RC正弦波振蕩器

采用LC器件作為振蕩電路的反饋網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到很高的輸出頻率，器件比較容易實(shí)現(xiàn)小體積。但是要求振蕩器輸出幾十或者幾百Hz信號(hào)時(shí)，LC器件的取值會(huì)很大，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)用的產(chǎn)品，此時(shí)采用RC選頻網(wǎng)絡(luò)就會(huì)有很大的優(yōu)勢(shì)。

RC、LC反饋振蕩器的最大區(qū)別是振幅的穩(wěn)定機(jī)理，LC振蕩器利用器件的非線性穩(wěn)幅，但RC振蕩器不允許有源器件進(jìn)入非線性區(qū)，若器件進(jìn)入非線性區(qū)后RC負(fù)反饋的效果就會(huì)減小，電路振蕩不穩(wěn)，輸出波形會(huì)嚴(yán)重失真。因此，實(shí)際應(yīng)用中RC反饋振蕩器常采用可變?cè)鲆婊蛳薹娐愤M(jìn)行穩(wěn)幅。如下圖所示，列出常用RC反饋網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性：

RC網(wǎng)絡(luò)特性示意圖

由上圖可見，RC網(wǎng)絡(luò)可以有效控制交流信號(hào)的相移，將之應(yīng)用到振蕩回路中的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以使環(huán)路滿足振蕩所需的相應(yīng)條件而實(shí)現(xiàn)振蕩，實(shí)際電路中應(yīng)用最廣泛的就是文氏電橋振蕩器，是利用RC串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的振蕩電路，如下圖所示：

文氏電橋振蕩器的基本電路組態(tài)

如上圖所示，該組態(tài)是由運(yùn)算放大器以及正負(fù)兩個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。R1、C1、R2、C2組成RC選頻網(wǎng)絡(luò)作為振蕩器的正反饋網(wǎng)絡(luò)，使得電路獲得相位條件。RF1、RF2組成負(fù)反饋回路使電路滿足一定的幅度條件，正負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了一個(gè)電橋。

文氏電橋振蕩器

文氏電橋振蕩器的原理，說白了就是正反饋網(wǎng)絡(luò)R1、R2、C1、C2是帶通網(wǎng)絡(luò)，增益和信號(hào)頻率相關(guān)，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)RF1、RF2是全通網(wǎng)絡(luò)，增益為常數(shù)。正反饋具有帶通特性，若將參數(shù)計(jì)算成使得正反饋網(wǎng)絡(luò)在幅頻峰值點(diǎn)的幅度大于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，那么電路就會(huì)形成振蕩，如下圖所示：

正負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)關(guān)系示意圖

為方便計(jì)算，通常取R1=R2、C1=C2，ω0=1/RC，那么正反饋網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)：

?當(dāng)ω=ω0時(shí)，B+達(dá)到最大值1/3，電路的反饋系數(shù)為：

?因振蕩器的幅度條件是AB≥1，那么要求：

因運(yùn)算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)A是一個(gè)很大的數(shù)值，很難通過精確計(jì)算或手動(dòng)調(diào)節(jié)來滿足上述反饋條件，但在負(fù)反饋回路上通過添加非線性器件控制其輸出幅度更容易實(shí)現(xiàn)，使得正負(fù)反饋幾乎相等，振蕩器會(huì)輸出失真系數(shù)很小的正弦波。對(duì)于振蕩頻率很低的電路，要求負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于信號(hào)周期，這樣振蕩波形就不會(huì)影響負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的非線性器件。實(shí)際應(yīng)用原理圖如下圖所示：

?實(shí)際應(yīng)用原理圖

圖中常采用一個(gè)P溝道JFET替代電橋中的RF1，使JFET的漏源電阻受控于振蕩器的輸出幅度就可以實(shí)現(xiàn)輸出的良好振蕩，圖中D1用作輸出信號(hào)的峰值檢波，穩(wěn)壓管D2決定了振蕩器的輸出幅度。為使輸出波形良好，要求負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振蕩周期。

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