC振幅穩定自動增益控制