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rc正弦波振荡电路

2014-4-3 17:10| 编辑:电工学习网| 查看: 8151| 评论: 0

    RC桥式正弦波振荡电路的主要特点是采用RC串并联网络作为选频和反馈网络,因此我们必须先了解它的频率特性,然后再分析这种正弦振荡电路的工作原理。

1.定性分析

XX_01

RC串并联网络如图XX_01a所示。为了讨论方便,假定输入电压是正弦波信号电压,其频率可变,而幅值保持恒定。如频率足够低时, 此时,选频网络可近似地用图XX_01b所示的RC高通电路表示。随着w的下降,输出电压将减小,输出电压超前于输入电压的相位角jf也就愈大。但超前角jf的最大值小于90°。当频率足够高时, 则选频网络近似地用图XX_01c所示的RC低通

电路来表示。这是一个相位滞后的RC电路,频率愈高,输出电压愈小,输出电压滞后于输入电压的相位角jf愈大。同样,滞后角jf的最大值也小于90°。

综上分析可以推出,在某一确定频率下,其输出电压幅度可能有某一最大值;同时,相位角jf从超前到滞后的过程中,在某一频率f0下必有jf=0

2.定量计算

由图XX_01a所示RC串并联电路可得,

。设 ,令 ,则得

当上式分母中虚部系数为零时,RC串并联网络的相角为零。满足这个条件的频率可由式(1)求出:

2

XX_02

将式(5)代入式(4)得

3

因此有

4

5

由式(4)及式(5)可知,

6

时,幅频响应的幅值为最大,即

7

而相频响应的相位角为零,即

8

由式(7)和式(8)可画出串并联选频网络的幅频相位和相频响应,如图XX_02所示。

1.电路组成

XX_01RC桥式振荡电路的原理电路,这个电路由两部分组成,即放大电路和选频网络选频网络(即反馈网络)的选频特性已知,在处,RC串并联反馈网络的 根据振荡平衡条件 ,可知放大电路的输出与输入之间的相位关系应是同相,放大电路的电压增益不能小于3,即用增益为3(起振时,为使振荡电路能自行建立振荡,应大3)的同相比例放大电路即可。根据这个原理组成的电路如图XX_01所示,由于Z1Z2R1Rf正好形成一个四臂电桥,电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入端,因此这种振荡电路常称为RC桥式振荡电路。①。

XX_01 RC 桥式振荡电路

2.振荡的建立与稳定

由图XX_01可知,在 ,经RC反馈网络传输到运放同相端的电压 同相,即有 这样,放大电路和由Z1Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统,可以满足相位平衡条件,因而有可能振荡。

所谓建立振荡,就是要使电路自激,从而产生持续的振荡。由于电路中存在噪声,它的频谱分布很广,其中一定包括有这样一个频率成分。这种微弱的信号,经过放大器和正反馈网络形成闭环。由于放大电路的开始时略大于3,反馈系数 ,因而使输出幅度愈来愈大,最后受电路中非线性元件的限制,使振荡幅度自动地稳定下来,此时,达到  振幅平衡条件。

3.振荡频率与振荡波形

由于集成运放接成同相比例放大电路,它的输出阻抗可视为零,而输入阻抗远比RC串并联网络的阻抗大得多,可忽略不计,因此,振荡频率即为RC串并联网络的当适当调整负反馈的强弱,使AV的值略大于3时,其输出波形为正弦波,如AV的值远大于3,则因振幅的增长,致使波形将产生严重的非线性失真。

4.稳幅措施

对于图XX_01所示的电路,调整R1Rf可以使输出电压达到或接近正弦波。然而,由于温度、电源电压或者元件参数的变化,将会破坏AVFV=1的条件,使振幅发生变化。当AVFV增加时,将使输出电压产生非线性失真;反之,当AVFV减小时,将使输出波形消失(即停振)。因此,必须采取措施,使输出电压幅度达到稳定。

实现稳幅的方法是使电路的Rf/R1值随输出电压幅度增大而减小。例如,Rf用一个具有负温度系数的热敏电阻代替,当输出电压增加使Rf的功耗增大时,热敏电阻Rf减小,放大器的增益下降,使的幅值下降。如果参数选择合适,可使输出电压幅值基本恒定,且波形失真较小。同理,R1用一具有正温度系数的电阻代替,也可实现稳幅。稳幅的方法还很多,读者可自行分析。

① 这种振荡器又叫文氏电桥(Wien-bridge)振荡电路。

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